تحقیق تحليل ارتعاشات آزاد پره توربينهاي گازي به منظور جلوگيري از خستگي دور بالا 10 ص

دسته بندي : دانش آموزی و دانشجویی » دانلود تحقیق
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل :  word (..doc) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 10 صفحه

 قسمتی از متن word (..doc) : 
 

‏تحليل ‏ارتعاشات ‏آزاد ‏پره ‏توربينهاي ‏گازي ‏به ‏منظور ‏جلوگيري ‏از ‏خستگي
‏دور ‏بالا
‏چكيده
‏خستگي ‏دور ‏بالا ‏يكي ‏از ‏عوامل ‏اصلي ‏بروز ‏خرابي ‏در ‏پره ‏هاي ‏توربينهاي ‏گازي ‏م ‏يباشد ‏كه ‏از ‏يكسو ‏باعث ‏كاهش ‏ميزان
‏دسترسي ‏و ‏قابليت ‏اطمينان ‏نيروگاههاي ‏گازي ‏شده ‏و ‏از ‏سوي ‏ديگر ‏باعث ‏تحميل ‏هزينه ‏جايگزيني ‏پره ‏ها ‏به ‏بخش
‏نگهداري ‏و ‏تعميرات ‏اين ‏نيروگاهها ‏م ‏يگردد. ‏ارتعاشات ‏بالاي ‏پره ‏توربين ‏م ‏يتواند ‏تنشهاي ‏ديناميكي ‏بالاتر ‏از ‏حد ‏مجاز
‏توليد ‏كند ‏كه ‏باعث ‏ايجاد ‏خستگي ‏دور ‏بالا ‏مي ‏گردند. ‏با ‏بررسي ‏ارتعاشات ‏پره ‏توربين ‏مي ‏توان ‏از ‏بروز ‏پديده ‏تشديد
‏جلوگيري ‏نمود ‏و ‏ارتعاشات ‏پره ‏توربين ‏را ‏در ‏حد ‏قابل ‏قبولي ‏نگه ‏داشت. ‏در ‏اين ‏مقاله ‏روشي ‏جديد ‏براي ‏آناليز ‏مودال
‏پر ‏ههاي ‏توربين ‏ارائه ‏شده ‏است. ‏در ‏روش ‏معمول ‏از ‏داده ‏هاي ‏تست ‏مودال ‏پره ‏در ‏حالت ‏گيردار، ‏براي ‏روزآمد ‏كردن
‏مدل ‏اجزاء ‏محدود ‏استفاده ‏م ‏يگردد. ‏سپس ‏مدل ‏تحليلي ‏روزآمد ‏شده ‏در ‏شرايط ‏كاري ‏پره ‏تحليل ‏مي ‏گردد. ‏در ‏اين
‏مقاله ‏با ‏ارائه ‏چند ‏مثال ‏نشان ‏داده ‏شده ‏است ‏كه ‏داد ‏ههاي ‏تست ‏بدست ‏آمده ‏از ‏اين ‏روش ‏از ‏دقت ‏مناسبي ‏برخوردار
‏نيستند. ‏در ‏روش ‏پيشنهادي ‏در ‏اين ‏مقاله ‏از ‏داده ‏هاي ‏تست ‏در ‏حالت ‏آزاد ‏براي ‏روزآمد ‏كردن ‏مدل ‏تحليلي ‏استفاده
‏گرديده ‏است. ‏در ‏ادامه ‏كارايي ‏اين ‏روش ‏براي ‏تحليل ‏مودال ‏پره ‏توربين ‏ثابت ‏گرديده ‏است.
