Verification of the developed mathematical models and the created software on test models of plates and bladed disks of axial turbomachines
Keywords:
verification, dynamic characteristics, mathematical model, numerical calculation, bladed disksAbstract
Determining the dynamic characteristics of vibrations (natural frequencies and waveforms) is an important task that allows to solve the problem of eliminating the resonance phenomenon, for example, by changing the shape of parts and increasing the life of turbomachine parts under the influence of various factors such as rotation, parameter mistuning, etc. Today, with the advent of powerful computers and the development of digital methods, it is possible to significantly reduce the time and financial means spent on solving such tasks. However, in the process of developing mathematical models and numerical research methods, it is necessary to verify the results obtained by other methods, for example, an analytical solution or data experiments. This paper presents the results of determining the dynamic characteristics of vibrations of test models of plates and academic impellers of axial turbomachines. It is found that the results of numerical calculations of the structure’s natural oscillation frequencies are in good agreement with the authors’ experimental data as well as other investigations and analytical data. A change in the coupling of blade vibrations due to an increase in the thickness of the impeller disc has also been investigated. At the same time, the waveforms and the natural frequency spectrum of the vibrations of the original structure change. This option is one of the types of introducing parameter mistuning and verification of the study of bladed disks vibrations with non-identical blades.
References
Паровые и газовые турбины для электростанций / А.Г. Костюк, В.В. Фролов, А.Е. Булкин и др. М. : МЭИ, 2016. 557 с.
Костюк А.Г. Динамика и прочность турбомашин. М. : МЭИ, 2007. 476 с.
Экспериментальное исследование модели автоклава для гидротермального синтеза минералов / Д.А. Еловенко, П.Г. Пимштейн, О.В. Репецкий и др. // Вестн. Байкальского союза стипендиатов DAAD. 2010. № 1. С. 11–19.
Hoffmann Т., Scheidt L., Wallaschek J. Single Nodal Diameter Excitation of Turbine Blades: Experimental and Theoretical Study // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2021, Vol. 143, Iss. 9. DOI: https://doi.org/10.1115/1.4051172.
Иванов В.П. Колебания рабочих колес турбомашин. М. : Машиностроение, 1983. 224 с.
Репецкий О.В., Нгуен В.В. Анализ динамических характеристик элементов турбомашин // Вестник НГИЭИ. 2020. № 2 (105). С. 5¬17.
Басов К.А. ANSYS. Справочник пользователя. М. : ДМК, 2005. 639 с.
Modal Analyses of an Axial Turbine Blisk with Intentional Mistuning / B. Beirow, F. Figaschewsky, A. Kühhorn et al. // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2018. Vol. 140, Iss. 1. DOI: https://doi.org/10.1115/1.4037588.
Ewins D.J. Vibration modes of Mistuned bladed disks // Journal of Engineering for Power. 1976. Vol. 98, Iss. 3. P. 349–355.
До Мань Тунг. Численный анализ влияния расстройки параметров на динамические характеристики рабочих колес турбомашин : дис. … канд. техн. наук. Иркутск, 2014. 197 c.
Repetckii O., Nguyen T.Q., Ryzhikov I. Investigation of vibration and fatigue life of mistuned bladed disks // Actual Issues of Mechanical Engineering : proceedings of the International Conference (AIME 2017). Tomsk, 2017. Vol. 133. P. 702¬707.
Repetskiy O.V., Ryjikov I.N. Modeling and simulation of dynamic processes with the help of program package BLADIS+ // International Conference on Systems, Computing Sciences And Software Engineering. Bridgeport, 2007. P. 219-220.
Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. М. : Наука. 1966. 636 с.
Ермаков А.И., Урлапкин А.В., Федорченко Д.Г. Влияние связанности колебаний на собственные формы рабочего ко-леса с неидентичными лопатками // Вестн. Самар. гос. аэрокосм. ун-та. 2014. № 5-3 (47). С. 76–81.
Гладкий И.Л., Пивоварова М.В. Разработка способа обрыва рабочей лопатки компрессора высокого давления на за-данной частоте вращения // Вестн. Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. Механика. 2023. № 3. C. 53–62.
Ермаков А.И., Урлапкин А.В., Федорченко Д.Г. Формирование разброса резонансных напряжений в рабочих колесах с неидентичными лопатками и слабой связанностью колебаний // Вестн. Самар. гос. аэрокосм. ун-та. 2014. № 5-4 (47). C. 9–13.
Жужукин А.И., Непеин К.Г. Применение спеклинтерферометрии для экспериментального исследования колебаний рабочих колес турбомашин с расстройкой параметров // Динамика и виброакустика. 2023. Т. 9. № 1. C. 21–32.
Рыжиков И.Н., Нгуен Т.К. Влияние расстройки параметров на частоты и формы колебаний конструкций с поворотной симметрией // Механики XXI веку. 2015. №14. C. 29–33.
Numerical methods for calculating component modes for geometric mistuning reduced-order models / J.A. Beck, J.M. Brown, A.A. Kaszynski et al. // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2022. Vol. 144, Iss. 3. DOI: https://doi.org/10.1115/1.4052427.
The dynamic influence of crystal orientation on a second generation single crystal material for turbine buckets / M. Manetti, I. Giovannetti, N. Pieroni et al. // Proceedings of the 2009 ASME Turbo Expo. Orlando, 2009. Vol. 6. Part A. P. 125–135.
