Entwicklung eines Simulationsmodells für radiale Bump-Type-Folienlager in der Anwendung von Turboladern
In schnelllaufenden Turbomaschinen gewinnen ölfreie Lagerkonzepte wie Bump-Type-Folienlager (BTF-Lager) aufgrund von Anforderungen an Nachhaltigkeit undWartungsfreiheit zunehmend an Bedeutung. Diese nutzen Luft als Schmiermittel, wodurch vor allem Reibung reduziert wird, jedoch gleichzeitig die Tragfähigkeit sinkt. Durch Einführung elastischer Komponenten (Top- und Bump-Folie), welche eine Anpassung des Luftspalts an die Druckentwicklung ermöglichen, kann dieser Nachteil kompensiert werden. Das Ziel des vorliegenden Beitrags ist dabei die Beschreibung der Vorgehensweise zur transienten Simulation von Rotoren mit BTF-Lagern, wobei vor allem das Schwingungsverhalten der Rotoren prädiktiert werden soll. Der luftgefüllte Lagerspalt wird über die zeitabhängige Reynoldsgleichung für ideale Gase beschrieben, mittels Finite-Volumen-Methode (FVM) diskretisiert und anschließend iterativ gelöst. Die Foliendeformation wird durch eine Modellierung der Top- und Bump-Folie mit Schalenelementen (Nutzung der Finiten-Elemente-Methode - FEM) beschrieben. Die gekoppelten Teilmodelle werden abschließend zu einem mechanisch-aerodynamischen Kraftelement zusammengeführt, das flexibel sowohl in Rotordynamik- als auch Lagersimulationsumgebungen eingesetzt werden kann.
In high-speed turbomachinery, oil-free bearing concepts such as bump-type film bearings (BTF bearings) are becoming increasingly important due to sustainability and maintenance-free requirements. These use air as a lubricant, primarily reduces friction but also decreases load-bearing capacity. This disadvantage can be compensated for by introducing the elastic components (top- and bump-foil) that allow the air gap to be adjusted to the pressure development. The aim of this article is to describe the procedure for transient simulation of rotors with BTF bearings, with a particular focus on predicting the vibration behavior of the rotors. The air-filled bearing gap is described using the time-dependent Reynolds equation for ideal gases, discretized using the finite volume method (FVM), and then solved iteratively. The foil deformation is described by modeling the top and bump foils with shell elements (using the finite element method - FEM). The coupled submodels are combined into a mechanical-aerodynamic force element that can be used flexibly in rotor dynamics and bearing simulation environments.
Preview
IFToMM D-A-CH Conference
Cite
Rights
License Holder:
©2026 die Autorinnen und Autoren
Use and reproduction:
This work may be used under a
Creative Commons Attribution - NonCommercial - NoDerivatives 4.0 License (CC BY-NC-ND 4.0)
.