Prediction of axial compressor blade vibration by modelling fluid-structure interaction
Date
2013-12
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: The Council for Scientific and Industrial Research has developed a vibration excitation
system. The system is designed to excite the rotor blades of an axial
compressor in the specified vibration mode and at the specified frequency. The
vibration excitation system was tested on Stellenbosch University’s Rofanco compressor
test bench. A two-way staggered fluid-structure interaction (FSI) model
was created that was capable of simulating the vibration of the rotor blades excited
by the system. The results of the FSI model were verified using available
experimental data. It was concluded that the FSI model is able to recreate the
vibration excited by the system to within the desired level of accuracy. In addition,
the results of the FSI model showed that the vibration excitation system
should be able to excite the blades in the selected vibration mode and at the
selected frequency provided that the excitation frequency is close the natural
frequency of the first bending mode. The results also suggested that a transient
computational fluid dynamics model should be sufficient for the prediction of the
aerodynamic forces acting on the rotor blades. Furthermore, a one-way staggered
FSI model should be adequate for calculating the motions of the blades.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Die Wetenskaplike en Nywerheidnavorsingsraad het ’n vibrasie-opwekkingstelsel ontwerp om die rotorlemme van ’n aksiaalvloei kompressor in die gespesifiseerde vibrasiemodus en teen die gespesifiseerde frekwensie op te wek. Die vibrasieopwekkingstelsel is met behulp van die Universiteit Stellenbosch se Rofanco kompressortoetsbank getoets. Daarna is ’n tweerigting vloeistof-struktuur-interaksie model geskep om die vibrasie van die rotorlemme, wat deur die stelsel opgewek is, te simuleer. Beskikbare eksperimentele data is gebruik om die resultate van die vloeistof-struktuur-interaksie model te bevestig. Die gevolgtrekking is gemaak dat die model wél die vibrasie van die lemme met die nodige akkuraatheid kan simuleer. Die resultate van die vloeistof-struktuur-interaksie model toon ook dat die stelsel die lemme in die gekose vibrasiemodus en teen die gekose frekwensie behoort te kan opwek, solank die opwekkingsfrekwensie na aan die natuurlike frekwensie van die eerste buigmodus is. Voorts dui die resultate daarop dat ’n berekeningsvloeimeganika model die aërodinamiese laste van die lemme sal kan voorspel. ’n Eenrigting vloeistof-struktuur-interaksie model behoort voldoende te wees om die beweging van die rotorlemme te bereken.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Die Wetenskaplike en Nywerheidnavorsingsraad het ’n vibrasie-opwekkingstelsel ontwerp om die rotorlemme van ’n aksiaalvloei kompressor in die gespesifiseerde vibrasiemodus en teen die gespesifiseerde frekwensie op te wek. Die vibrasieopwekkingstelsel is met behulp van die Universiteit Stellenbosch se Rofanco kompressortoetsbank getoets. Daarna is ’n tweerigting vloeistof-struktuur-interaksie model geskep om die vibrasie van die rotorlemme, wat deur die stelsel opgewek is, te simuleer. Beskikbare eksperimentele data is gebruik om die resultate van die vloeistof-struktuur-interaksie model te bevestig. Die gevolgtrekking is gemaak dat die model wél die vibrasie van die lemme met die nodige akkuraatheid kan simuleer. Die resultate van die vloeistof-struktuur-interaksie model toon ook dat die stelsel die lemme in die gekose vibrasiemodus en teen die gekose frekwensie behoort te kan opwek, solank die opwekkingsfrekwensie na aan die natuurlike frekwensie van die eerste buigmodus is. Voorts dui die resultate daarop dat ’n berekeningsvloeimeganika model die aërodinamiese laste van die lemme sal kan voorspel. ’n Eenrigting vloeistof-struktuur-interaksie model behoort voldoende te wees om die beweging van die rotorlemme te bereken.
Description
Thesis (MScEng)-- Stellenbosch University, 2013.
Keywords
Fluid-structure interaction, Self-induced vibration, Blades -- Testing, Blades -- Vibration, Dissertations -- Mechanical and mechatronic engineering