تأثیر حلقه اتصال‌دهنده گروه پره‌های توربین گاز صنعتی در مشخصه‌های مودال به منظور کاهش ارتعاشات
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-9 (9)
کد مقاله : 1084-ISAV2022 (R2)
نویسندگان
1ایران، تهران، دانشگاه شهید بهشتی، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشجوی دکتری
2دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی،
دانشگاه شهید بهشتی
3ایران، تهران، دانشگاه شهید بهشتی، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، استادیار
چکیده
یکی از اصلی‌ترین اجزاء پر کاربرد در توربین‌های گازی پره‌ها می‌باشند که به طور مداوم در معرض ارتعاشات ناشی از نیروهای پیچیده گوناگون از جمله تحریک سیال خارجی هستند. در توربین‌های گاز با عملکرد بالا به منظور کاهش ارتعاشات ناخواسته و همچنین جلوگیری از رخداد پدیده‌های مخرب در پره‌ها همچون خستگی و تشدید، مهندسین راهکارهای مختلفی پیشنهاد کرده‌اند که یکی از کارآمدترین آن‌ها استفاده از شرود، سیم و یا تیوب اتصال دهنده است. مشخصه‌های مودال یک سیستم چند پره تفاوت بسیاری با مشخصه‌های سیستم تک پره دارد بطوریکه فرکانس‌های طبیعی و شکل مودهای گروه پره‌ها را نمی‌توان به طور دقیق با یک تحلیل تک پره مقایسه نمود. در این مقاله به بررسی تأثیرات تیوب اتصال دهنده بر رفتار ارتعاشی پره های روتور ردیف اول یک توربین نیرو در شرایط کاری از نظر دما، سرعت دورانی روتور و فشار گاز مورد بررسی قرار می‌گیرد. در گام اول پس از مدل‌سازی پره با استفاده از فناوری ابر نقاط، مدل پاراسالید پره به نرم افزار المان محدودANSYS جهت استخراج فرکانس های طبیعی و شکل مودهای تک پره و گروه 6 تایی پره که بوسیله تیوب اتصال دهنده به یکدیدگر متصل شده‌اند، منتقل می‌شود. به منظور صحه سنجی دقت ابعاد برداری و خواص مواد، مقایسه‌ای بین تحلیل فرکانسی اجزاء محدود و آزمون مودال پره در حالت آزاد صورت پذیرفت. از تحلیل نمودار کمپل و شکل مودها می‌توان چنین نتیجه گیری نمود که تیوب اتصال دهنده به مقدار قابل توجهی فرکانس‌های طبیعی پره ها را بهبود می‌دهد بطوریکه در محدوده کاری توربین گاز مورد تداخل با فرکانس‌های تحریک قرار نگیرد. همچین در ادامه بررسی و حساسیت سنجی موقعیت نصب تیوب و قطر داخلی تیوب بر ارتعاشات پره انجام می‌شود. در پایان اثر تیوب اتصال بر دامنه ارتعاشات مود اول با تک پره مقایسه می‌شود.
کلیدواژه ها
موضوعات
Title
The effect of connecting ring of industrial gas turbine blade group on modal characteristics in order to reduce vibrations
Authors
ُSeyed Ahmad Mortazavi, Abbas Rahi, Seyed Mohamad Jafari
Abstract
One of the most widely used components in gas turbines are blades, which are constantly exposed to vibrations caused by various complex forces, including external fluid stimulation. In high-performance gas turbines, in order to reduce unwanted vibrations and also prevent the occurrence of destructive phenomena in the blades, such as fatigue and resonance, engineers have proposed various solutions, one of the most effective of which is the use of a shroud, wire, or connecting tube. The modal characteristics of a multi-blade system are very different from the characteristics of a single-blade system, so that the natural frequencies and mode shapes of the group of blades cannot be accurately compared with a single-blade analysis. In this article, the effects of the connecting tube on the vibration behavior of the rotor blades of the first row of a power turbine are investigated in terms of temperature, rotor rotational speed and gas pressure. In the first step, after modeling the blade using point cloud technology, the Parasolid model of the blade is transferred to the ANSYS finite element software to extract the natural frequencies and mode shapes of the single blade and the group of 6 blades which are connected to the monocular by the connecting tube. to be in order to validate the accuracy of vector dimensions and material properties, a comparison was made between the frequency analysis of finite elements and the vane modal test in free mode. From the analysis of the Campbell diagram and the shape of the modes, it can be concluded that the connecting tube significantly improves the natural frequencies of the blades so that it is not interfered with the excitation frequencies in the working range of the gas turbine.