‏واژ ‏ههاي ‏كليدي: ‏تست ‏مودال - ‏روش ‏اجزا ‏محدود - ‏روزآمد ‏كردن ‏مدل - ‏پره ‏توربين
‏١- ‏دانشيار ‏٢- ‏دانشجوي ‏كارشناسي ‏ارشد ‏٣- ‏دانشجوي ‏دكترا
‏١- ‏مقدمه
‏خرابي ‏پ‏ر‏ههاي ‏توربين ‏گازي ‏از ‏يك ‏سو ‏باعث ‏كاهش ‏ميزان ‏دسترسي ‏به ‏نيروگاهها ‏براي ‏توليد ‏برق ‏شده ‏و ‏از ‏سوي ‏ديگرباعث ‏تحميل ‏هزينه ‏تعمير ‏و ‏جايگزيني ‏پره ‏ها ‏به ‏گردانندگان ‏اين ‏نيرو ‏گاهها ‏ميگردد، ‏بگونه ‏اي ‏كه ‏هزينه ‏جايگزيني ‏پره ‏هاي‏ ‏توربينهاي ‏گازي ‏قسمت ‏عمد ‏هاي ‏از ‏هزينه ‏تعميرات ‏و ‏نگهداري ‏نير ‏وگا ‏ههاي ‏گازي ‏را ‏تشكيل
‏م‏يدهد. ‏عوامل ‏مختلفي ‏در ‏خرابي
‏پر ‏ههاي ‏توربين ‏هاي ‏گازي ‏دخيل ‏هستند ‏كه ‏مهمترين ‏آنها ‏عبارتند ‏از: ‏الف) ‏خستگي ‏كه ‏شامل ‏خستگي ‏دور ‏بالا
(High Cycle Fatigue‏۱] ‏م ‏يباشد ‏و ‏ب) ‏خزش[ ‏۵]. ‏اما ‏زماني ‏كه -‏۴] (Low Cycle Fatigue) ( ‏و ‏خستگي ‏دور ‏پايين‏ ‏توربين ‏در ‏محدوده ‏رزونانس ‏كار ‏كند ‏مهمترين ‏عامل ‏خرابي ‏پر ‏ههاي ‏توربين ‏خستگي ‏دور ‏بالا ‏خواهد ‏بود.
‏پر ‏هها ‏و ‏ديسكهاي ‏توربينهاي ‏گازي ‏به ‏علت ‏امكان ‏وقوع ‏تشديد ‏در ‏دور ‏كاري ‏توربين ‏و ‏هارمون‏ی‏كهاي ‏آن ‏در ‏معرض
‏خستگي ‏دور ‏بالا ‏م‏يباشند. ‏پديده ‏تشديد ‏باعث ‏افزايش ‏تنش ‏هاي ‏ديناميكي ‏م‏يگردد ‏كه ‏عامل ‏اصلي ‏بروز ‏پديده ‏خستگي ‏دوربالا ‏م‏يباشد. ‏از ‏اينرو ‏بررسي ‏ارتعاشات ‏و ‏تنش ‏در ‏اكثر ‏قطعات ‏توربين ‏هاي ‏گازي ‏مرحل‏ه ‏هاي ‏حياتي ‏در ‏فرايند ‏طراحي ‏و ‏ساخت‏ ‏توربين ‏محسوب ‏م ‏يگردد، ‏تا ‏اطمينان ‏حاصل ‏گردد ‏كه ‏فركا ‏ن‏سهاي ‏طبيعي ‏قطعات ‏در ‏محدوده ‏مشخصي ‏قرار ‏م ‏يگيرد. ‏علاوه ‏بر
‏اين ‏عوامل ‏ديگري ‏همچون ‏خطاهاي ‏ساخت، ‏سايش ‏و ‏خوردگي ‏م ‏يتواند ‏باعث ‏تغيير ‏در ‏مشخصات ‏مودال ‏پر ‏هها ‏گردد. ‏همچنين
‏تغييراتي ‏كه ‏ممكن ‏است ‏در ‏فرايند ‏مهندسي ‏معكوس ‏در ‏پر ‏هها ‏ايجاد ‏شود ‏نيز ‏م ‏يتواند ‏باعث ‏بروز ‏پديده ‏تشديد ‏گردد.
‏روش ‏معمول ‏براي ‏تحليل ‏مودال ‏پره ‏هاي ‏توربين ‏بدين ‏ترتيب ‏است ‏كه ‏پره ‏در ‏فيكسچر ‏ثابت ‏مي ‏شود ‏و ‏تست ‏مودال ‏انجام
‏م ‏يگيرد. ‏سپس ‏به ‏كمك ‏نتايج ‏بدست ‏آمده ‏از ‏تست ‏مدل ‏اجزاء ‏محدود ‏روزآمد ‏م ‏يگردد. ‏در ‏اين ‏مقاله ‏روشي ‏جديد ‏براي ‏تحليل
‏مودال ‏پر ‏ههاي ‏توربين ‏ارائه ‏شده ‏است. ‏در ‏اين ‏روش ‏بجاي ‏تست ‏مودال ‏پره ‏در ‏حالت ‏گيردار ‏پره ‏در ‏حالت ‏آزاد ‏تست ‏م ‏يشود.
‏مزيت ‏استفاده ‏از ‏اين ‏روش ‏اين ‏است ‏كه ‏نياز ‏به ‏فيكسچر ‏ندارد ‏و ‏داد ‏ههاي ‏بدست ‏آمده ‏دقيقتر ‏هستند ‏و ‏نويز ‏كمتري ‏دارند.
