كاهش دامنه ارتعاشات سيستم ديسك- پره با استفاده از جاذب انرژي نصب شده روي ديسك

Vibration Amplitude Reduction of the Disk-Blade System Using the Energy Absorbers Mounted on the Disk

در اين مقاله كاربرد جاذب خطي ارتعاشي غيرفعال در كاهش غيرمستقيم ارتعاشات پره با نصب آن روي ديسك سيستم ديسك- پره بررسي مي شود. جاذب از طريق كوپلينگ سازه اي ديسك با پره، انرژي ارتعاشي پره را دريافت و توسط ميراگر خطي خود تلف مي كند. به واسطه تقارن سيكلي سيستم، طي تبديل سيكليك از مختصات فيزيكي به مودال، تعداد درجات آزادي مورد نياز براي تحليل به تعداد موجود در يك سكتور كاهش مي يابد. براي مطالعه تحليلي، از مدل كاهش مرتبه يافته در محدوده فركانسي مطالعه سيستم استفاده مي شود. فركانس هاي طبيعي و پاسخ اجباري سيستم با حل معادله مشخصه و معادلات ماتريسي سيستم به دست مي آيد.ديسك- پره توربين بخاري نمونه، شامل 259 پره است كه در 37 مجموعه 7 تايي دور ديسك نصب شده اند. پره هاي هر مجموعه با شراد نوك پره به هم متصل هستند. از تحليل المان محدود مدل سيكليك در دور rpm3000 براي استخراج مودهاي طبيعي و ترسيم دياگرام فركانسي استفاده مي شود. براي مودهاي اول و دوم مدل كاهش مرتبه يافته دو درجه آزادي شناسايي مي شود. امكان رزونانس در ناحيه پس زني فركانسي دو مود در قطر ساكن سوم، به واسطه نزديكي به خط تحريك وجود دارد لذا به تعداد مجموعه هاي پره، جاذب خطي انرژي روي ديسك نصب مي شود. با استفاده از روابط دن هارتوگ پارامترهاي بهينه اوليه براي مود اول و دوم تعيين شد كه تا حدودي توانستند ارتعاشات سيستم را كاهش دهند و از پارامترهاي آنها در بهينه سازي بعدي استفاده شد. با بهينه سازي، محدوده و ميزان كاهش ارتعاشات نسبت به حالت هاي معيار دن هارتوگ به خصوص در مود دوم بهتر شده است.

In this paper, the application of passive vibrational linear absorber on the indirect reduction of blade vibrations using its mounted on the disk-blade system is studied. The absorber receives the vibration energy of blade through a structural coupling of the disk with blade and losses it by its linear damping. Due to cyclic symmetry, the analysis of the bladed disk is reduced to the number of DOFs in a single sector. A cyclic transformation from physical to modal coordinates is used to perform this reduction. Natural frequencies and forced responses of the system are obtained by solving the characteristic and algebraic equations, respectively. The case study of a steam turbine includes 259 blades in 37 packets of 7 connected blades attached to the perimeter of the disk. Cyclic symmetric finite element analysis at 300orpm is used to extract the natural modes and frequency diagram of the system. A two DOFs reduced-order model is identified for modeling the frequency-veering region. This region has been formed between the first and second families of natural modes and there is a strong coupling between them in this region. In addition, this region is close to the system excitation line and the possibility of resonance exists. Therefore, some linear energy absorbers are mounted on the disk for the indirect vibration reduction of blades. The initial optimal parameters were determined for the first and second modes using Den Hartog relations. These parameters reduced the system vibrations and they were used in subsequent optimization. The optimization has resulted in the improvement of absorber performance exclusively around the second mode, in compare with the tuned system by Den Hartog relations.