الگوريتم چينش بهينه پره‌هاي توربين با در نظر گرفتن ناميزاني اوليه ديسك

An Algorithm for Finding Optimum Distribution of the Turbine Blades Considering the Initial Wheel Unbalance

در توربين‌ها، وجود ناميزاني در روتور مي‌تواند سبب كاهش بازدهي، فرسايش زودهنگام قطعات و ايجاد خسارات شود. نابالانس بودن روتور ممكن است ناشي از اختلاف جرم و مكان مركز جرم پره‌ها نسبت به حالت ايده‌آل، ناميزاني خود ديسك و همچنين ناشي از تفاوت جرم و توزيع غير‌يكنواخت ساير قطعات سوار بر روتور نظير شيم‌ها باشد. پيش از بالانس ديناميكي روتور، ابتدا پره‌ها و ساير قطعات به گونه‌اي چيده مي‌شوند كه مجموعه ديسك و قطعات سوار بر آن كمترين ناميزاني استاتيكي ممكن را داشته باشند. بدين منظور، ابتدا ممان پره‌ها و ساير قطعات اندازه‌گيري شده و چينشي تعيين مي‌گردد كه كمترين ناميزاني هر رديف از روتور را در پي داشته باشد. الگوريتم‌هايي براي يافتن چينشي از پره‌ها كه ناميزاني كمي داشته باشند پيشنهاد شده است. با اين حال چون در اين الگوريتم‌ها وجود ناميزاني اوليه خود ديسك و تفاوت جرم و توزيع غيريكنواخت ساير قطعات نظير شيم‌ها در نظر گرفته نمي‌شود ممكن است مجموعه روتور همچنان ناميزاني قابل توجهي داشته باشد. در اين مقاله روشي ارائه شده است كه در آن چينشي براي پره‌ها و شيم‌ها (در صورت وجود) به دست مي‌آيد كه ناميزاني ديسك را نيز خثني كرده و سبب مي‌شود كه هر رديف از روتور ناميزاني بسيار كمي داشته باشد. نتايج اين الگوريتم با ديگر روش‌هاي موجود و همچنين با دو مورد پره‌چيني دو شركت معتبر مقايسه شده است. ناميزاني چينش به دست آمده از الگوريتم ارائه شده 10 برابر كمتر از كمترين ناميزاني قابل دستيابي با روش‌هاي ديگر بوده، براي دو مورد مذكور تا 108 برابر بهبود يافته است.

Turbine rotor unbalance leads to reduction in performance, wear of the parts and damage. Departure of the mass and center of mass of the blades from their ideal values, manufacturing errors in the wheel and uneven distribution of other parts like shims, are considered as the main sources of unbalance in rotors. Before dynamic balancing of rotor, an optimum distribution of the blades and other parts is needed to be found, such that there remains minimum static unbalance in a stage. To achieve such distribution, the weight moment of the individual blades and other parts are measured in advance. There have been several algorithms in the literature for finding the optimum distribution, however they do not take into account the initial unbalance of the wheel and uneven distribution of the shims. In this paper, a method is proposed to find a distribution of the blades and spacer shims, if any, such that the initial unbalance of the wheel is canceled and the unbalance of the stage is minimized. The results of the proposed method is compared with those obtained from other algorithms and two cases worked out by active companies in this area. The residual unbalances obtained from the proposed method are up to 10 times lower than the minimum values that can be achieved by the other method and, shows an improvement of up to 108 times for the two cases mentioned.