Vibrations of disc with twisted blades in 3D compressible flow

• Autorzy: Rządkowski, R. , Gnesin, V.

Warianty tytułu

PL

Drgania tarczy ze skręconymi łopatkami w 3D ściśliwym przepływie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Numerical calculations of the 3D transonic flow of an ideal gas through turbomachinery rotor blade row and stator, rotor blades moving relatively one to another with taking into account the blades oscillations are presented. The approach is based on the solution of the coupled aerodynamic-structure problem for the 3D flow through the turbine stage in which fluid and dynamic equations are integrated simultaneously in time. An ideal gas flow through the mutually moving stator and rotor blades with periodicity on the whole annulus is described by the unsteady Euler conservation equations, which are integrated using the explicit monotonous finite-volume difference scheme of Godunov-Kolgan and moving hybrid H-H grid. The structure analysis uses the modal approach and 3D finite element model of a blade. There has been performed the calculation for the last stage of the steam turbine with rotor blades of 0,765 m.

PL

Przedstawiono obliczenia numeryczne w 3D transonicznym przepływie gazu doskonałego poprzez łopatki wirnikowe i kierownicze, gdzie drgające łopatki wirnikowe poruszają się względem siebie. Model jest oparty na rozwiązaniu sprzężonego zagadnienia 3D mechaniczno-przepływowego poprzez stopień turbinowy. W modelu równania przepływu i dynamiki są całkowane z krokiem czasowym. Przepływ gazu doskonałego przez nieruchome łopatki kierownicze i obracające i drgające łopatki wirnikowe, z założeniem periodyczności na części obwodu, został opisany niestacjonarnymi równaniami Eulera, które zostały scałkowane przy pomocy metody objętości skończonych — Godunowa-Kolgana na ruchomych siatkach typu H-H. W modelu mechanicznym wykorzystano metodę superpozycji modalnej i 3D model MES dla łopatki. Obliczenia przeprowadzono dla ostatniego stopnia parowej turbiny o długości łopatek wirnikowych równej 0.765 [m].

Słowa kluczowe

PL

drgania; tarcza; łopatki skręcone

• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2003
• Tom: Vol. 49, nr 3
• Strony: 355-373
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., il.

Twórcy

autor

Rządkowski, R.

• Institute of Fluid Flow Machinery, Department of Dynamics of Machines, Polish Academy of Sciences, Gdańsk,
• Polish Naval Academy, Gdynia

autor

Gnesin, V.

• Department of Aerohydromechanics, Institute for Problems in Machinery, Ukrainian National Academy of Sciences, Kharkov, Ukraine

Bibliografia

• 1. M. A. BAKHLE, T. S. R. REDDY, T.G. KEITH, Time domain flutter analysis of cascades using a full-potential solver, AIAA J. 30, 1, 163, 1992.
• 2. K. BATHE, E. WILSON, Numerical methods in finite element analysis, Prentice-Hall, Inc Englewood Cliffs, New Jersey 1976.
• 3. O. O. BENDIKSEN, Nonlinear blade vibration and flutter in transonic rotors, Proc. of ISROMAC -7, The 7th Intern. Symp. on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, Feb., 22-26, 1998. Honolulu, Hawaii, USA, 664, 1998.
• 4. V. CARSTENS, J. BELZ, Numerical investigation of nonlinear fluid-structure interaction in vibrating compressor blades, ASME paper 2000-GT-0381, 2000.
• 5. J. W. CHEW, J. G. MARSHALL, M. VAHDATI, M. IMREGUN, Part-speed flutter analysis of a wide-chord fan blade, T. H. Fransson [ed.], Unsteady Aerodynamics and Aeroelasticity of Turbomachines, Kluwer Academic Publishers, Printed in the Netherlands, 707-724, 1998.
• 6. V. I. GNESIN, R. RZĄDKOWSKI, L. V. KOLODYAZHNAYA, A coupled fluid-structure analysis Jor 3D flutter in turbomachines, ASME paper 2000-GT-0380, 2000.
• 7. V. I. GNESIN, R. RZĄDKOWSKI,The theoretical model of 3D flutter in subsonic, transonic and supersonic inviscid flow, Transaction of the Institute of Fluid-Flow Machinery, 106, 45-68, 2000.
• 8. V. I. GNESIN, R. RZĄDKOWSKI, Aeroelastic behaviour of the last stage steam turbine blades. Part II. Coupled fluid-structure oscillations hannonic oscillations, Transaction of the Institute of Fluid-Flow Machinery, 108, 73-94, 2001.
• 9. S. K. GODUNOV et al., Numerical solution of multidimensional problems in gasdynamics [in Russian], Nauka, Moscow 1976.
• 10. K. C. HALL, P. D. SILKOWSKl, The influence of neighbouring blade rows on the unsteady aerodynamic response of cascades, ASME J. of Turbomachinery, 119, 85-93, 1997.
• 11. L. HE, Integration of 2D fluid-structure coupled systems for calcuation of turbomachinery aerodynamic, aeroelastie instabilities, J. of Computational Fluid Dynamics, 3, 217-230, 1984.
• 12. L. HE, W. NING, Nonlinear harmonic analysis of unsteady transonic inviscid and viscous flows, Unsteady Aerodynamics and Aeroelasticity of Turbomachines, proceedings of the 8th International Symposium held in Stockholm, Sweden, Sept. 14-18, 183-189, 1998.
• 13. J. G. MARSHALL, M. IMREGUN, A review of aeroelasticity methods with emphasis on turbomachinery applications, Journal of Fluids and Structures, 10, 237-257, 1996.
• 14. F. MOYROUD, G. JACQUET-RICHARDET, T. H. FRANSSON, A modal coupling for fluid and structure analysis of turbomachines flutter. Application to a Fan Stage, ASME Paper 96-GT-335, 1-19,1996.
• 15. M. NAMBA, A. ISHIKAWA, Three-dimensional aerodynamic characteristics of oscillating supersonic and transonic annular cascades, ASME J. of Engineering for Power, 105, 138-146, 1983.
• 16. R. RZĄDKOWSKI, V. GNESIN, The numerical and experimental verification of the 3D inviscid code, Transaction of the Institute of Fluid-Flow Machinery, 106, 69-95, 2000.
• 17. R. RZĄDKOWSKI, Dynamics of steam turbine blading, Part two bladed discs, Ossolineum, Wrocław-Warszawa 1998.
• 19. R. RZĄDKOWSKI, V. GNESIN, Aeroelastic behaviour of the last stage steam turbine blades. Part I. Harmonic Oscillations, Transaction of the Institute of Fluid-Flow Machinery, 108, 59-72, 2001.
• 20. J. B. H. M. SCHULTEN, Sound generated by rotor wakes interacting with a leaned vane stator, AIAA J., 20-10, 1352-135, 1982.

Uwagi

Błąd w numeracji bibliografii