‏سپس ‏مدل ‏اجزاء ‏محدود ‏كه ‏آن ‏هم ‏در ‏حالت ‏آزاد ‏تحليل ‏شده ‏رو ‏زآمد ‏م ‏يگردد. ‏سپس ‏به ‏سادگي ‏م ‏يتوان ‏مدل ‏اجزاء ‏محدود ‏را
‏در ‏نر ‏مافزار ‏مربوطه ‏گيردار ‏نمود ‏و ‏فركانسهاي ‏طبيعي ‏پره ‏را ‏بدست ‏آورد. ‏در ‏نتيجه ‏با ‏استفاده ‏از ‏اين ‏روش ‏علاوه ‏بر ‏صرفه ‏جويي
‏در ‏وقت ‏و ‏هزينه ‏م ‏يتوان ‏نتايج ‏دقيقتري ‏را ‏بدست ‏آورد. ‏براي ‏اثبات ‏كارايي ‏اين ‏روش، ‏بايد ‏براي ‏مدل ‏بدست ‏آمده ‏دو ‏معيار ‏زير
‏ارضا ‏گردد:
‏يعني ‏اختلاف ‏نتايج ‏بدست ‏آمده ‏از ‏تحليل ‏و ‏تست ‏در ‏محدوده (Reliability) ‏۱- ‏مدل ‏م ‏يبايست ‏داراي ‏دقت ‏مطلوب ‏باشد
‏قابل ‏قبولي ‏واقع ‏گردد.
‏يعني ‏با ‏تغيير ‏شرايط ‏كاري ‏مدل ‏بدست ‏آمده ‏بايد ‏همچنان ‏از (Robustness) ‏۲- ‏مدل ‏بدست ‏آمده ‏م ‏يبايست ‏مقاوم ‏باشد
‏دقت ‏كافي ‏در ‏پيش ‏بيني ‏رفتار ‏پره ‏برخوردار ‏باشد.
‏بدين ‏منظور ‏در ‏اين ‏مقاله ‏در ‏ابتدا ‏نمونه ‏نتايج ‏چند ‏پره ‏كه ‏به ‏روش ‏متداول ‏تحليل ‏مودال ‏شد ‏هاند، ‏آمده ‏است. ‏سپس ‏يكي
‏از ‏اين ‏پر ‏هها ‏با ‏روش ‏ذكر ‏شده ‏روزآمد ‏شده ‏است ‏و ‏با ‏مقايسه ‏نتايج ‏بدست ‏آمده ‏كارايي ‏اين ‏روش ‏اثبات ‏شده ‏است.
‏۲- ‏نتايج ‏تجربي ‏و ‏تحليل ‏عددي
‏تجربه ‏نشان ‏داده ‏است ‏كه ‏بكارگيري ‏تست ‏مودال ‏و ‏تحليل ‏اجزاء ‏محدود ‏در ‏كنار ‏هم ‏بهترين ‏روش ‏براي ‏تحليل ‏مودال
‏پر ‏ههاي ‏توربين ‏گازي ‏م ‏يباشد [ ‏۶]. ‏با ‏استفاده ‏از ‏تست ‏مودال ‏مي ‏توان ‏اطلاعات ‏ارزشمندي ‏را ‏از ‏رفتار ‏پر ‏ههاي ‏توربين، ‏با ‏دقتي
‏نسبتًا ‏بالا ‏و ‏هزينه ‏اي ‏كم ‏بدست ‏آورد. ‏ولي ‏دقت ‏اين ‏داد ‏هها ‏به ‏شدت ‏تحت ‏تأثير ‏شرايط ‏تكيه ‏گاهي ‏م ‏يباشد، ‏در ‏حالي ‏كه
‏مدلسازي ‏اين ‏شرايط ‏و ‏حتي ‏اندازه ‏گيري ‏ميزان ‏لقي ‏تكي ‏هگاه ‏به ‏سختي ‏امكان ‏پذير ‏م ‏يباشد. ‏لقي ‏تكي ‏هگاه ‏از ‏يك ‏سو ‏باعث
‏م ‏يگردد ‏كه ‏سختي ‏سازه ‏كاهش ‏يابد ‏و ‏فركان ‏سهاي ‏طبيعي ‏انداز ‏هگيري ‏شده ‏كمتر ‏از ‏مقدار ‏واقعي ‏باشند ‏و ‏از ‏سوي ‏ديگر ‏سبب
‏م ‏يگردد ‏رفتار ‏سيستم ‏غير ‏خطي ‏گردد. ‏با ‏روش ‏اجزاء ‏محدود ‏نيز ‏مي ‏توان ‏پره ‏را ‏در ‏شرايط ‏كاري ‏آن ‏مدل ‏كرد ‏و ‏عواملي
‏همچون ‏تأثيرات ‏دما ‏و ‏سخت ‏شدگي ‏حاصل ‏از ‏تنش ‏را ‏در ‏تحليل ‏مودال ‏در ‏نظر ‏گرفت.
