Аналіз аеропружності лопаткового вінця турбіни з несиметричним тиском на виході
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-774X.2024.01.06Анотація
Елементи потужних парових турбін зазнають значних нестаціонарних навантажень, зокрема лопатки ротора останніх ступенів. Ці навантаження, у деяких випадках, можуть викликати самозбудні коливання, які є вкрай небезпечні та мають негативний вплив на ефективність та ресурс лопаткового апарату. Тому при розробці нових чи модернізації існуючих ступенів парових турбін рекомендовано проводити дослідження аеропружних характеристик робочих лопаток. Представлено результати числового аналізу аеропружних характеристик лопаткового вінця ротора останнього ступеня парової турбіни 380 МВт з урахуванням несиметричного розподілу тиску за ступенем. Розподіл тиску спричинений впливом вихлопного патрубка та отриманий експериментальним шляхом. При аналізі використовувався перевірений чисельний метод одночасного розв’язання зв’язаної задачі нестаціонарної аеродинаміки та пружних коливань лопаток, який дозволяє прогнозувати амплітудно-частотний спектр нестаціонарних навантажень і коливань лопаток в потоці в’язкого газу. Результати моделювання представлено у вигляді переміщень периферійного перетину лопатки та аеродинамічних сил, що діють на цей перетин, а також їх спектри. Також в результаті отримано залежність коефіцієнта аеропружності від міжлопаткового кута зсуву фаз коливань. Результати розрахунків показали відсутність флатеру та автоколивань за першою власною формою коливань лопаток у частковому режимі роботи парової турбіни. Аналіз результатів не виявив значного впливу несиметричності тиску на виході з вінця, завдяки значної різниці між частотами збудження, що спричинені нерівномірністю, та власними частотами коливань лопаток.
Посилання
Rzadkowski R., Surwilo J., Kubitz L. and Szymaniak M. (2018), “Unsteady Forces in LP Last Stage 380 MW Steam Turbine Rotating and Non-vibrating Rotor Blades with Ex-haust Hood”, Journal of Vibration Engineering & Tech-nologies, Vol. 6, Iss. 5, pp. 357–368, https://doi.org/10.1007/s42417-018-0055-y.
Petrie-Repar P., Fuhrer C., Grübel M. and Vogt D. (2015), “Two-Dimensional Steam Turbine Flutter Test Case”, ISUAAAT2014, The 14th International Symposium on Un-steady Aerodynamics, Aeroacoustics and Aeroelasticity of Turbomachines, 8th–11th September 2015, Stockholm, Sweden, N.Y.: Curran Associates, Inc., pp. 33–43.
Drewczyński M., Rzadkowski R., Maurin A. and Mar-szałek P. (2015), “Free vibration of a mistuned steam tur-bine last stage Bladed Disc”, Proceedings of ASME TURBO EXPO 2015, June 15–19, Montreal, Canada, GT 2015-26011, N.Y.: ASME, 10 p.
Sun T., Petrie-Repar P., Vogt D. M. and Hou A. (2019), “Detached-Eddy Simulation Applied to Aeroelastic Stabil-ity Analysis in a Last-Stage Steam Turbine Blade”, ASME. J. Turbomach., No. 141(9), pp. 091002-1−11, https://doi.org/ 10.1115/GT2015-42080.
Sabale A. K. and Gopal N. K. V. (2019), “Nonlinear Aero-elastic Analysis of Large Wind Turbines Under Turbulent Wind Conditions”, AIAA Journal., No. 57(10), pp. 4416–4432, https://doi.org/10.2514/1.J057404.
Romera D. and Corral R. (2021), “Nonlinear Stability Analysis of a Generic Fan with Distorted Inflow Using Passage-Spectral Method”, ASME. J. Turbomach., No. 143(6), pp. 061001-1−9, https://doi.org/10.1115/1.4050144.
Stapelfeldt S. and Vahdati M. (2019), “Improving the Flutter Margin of an Unstable Fan Blade”, ASME. J. Tur-bomach., No. 141(7), pp. 071006-1–9, https://doi.org/10.1115/1.4042645.
Vahdati M. and Cumpsty N. (2018), “Aeroelastic Instabil-ity in Transonic Fans”, ASME. J. Eng. Gas Turbines Pow-er., No. 138(2), pp. 022604-1−14, https://doi.org/10.1115/ 1.4031225.
