Aeroelastic Characteristics of Rotor Blades of Last Stage of a Powerful Steam Turbine
Blades of powerful steam turbines are subjected to significant unsteady loads, which, in some cases, can lead to the appearance of self-excited oscillations or auto-oscillations. These fluctuations are extremely dangerous and negatively affect the life time of the blading. When developing new or upg...
Збережено в:
| Видавець: | Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
|---|---|
| Дата: | 2023 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2023
|
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/277733 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
Репозиторії
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-277733 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Колодяжна, Л. В. Биков, Ю. А. |
| spellingShingle |
Колодяжна, Л. В. Биков, Ю. А. Aeroelastic Characteristics of Rotor Blades of Last Stage of a Powerful Steam Turbine |
| author_facet |
Колодяжна, Л. В. Биков, Ю. А. |
| author_sort |
Колодяжна, Л. В. |
| title |
Aeroelastic Characteristics of Rotor Blades of Last Stage of a Powerful Steam Turbine |
| title_short |
Aeroelastic Characteristics of Rotor Blades of Last Stage of a Powerful Steam Turbine |
| title_full |
Aeroelastic Characteristics of Rotor Blades of Last Stage of a Powerful Steam Turbine |
| title_fullStr |
Aeroelastic Characteristics of Rotor Blades of Last Stage of a Powerful Steam Turbine |
| title_full_unstemmed |
Aeroelastic Characteristics of Rotor Blades of Last Stage of a Powerful Steam Turbine |
| title_sort |
aeroelastic characteristics of rotor blades of last stage of a powerful steam turbine |
| title_alt |
Аеропружні властивості робочих лопаток останнього ступеня потужної парової турбіни Аеропружні властивості робочих лопаток останнього ступеня потужної парової турбіни |
| description |
Blades of powerful steam turbines are subjected to significant unsteady loads, which, in some cases, can lead to the appearance of self-excited oscillations or auto-oscillations. These fluctuations are extremely dangerous and negatively affect the life time of the blading. When developing new or upgrading existing turbine stages, it is necessary to carry out research on the aeroelastic behavior of the rotor blades. As a result of the modernization of a low-pressure cylinder of a 1000 MW steam turbine, the length of the rotor blades of the last stage increased to 1650 mm. In this regard, a numerical analysis of the aeroelastic characteristics of the last-stage rotor blades in the nominal operation mode was carried out. The analysis used the method of solving the coupled problem of unsteady aerodynamics and elastic blade vibrations, which allows the prediction of the amplitude-frequency spectrum of unsteady loads and blade vibrations in a viscous gas flow. The paper presents the results of numerical analysis of aeroelastic characteristics of the last stage rotor blades both for the mode of controlled harmonic oscillations with a given amplitude and inter-blade phase shift, and for the mode of coupled oscillations of the blades under influence of unsteady aerodynamic forces. The results of the simulation of coupled oscillations of blades for the first five natural forms are presented in the form of the time distribution of displacement of the blade peripheral cross-section, as well as the time distribution of forces and moments acting on the peripheral cross-section. The corresponding amplitude-frequency spectra of displacements and loads in the peripheral section are also given. The results of the calculations showed a positive damping of oscillations, the absence of flutter and auto-oscillations for the first five natural forms of oscillations of the blades in the nominal operation mode of the steam turbine. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/277733 |
| work_keys_str_mv |
AT kolodâžnalv aeroelasticcharacteristicsofrotorbladesoflaststageofapowerfulsteamturbine AT bikovûa aeroelasticcharacteristicsofrotorbladesoflaststageofapowerfulsteamturbine AT kolodâžnalv aeropružnívlastivostírobočihlopatokostannʹogostupenâpotužnoíparovoíturbíni AT bikovûa aeropružnívlastivostírobočihlopatokostannʹogostupenâpotužnoíparovoíturbíni |
| first_indexed |
2024-09-01T17:37:53Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:37:53Z |
| _version_ |
1809016184781144064 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2777332024-04-20T06:15:12Z Aeroelastic Characteristics of Rotor Blades of Last Stage of a Powerful Steam Turbine Аеропружні властивості робочих лопаток останнього ступеня потужної парової турбіни Аеропружні властивості робочих лопаток останнього ступеня потужної парової турбіни Колодяжна, Л. В. Биков, Ю. А. Blades of powerful steam turbines are subjected to significant unsteady loads, which, in some cases, can lead to the appearance of self-excited oscillations or auto-oscillations. These fluctuations are extremely dangerous and negatively affect the life time of the blading. When developing new or upgrading existing turbine stages, it is necessary to carry out research on the aeroelastic behavior of the rotor blades. As a result of the