‏برای ‏يافتن ‏فرکان ‏سهای ‏طبيعی ‏پره ‏به ‏روش ‏تجربي ‏با ‏چکش ‏ضرب ‏های ‏به ‏پره ‏توربين ‏وارد ‏شده ‏و ‏پاسخ ‏پره ‏توربين ‏به ‏ضربه
‏با ‏استفاده ‏از ‏سنسورهای ‏نصب ‏شده ‏روی ‏آن ‏انداز ‏هگيری ‏م ‏یگردد. ‏سنسورهاي ‏بكار ‏رفته ‏از ‏نوع ‏شتا ‏بسنج ‏پيزوالكتريك
‏م ‏يباشند. ‏همچنين ‏در ‏چكش ‏سنسوري ‏نصب ‏شده ‏است ‏كه ‏مقدار ‏نيرو ‏را ‏اندازه ‏گيري ‏م ‏يكند. ‏براي ‏يافتن ‏فركانس ‏هاي ‏طبيعي
‏و ‏ميرايي ‏زدن ‏يك ‏ضربه ‏گرفتن ‏پاسخ ‏آن ‏كافي ‏است. ‏اما ‏براي ‏تحليلهاي ‏پيشرفته ‏تر ‏و ‏روزآمد ‏كردن ‏مدل ‏تحليلي ‏نياز ‏به ‏شكل
‏مدها ‏م ‏يباشد. ‏براي ‏بدست ‏آوردن ‏شكل ‏مدها ‏م ‏يبايست ‏شتاب ‏سنج ‏در ‏يك ‏نقطه ‏ثابت ‏شده ‏و ‏در ‏نقاط ‏ديگر ‏به ‏پره ‏ضربه ‏زد، ‏و
‏يا ‏در ‏يك ‏نقطه، ‏پره ‏را ‏تحريك ‏كرد ‏و ‏شتا ‏بسنج ‏را ‏در ‏نقاط ‏مختلف ‏قرار ‏داد.
‏آزمايش ‏ها ‏برای ‏شرايط ‏تكي ‏هگاهي ‏گيردار ‏براي ‏سه ‏نمونه ‏پره ‏انجام ‏شده ‏است. ‏دو ‏پره ‏اول ‏به ‏لحاظ ‏شكل ‏كام ‏ً ‏لا ‏مشابه ‏بوده
‏و ‏تنها ‏جنس ‏آنها ‏متفاوت ‏م ‏يباشد. ‏پره ‏اول ‏نمونه ‏اصلي ‏م ‏يباشد ‏و ‏پره ‏دوم ‏از ‏طريق ‏مهندسي ‏معكوس ‏طراحي ‏و ‏ساخته ‏شده
‏ساخته ‏و ‏تحليل ‏شد (‏شكل ‏۱). ‏نتايج ‏تست ‏مودال ‏و ‏تحليل ‏اجزاء Ansys ‏است. ‏همچنين ‏مدل ‏سه ‏بعدي ‏اين ‏پر ‏هها ‏در ‏نر ‏مافزار
‏محدود ‏اين ‏دو ‏پره ‏و ‏ميزان ‏خطاي ‏بين ‏نتايج ‏به ‏ترتيب ‏در ‏جدول ( ‏۱) ‏و ‏جدول ( ‏۲) ‏آمده ‏است
.
