電廠渦輪機葉片顫振分析研究

Analysis of Steam Turbine Blade Flutter in Power Facility

秦祥睿(Xiang-Rui Chin)

指導教授 ： 蔣小偉

國立清華大學/工學院/動力機械工程學系/碩士(2008年)

摘要

渦輪機包括航空引擎及蒸氣渦輪發電機組等，其轉子葉片可能有葉片振動的問題。通常由於顫振(flutter)，或是強制式響應(forced response)所引起的過度振動，會造成葉片的損壞(failure)。葉片的設計通常會採用覆環式(shrouded)，包括葉尖覆環或是葉中覆環，以提升轉子葉片的結構阻尼(structural damping)與強度。目前為了避免渦輪機轉子葉片之顫振現象發生，大多採用過去的經驗，來作為其動葉片設計之依據，若進行計算流體力學與結構力學耦合模擬，將花費大量時間，不為一有效且完整系統化之研究方法。
本研究主要將針對電廠渦輪機葉片的顫振現象進行分析，並建立一套完整系統之研究方法，來探討覆環式動葉片產生顫振的主要機制。首先要取得葉片的結構動態特性，包括葉片自然頻率以及模態等，通常是以實驗量測及有限元素方法分析而得。接著估算葉片表面的流場，來計算出由於結構運動所產生的非穩定氣動力負載。由於覆環式的動葉片設計造成整體轉子呈現系統模態(system mode)運動，必須採用週期對稱方法(cyclic symmetry method)，再結合顫振分析系統，才能計算出整個覆環式動葉片系統之氣動力阻尼(aero damping)，以決定其顫振特性。
本研究分析的實例為電廠汽渦輪機之覆環式動葉片。結果顯示葉片的振動模態與入口氣流特性是影響顫振特性的重要因素；對於振動模態較複雜的模態，週期對稱方法可提供一個客觀且省時的結果，為一個有效的分析工具。相較於單一葉片法，在某些情況下無法提供足夠判斷的依據，會使分析結果有所偏差。

關鍵字

覆環葉片 ； 顫振 ； 複數模態 ； 氣彈力學 ； 週期對稱法 ； HASH(0x1a8ae6e0)

並列摘要

無資料

並列關鍵字

turbomachinery ； shrouded rotor ； blade flutter ； complex mode ； aeroelasticity ； cyclic symmetry

參考文獻

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