7. Rotordynamische Grundlagen

Die Entwicklung der Rotordynamik als wichtiges Teilgebiet der Maschinendynamik ist historisch eng mit dem Turbinenbau verbunden. Da Dampfturbinen grundsätzlich aus einem gelagerten Rotor mit hoher Betriebsdrehzahl bestehen, sind für Konstruktion und Betrieb fundierte rotordynamische Kenntnisse unerlässlich. Das wurde bereits 1883 von de Laval erkannt, dessen erste Dampfturbine maßgeblich aus rotordynamischen Überlegungen heraus konstruiert wurde. So nutzte er den damals noch theoretisch ungeklärten Selbstzentrierungseffekt durch den Einsatz einer schlanken, biegeelastischen Welle aus. Im Anschluss an die erste erfolgreiche Dampfturbine von de Laval entwickelte sich die Rotordynamik als unabhängiges Teilgebiet der Mechanik rasch, doch wurden wesentliche rotordynamische Phänomene und neue Konzepte bis in die heutige Zeit oft nur aufgrund von Fragestellungen aus dem Turbinenbau heraus gefunden.

Dieses Grundlagenkapitel kann nur eine erste Übersicht und Einordnung in das aus heutiger Sicht sehr umfangreiche Teilgebiet „Rotordynamik“ geben. Für eine umfassendere allgemeine Darstellung wird an dieser Stelle auf das ausführliche Buch [GAS2002] von Gasch, Nordmann und Pfützner hingewiesen. Nach einer kurzen Vorstellung von wichtigen rotordynamischen Grundlagen, die an einem mathematisch noch übersichtlichen Minimalmodell, dem sog. Laval- Läufer, erläuterbar sind, werden in diesem Kapitel wichtige spezifische Phänomene und Konzepte für den Dampfturbinenbau vorgestellt. Dies beinhaltet auch die rotordynamischen Aspekte von hydrodynamischen Gleitlagern, die detaillierter in einem späteren Kapitel 19 dargestellt sind. Der gegenwärtige Stand der Technik ist durch den Einsatz der Methode der finiten Elemente (FEM) charakterisiert, für die wichtige rotordynamische Anwendungsfälle in diesem Kapitel diskutiert werden.