‏
‏خطا
(Hz) ‏فركانسهاي ‏طبيعي ‏تحليلي
‏فركانسهاي ‏طبيعي ‏تجربي
‏شماره ‏مد
‏۱/‏۰%
‏۷۴۸
‏۷۵۶
‏۱
‏۱۳/‏۴%
‏۲۰۳۷
‏۱۷۹۶
‏۲
‏۲۲/‏۲%
‏۲۷۲۸
‏۳۵۰۵
‏۳
‏۲/‏۸%
‏۴۴۰۸
‏۴۲۹۰
‏۴
‏
‏
‏خطا
(Hz) ‏فركانسهاي ‏طبيعي ‏تحليلي
‏فركانسهاي ‏طبيعي ‏تجربي
‏شماره ‏مد
‏۱۱/‏۸%
‏۷۰۶
‏۸۰۰
‏۱
‏۴/‏۶%
‏۱۹۰۷
‏۱۸۲۴
‏۲
‏۲۱/‏۱%
‏۲۶۵۰
‏۱۸۲۴
‏۳
‏۰/‏۵%
‏۴۲۱۱
‏۴۲۳۴
‏۴
‏
‏براي ‏ارزيابي ‏ميزان ‏تأثير ‏شرايط ‏مرزي ‏در ‏كيفيت ‏نتايج ‏تست ‏مودال، ‏تست ‏مودال ‏براي ‏پره ‏سوم ‏در ‏دو ‏شرايط ‏مرزي
‏گيردار ‏و ‏آزاد ‏انجام ‏گرفت. ‏شكل ( ‏٢) ‏نشان ‏دهنده ‏شرايط ‏مرزي ‏اين ‏پره ‏در ‏دو ‏آزمايش ‏صورت ‏گرفته ‏م ‏يباشد. ‏در ‏حالت ‏گيردار
‏يبايست ‏قبل ‏از ‏انجام ‏تست ‏اطمينان ‏حاصل ‏گردد ‏كه ‏فركانس ‏هاي ‏طبيعي ‏تك‏ی‏ه گاه ‏از ‏فركانس ‏هاي ‏طبيعي ‏پره ‏به ‏اندازه ‏كافي‏ ‏بزرگتر ‏هستند، ‏تا ‏نتايج ‏بدست ‏آمده ‏از ‏فركان ‏سهاي ‏طبيعي ‏تكي ‏هگاه ‏تأثير ‏نپذيرد، ‏بگون ‏هاي ‏كه ‏شرط ‏صلب ‏بودن ‏تكي ‏هگاه ‏موجب
‏اختلاف ‏نتايج ‏تست ‏و ‏تحليل ‏اجزاء ‏محدود ‏نگردد. ‏براي ‏شبي ‏هسازي ‏شرايط ‏آزاد، ‏از ‏سيمي ‏براي ‏آويزان ‏كردن ‏پره ‏استفاده ‏شده
‏است. ‏فركانسهاي ‏طبيعي ‏سيم ‏بايد ‏حتي ‏المقدور ‏پايين ‏باشد ‏تا ‏تداخلي ‏با ‏فركانسهاي ‏طبيعي ‏پره ‏پيش ‏نيايد. ‏همچنين ‏پره ‏بايد
‏به ‏گونه ‏اي ‏آويزان ‏گردد ‏كه ‏در ‏جهت ‏اعمال ‏ضربه ‏و ‏دريافت ‏پاسخ ‏بتواند ‏آزادانه ‏حركت ‏كند
.
( ‏براي ‏مقايسه ‏كيفيت ‏نتايج ‏بدست ‏آمده ‏يك ‏نمونه ‏از ‏پاسخهاي ‏فركانسي ‏پره ‏در ‏دو ‏شرايط ‏تكي ‏هگاهي ‏در ‏شكلهاي ( ‏٤،٣
‏نشان ‏داده ‏شده ‏است. ‏بوضوح ‏م ‏يتوان ‏مشاهده ‏نمود ‏كه ‏كيفيت ‏سيگنال ‏بدست ‏آمده ‏در ‏شرايط ‏آزاد، ‏در ‏محدوده ‏فركانسي ‏قابل
‏قبول ‏مشخص ‏شده ‏در ‏كاتالوگ ‏سنسور، ‏بهتر ‏از ‏سيگنال ‏بدست ‏آمده ‏از ‏شرايط ‏گيردار ‏م ‏يباشد. ‏فركانسهاي ‏طبيعي ‏بدست ‏آمده
‏براي ‏پره ‏سوم ‏در ‏شرايط ‏گيردار ‏در ‏جدول ( ‏٣) ‏و ‏براي ‏شرايط ‏آزاد ‏در ‏جدول ( ‏٤) ‏آمده ‏است. ‏نتايج ‏بدست ‏آمده ‏از ‏اين ‏سه ‏پره ‏در
‏٢٢ ‏م ‏يباشد. ‏در ‏حالي ‏كه / ‏٩ ‏و ‏حداكثر % ‏٢ / ‏حالت ‏گيردار ‏نشان ‏م ‏يدهد ‏كه ‏اختلاف ‏ميان ‏مدل ‏تحليلي ‏و ‏تست ‏بطور ‏متوسط % ‏٨
‏٢ ‏م ‏يباشد. ‏با ‏مقايسه ‏نتايج ‏بدست / ‏٢ ‏و ‏حداكثر ‏آن % ‏٩ / ‏ميانگين ‏خطا ‏براي ‏شرايط ‏تكي ‏هگاهي ‏آزاد ‏براي ‏چهار ‏مد ‏اول ‏آن % ‏٣٥