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디퓨저 베인에 의한 공진조건에서의 임펠러 구조 안정성 평가
김용세(Yongse Kim),공동재(Dongjae Kong),신상준(Sangjoon Shin),임강수(Kangsoo Im),박기훈(Kihoon Park) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
원심압축기 임펠러의 블레이드는 고속회전과 정상유동 압력에 의한 정적하중이 가해진다. 동시에 임펠러와 디퓨저 베인 간 상호작용에 의해 발생하는 비정상 유동의 공력가진력이 공진조건에서 주기적으로 임펠러를 가진함에 따라 임펠러 블레이드의 고주기피로 파손이 발생할 수 있다. 이에 대한 정밀한 구조응답 예측을 위해 ANSYS를 이용한 비정상 유동 해석과 모드해석을 각기 수행하여 공력가진력과 주요 공진조건을 도출하였다. 이 후 공력-구조를 연계하는 단일방향의 강제진동 해석을 수행하고, 결과들을 토대로 고주기피로에 대한 안전도를 평가하였다. Impeller blades in the centrifugal compressor are subjected to static loads due to the high-speed rotation and steady aerodynamic forces. At the same time, aerodynamic excitations by the interaction between the impeller and the diffuser vanes(DV) periodically excite the impeller blades in resonant conditions, which may lead to high cycle fatigue (HCF) and eventually result in failure of the blades. In order to predict the structural response accurately, the aerodynamic excitation and the major resonant conditions were predicted by performing the unsteady flow analysis and modal analysis using ANSYS. Next, a unidirectional forced vibration analysis was performed by using fluid-structure interaction (FSI) method, and the safety of HCF was evaluated based on the results.
디퓨저 베인에 기인한 공진조건에서의 임펠러 강제진동 및 구조응답 예측
김용세(Yongse Kim),공동재(Dongjae Kong),신상준(SangJoon Shin),박기훈(Kihoon Park),임강수(Kangsoo Im) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회지 Vol.22 No.4
Impeller blades in the centrifugal compressor are subjected to periodic aerodynamic excitations by interactions between the impeller and the diffuser vanes (DV) in resonant conditions. This may cause high cycle fatigue (HCF) and eventually result in failure of the blades. In order to predict the structural response accurately, the aerodynamic excitation and the major resonant conditions were predicted using unsteady computational fluid dynamics (CFD) and structural analysis. Then, a forced vibration analysis was performed by going through one-way fluid-structure interaction (FSI). A numerical analysis procedure was established to evaluate the structural safety with respect to HCF. The numerical analysis procedure proposed in this paper is expected to contribute toward preventing HCF problems in the initial design stage of an impeller.
원심압축기 쉬라우드 임펠러 형상에 따른 성능특성 파악을 위한 유동해석
조종재(Jongjae Cho),조연화(YeonHwa Cho),이승훈(SeungHoon Lee),신봉근(Bong Gun Shin),임강수(KangSoo Im),류시양(Shiyang Ryu) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5
원심압축기 운전 중에 발생하는 고주기 피로균열이나 공진 등은 임펠러 파손의 주된 원인이다. 이러한 파손을 회피하기 위해 공진영역 운전에서도 견딜 수 있는 충분한 강도의 임펠러를 설계하거나 공진이 발생하지 않도록 임펠러를 튜닝 한다. 하지만 이러한 방법을 통해 임펠러 파손은 회피할 수 있으나, 임펠러 내부 유동 및 성능특성 변화를 야기하게 된다. 따라서 임펠러 파손을 방지하고, 원심압축기의 성능지표를 만족하기 위해서는 유동 및 성능특성 변화에 대한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 임펠러 두께를 증가시킨 모델과 임펠러 유로 출구부 쉬라우드면을 튜닝한 모델(스켈럽)에 대한 유동 및 성능특성을 파악하기 위해 전산해석을 수행하였으며, 도출된 결과를 바탕으로 각각의 유동 및 성능특성을 비교·분석하였다. The high-cycle fatigue cracking and resonance generated during an operation of a centrifugal are a main cause of impller damage. In order to prevent the damage, an engineer designs or modifies the impeller having sufficient strength to withstand the operating condition. The avoidance design will cause the change of flow condition within the impeller internal cannel and that of performance characteristics. Not only to prevent this damage but to satisfy the compressor perforamnce, the study on the flow and performanace characterisitcs for avoidance design is required. In this study, we performed a computational analysis to identify the flow and performance characteristics for the impeller shape by apply scallop and by increasing thickness of blade. Based on these results, flow and performance characteristics was analyzed.