LUFO III Projekt "Vorhersage von life cycle Verhalten eines Hochdruckverdichters"

In dem Vorhaben „Predicition of Life Cycle Behavior of a High Pressure Compressor “ werden Schaufeln des dritten Rotors aus dem Hochdruckverdichter des Rolls-Royce Triebwerks BR 715 mittels Streifenprojektionsverfahren optisch gescant. Die Schaufeln stammen aus den unterschiedlichsten Triebwerken, die sich in Betreiber, Laufzeit und Einsatzort unterscheiden. Zum Einsatz kommt das Scansystem Kolibri Flex der Firma IVB aus Jena, das einen Zugriff auf die Rohdaten ermöglicht und mit dem die Vermessung der Schaufeln vollautomatisch durchgeführt werden kann. Die Rohdaten der gemessenen Schaufeln werden zur Parametrisierung von 21 Schaufelschnitten im Schaufelblatt verwendet. Aufgrund von Fertigungstoleranzen, Abnutzungserscheinungen, Laufzeit, Einsatzort und Operator gleicht keine Schaufel einer anderen. So entstehen für alle Parameter Streuungen und Mittelwerte. Das Ziel des Vorhabens ist, mit allen Parametern eine statistische Analyse durchzuführen und Schadensfunktion aufzustellen, die die Abnutzungserscheinungen eines Triebwerkes unter Berücksichtigung von Einsatzort und Operator voraussagen. Da die BR 715 überwiegend von Operator 1 eingesetzt wird, ist es für diesen Operator möglich, die Schadensfunktion statistisch sicher aufzustellen. Für weitere Operator, die nur wenige Triebwerke im Einsatz haben werden die Schadensfunktionen von Operator 1 mit den gemessenen Triebwerken des anderen Operator abgeschätzt (siehe Abbildung LUFO_III_1.).

Abbildung LUFO_III_1. Schadensfunktionen

Anschließend werden die Daten dem Leistungsrechnungsprogramm Casino von Rolls-Royce Deutschland zugeführt, mit dem eine Vorhersage des Wirkungsgrades ermöglicht wird. Weiterhin wird die Entwicklung von Einschlägen über die Betriebszeit untersucht. Mit einem am Lehrstuhl entwickelten Programm werden die Messpunkte jeder vermessenen Schaufel auf Einschläge überprüft. Dabei wird die Oberfläche der Schaufel Stück für Stück abgetastet und es werden Ausgleichsebenen durch die Messpunkte gelegt. Mit der Berechnung der Normaldistanz zur Ausgleichsebene können Einschläge gefunden werden.
Auch hier werden die Einschläge statistisch ausgewertet und eine Entwicklung der Einschlaganzahl über die Laufzeit in Abhängigkeit von Betreiber und Einsatzgebiet soll vorausgesagt werden. Die Mittelwerte und Streuungen aus der Vermessung werden anschließend zum Aufbau von Schaufeleingangsdatensätzen für eine Monte-Carlo-Simulation verwendet, um den Einfluss der Streuungen auf die Dauerfestigkeit des Schaufelblattes zu untersuchen.
Das FE–Netz einer Ausgangsschaufel wird dabei für jede Realisierung auf das mit den Eingangsdatensätzen aufgebaute Schaufelblatt gemorpht. So entstehen Schaufeln mit einem FE-Netz wie sie in der Realität auftreten. Zusätzlich werden für einige große Einschläge FE–Dauerfestigkeitsberechnungen um einen Austausch beschädigter Schaufeln gemäß Wartungshandbuch von RRD zu bestätigen bzw. anzupassen.