Keywords
turbine blade, connecting tube, Campbell', s diagram, Natural frequency
مراجع
<div class="page" title="Page 9">
<div class="layoutArea">
<div class="column"><ol dir="ltr">
<li>
<p><span>Rivaz, A., S.H. Mousavi Anijdan, and M. Moazami-Goudarzi, </span><span>Failure analysis and damage causes of a steam turbine blade of 410 martensitic stainless steel after 165,000 h of working. </span><span>Engineering Failure Analysis, 2020. </span><span>113</span><span>. </span></p>
</li>
<li>
<p><span>Prohl, M., </span><span>A method for calculating vibration frequency and stress of a banded group of turbine buckets. </span><span>Transactions of the American Society of Mechanical Engineers, 1958. </span><span>80</span><span>(1): p. 169- .179 </span></p>
</li>
<li>
<p><span>Dea ́ k, A. and R. Baird, </span><span>A Procedure for Calculating the Packet Frequencies of Steam Turbine Exhaust Blades. </span><span>1963. </span></p>
</li>
<li>
<p><span>Rao, J., </span><span>Application of variational method to shrouded turbine blades. </span><span>Proc. 19th Cong. ISTAM, 1974: p. 93-104. </span></p>
</li>
<li>
<p><span>Bajaj, G., </span><span>Free vibration of packeted turbine blades—coupled bending-bending-torsion modes [MS thesis]. </span><span>Indian Institute of Technology, Kanpur, India, 1974. </span></p>
</li>
<li>
<p><span>Huang, W.-h., </span><span>Free and forced vibration of closely coupled turbomachinery blades. </span><span>AIAA Journal, 1981. </span><span>19</span><span>(7): p. 918-924. </span></p>
</li>
<li>
<p><span>Ewins, D. and M. Imregun, </span><span>Vibration modes of packeted bladed disks. </span><span>1984. </span></p>
</li>
<li>
<p><span>Ghosh, S.J., </span><span>Failure Investigation of a Low-Pressure Turbine Blade. </span><span>Journal of Failure Analysis & </span>Prevention, 2004. 4(3): p. 73-77.</p>
</li>
<li>
<p><span>Mundt, G., A. Neidel, and B. Matijasevic-Lux, </span><span>Moving Blade Failure in the Low-Pressure Turbine </span>of a Steam Turbo Set. Practical Metallography, 2012. 49(12): p. 782-791.</p>
</li>
<li>
<p><span>Nurbanasari, M. and Abdurrachim, </span><span>Crack of a first stage blade in a steam turbine. </span><span>Case Studies </span>in Engineering Failure Analysis, 2014. 2(2): p. 54-60.</p>
</li>
<li>
<p><span>Plesiutschnig, E., et al., </span><span>Cracks on the Roots of Turbine Blades of the Low-Pressure Turbine in a </span>Steam Power Plant. Practical Metallography, 2015. 52(4): p. 214-225.</p>
</li>
<li>
<p><span>Rezaei, E., </span><span>A new model for the optimization of periodic inspection intervals with failure </span>interaction: A case study for a turbine rotor. Case Studies in Engineering Failure Analysis, 2017. 9: p. 148-156.</p>
</li>
<li>
<p><span>Sameezadeh,M.,etal.,</span><span>Numericalsimulationandexperimentalinvestigationonasteamturbine </span>blade fractured from the lacing hole. Engineering Failure Analysis, 2020. 117: p. 104809.</p>
</li>
<li>
<p><span>Poursaeidi, E., et al., </span><span>Effects of natural frequencies on the failure of R1 compressor blades. </span>Engineering Failure Analysis, 2012. 25: p. 304-315.</p>
</li>
<li>
<p><span>Rao,J.,</span><span>Turbomachinebladevibration</span><span>.1991:NewAgeInternational. </span></p>
</li>
</ol></div>
</div>
</div>