تعیین فرکانس های طبیعی پره ردیف اول توربین گاز V۹۴.۲ به روش اجزاء محدود و اعتبارسنجی تجربی

Abstract

شناخت دقیق رفتار دینامیکی و ارتعاشی پره های توربین گاز، به عنوان بحرانی ترین قطعات در بخش داغ که تحت بارگذاری های شدید حرارتی و مکانیکی قرار دارند، جهت پیشگیری از پدیده تشدید و شکست ناشی از خستگی امری حیاتی است. در پژوهش حاضر، فرکانس های طبیعی و شکل مودهای پره متحرک ردیف اول توربین گازی V۹۴.۲ (ساخت شرکت زیمنس) با بهره گیری از دو رویکرد عددی و تجربی تعیین شده است. بدین منظور، مدل هندسی سه بعدی کامل پره شامل ریشه، ناحیه انتقال و ایرفویل در نرم افزار سالیدورک طراحی و سپس تحلیل اجزاء محدود در محیط نرم افزار انسیس انجام گرفت. جهت اعتبارسنجی مدل عددی، آزمون مودال تجربی با استفاده از سیستم داده برداری VibPro۴، تحریک کننده فرکانس و حسگر شتاب سنج بر روی پره واقعی در شرایط مرزی گیردار اجرا شد. مقایسه نتایج در دمای محیط نشان داد که فرکانس طبیعی اول حاصل از شبیه سازی عددی (۶۱۸ هرتز) با نتایج تجربی (۵۹۰ هرتز) تطابق بسیار بالایی داشته و خطای نسبی آن تنها ۴.۷ درصد است. پس از تایید صحت مدل سازی، تحلیل در شرایط دمای کاری (۱۰۶۰ درجه سانتی گراد) تکرار گردید. نتایج نشان داد که کاهش خواص مکانیکی متریال در دمای بالا، منجر به افت قابل توجه فرکانس های طبیعی پنج مود اول (به میزان متوسط ۱۷ تا ۱۹ درصد) نسبت به دمای محیط می شود. این پژوهش ضمن ارائه یک مدل عددی دقیق، اهمیت لحاظ نمودن اثرات حرارتی در طراحی دینامیکی پره های توربین را برجسته می سازد.