Hanschke B., Kühhorn A., Schrape S. and Giersch T. (2019), “Consequences of Borescope Blending Repairs on Modern High-Pressure Compressor Blisk Aeroelasticity”, ASME. J. Turbomach., No. 141(2), pp. 021002-1−7, https://doi.org/ 10.1115/1.4041672.
Vallon A., Herran M., Ficat-Andrieu V. and Detandt Y. (2018), “Numerical investigations of flutter phenomenon in compressor stages of helicopter engines”, 2018 AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, AIAA 2018-4091, pp. 1–9, https://doi.org/10.2514/ 6.2018-4091.
Corral R., Greco M. and Vega A. (2019), “Tip-Shroud Labyrinth Seal Effect on the Flutter Stability of Turbine Rotor Blades”, ASME. J. Turbomach., No. 141(10), pp. 101006-1−10, https://doi.org/10.1115/1.4043962.
Huang H., Liu W., Petrie-Repar P. and Wang D. (2021), “An Efficient Aeroelastic Eigenvalue Method for Analyz-ing Coupled-Mode Flutter in Turbomachinery”, ASME. J. Turbomach., No. 143(2), pp. 021010-1−12, https://doi.org/10.1115/ 1.4048294.
Ojha V., Fidkowski K. J. and Cesnik C. E. S. (2021), “Adaptive High-Order Fluid-Structure Interaction Simula-tions with Reduced Mesh-Motion Errors”, AIAA Journal, No. 59(6), pp. 2084–2101, https://doi.org/10.2514/1.J059730.
Rzadkowski R., Gnesin V., Kolodyazhnaya L. and Szczepanik R. (2019), “Unsteady Rotor Blade Forces of 3D Transonic Flow Through Steam Turbine Last Stage and Exhaust Hood with Vibrating Blades”, Asset Intelligence through Integration and Interoperability and Contempo-rary Vibration Engineering Technologies, Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham, pp. 523–531, https://doi.org/10.1007/978-3-319-95711-1_52.
Rzadkowski R., Gnesin V. and Kolodyazhnaya L. (2018), “Aeroelasticity analysis of unsteady rotor blade forces and displacements in LP last stage steam turbine with various pressure distributions the stage exit”, Journal of Vibration Engineering & Technologies, Vol. 6, Iss. 5, pp. 333-337, https://doi.org/10.1007/s42417-018-0049-9.
Rzadkowski R., Gnesin V., Kolodyazhnaya L. and Kubitz L. (2018), “Aeroelastic Behaviour of a 3.5 Stage Aircraft Compressor Rotor Blades Following a Bird Strike”, Jour-nal of Vibration Engineering & Technologies, Vol. 6, Iss. 4, pp. 281−287, https://doi.org/10.1007/s42417-018-0044-1.
Rzadkowski R., Kubitz L., Gnesin V. and Kolodyazhnaya L. (2018), “Flutter of long blades in a steam turbine”, Journal of Vibration Engineering & Technologies, Vol. 6, Iss. 4, pp. 289−296, https://doi.org/10.1007/s42417-018-0040-5.
Donchenko V., Gnesin V., Kolodyazhnaya L., Kravchen-ko I. and Petrov A. (2020), “Predicting the Flutter of the Fan Row in the Aircraft Engine”, Bulletin of NTU “KhPI”. Series: Power and heat engineering processes and equipment, no. 2(4), pp. 11–17, ISSN 2078-774X (print), ISSN 2707-7543 (on-line), https://doi.org/10.20998/2078-774X.2020.02.02.
Rusanov A., Shvetsov V., Alyokhina S., Pashchenko N., Rusanov R., Ishchenko M., Slaston L. and Sherfedinov R. (2020), “The Efficiency Increase of the Steam Turbine Low Pressure Cylinder Last Stage by the Blades Spatial Profiling”, J. of Mech. Eng., vol. 23(1), pp. 6–14, https://doi.org/10.15407/pmach2020.01.006.
Gnesin V. I., Kolodiazhnaya L. V. and Rzadkowski R. (2018), “Aeroelastic behaviour of turbine blade row in 3D viscous flow”, J. of Mech. Eng., vol. 21(1), pp. 19–30, https://doi.org/10.15407/pmach2018.01.019.
Kolodiazhna L. V., Bykov Y. A. (2023), “Aeroelastic Characteristics of Rotor Blades of Last Stage of a Powerful Steam Turbine”, Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia, vol. 26(1), pp. 6–14, ISSN 2709-2984, https://doi.org/10.15407/pmach2023.01.006.