modernization of a low-pressure cylinder of a 1000 MW steam turbine, the length of the rotor blades of the last stage increased to 1650 mm. In this regard, a numerical analysis of the aeroelastic characteristics of the last-stage rotor blades in the nominal operation mode was carried out. The analysis used the method of solving the coupled problem of unsteady aerodynamics and elastic blade vibrations, which allows the prediction of the amplitude-frequency spectrum of unsteady loads and blade vibrations in a viscous gas flow. The paper presents the results of numerical analysis of aeroelastic characteristics of the last stage rotor blades both for the mode of controlled harmonic oscillations with a given amplitude and inter-blade phase shift, and for the mode of coupled oscillations of the blades under influence of unsteady aerodynamic forces. The results of the simulation of coupled oscillations of blades for the first five natural forms are presented in the form of the time distribution of displacement of the blade peripheral cross-section, as well as the time distribution of forces and moments acting on the peripheral cross-section. The corresponding amplitude-frequency spectra of displacements and loads in the peripheral section are also given. The results of the calculations showed a positive damping of oscillations, the absence of flutter and auto-oscillations for the first five natural forms of oscillations of the blades in the nominal operation mode of the steam turbine. Лопатки потужних парових турбін зазнають значних нестаціонарних навантажень, які, у деяких випадках, можуть призвести до появи самозбудних коливань або автоколивань. Ці коливання вкрай небезпечні та негативно впливають на ресурс лопаткового апарату. При розробці нових чи модернізації існуючих ступенів турбіни необхідно виконувати дослідження аеропружної поведінки робочих лопаток. В результаті модернізації циліндру низького тиску парової турбіни 1000 МВт довжина робочих лопаток останнього ступеня збільшилась до 1650 мм. У зв’язку з цим було проведено чисельний аналіз аеропружних характеристик робочих лопаток останнього ступеня у номінальному режимі роботи. При аналізі використовувався метод 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. У роботі представлено результати чисельного аналізу аеропружних характеристик лопаткового вінця ротора останнього ступеня як для режиму вимушених гармонійних коливань з заданою амплітудою та міжлопатковим зсувом фаз, так і для режиму зв’язаних коливань лопаток під дією нестаціонарних аеродинамічних сил. Результати моделювання зв’язаних коливань лопаток для п’яти перших власних форм представлено у формі розподілу за часом переміщення периферійного перетину лопатки, а також сил та моментів, що діють на периферійний перетин. Наведено також відповідні амплітудно-частотні спектри переміщень та навантажень у периферійному перетині. Результати розрахунків показали позитивне демпфування коливань, відсутність флатеру та автоколивань на перших п’яти власних формах коливань лопатки у номінальному режимі роботи парової турбіни. Лопатки потужних парових турбін зазнають значних нестаціонарних навантажень, які, у деяких випадках, можуть призвести до появи самозбудних коливань або автоколивань. Ці коливання вкрай небезпечні та негативно впливають на ресурс лопаткового апарату. При розробці нових чи модернізації існуючих ступенів турбіни необхідно виконувати дослідження аеропружної поведінки робочих лопаток. В результаті модернізації циліндру низького тиску парової турбіни 1000 МВт довжина робочих лопаток останнього ступеня збільшилась до 1650 мм. У зв’язку з цим було проведено чисельний аналіз аеропружних характеристик робочих лопаток останнього ступеня у номінальному режимі роботи. При аналізі використовувався метод 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. У роботі представлено результати чисельного аналізу аеропружних характеристик лопаткового вінця ротора останнього ступеня як для режиму вимушених гармонійних коливань з заданою амплітудою та міжлопатковим зсувом фаз, так і для режиму зв’язаних коливань лопаток під дією нестаціонарних аеродинамічних сил. Результати моделювання зв’язаних коливань лопаток для п’яти перших власних форм представлено у формі розподілу за часом переміщення периферійного перетину лопатки, а також сил та моментів, що діють на периферійний перетин. Наведено також відповідні амплітудно-частотні спектри переміщень та навантажень у периферійному перетині. Результати розрахунків показали позитивне демпфування коливань, відсутність флатеру та автоколивань на перших п’яти власних формах коливань лопатки у номінальному режимі роботи парової турбіни. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2023-06-30 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/277733 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 26 No. 1 (2023); 6-14 Проблемы машиностроения; Том 26 № 1 (2023); 6-14 Проблеми машинобудування; Том 26 № 1 (2023); 6-14 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/277733/277788 https://journals.uran.ua/jme/article/view/277733/272621 Copyright (c) 2023 Л. В. Колодяжна, Ю. А. Биков http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |