|
|
Optimalizace modálního tlumení lopatek vysokotlakých stupňů parních turbín
Lošák, Petr ; Malenovský, Eduard (vedoucí práce)
Rotor parní turbíny je velice složitá soustava, která se většinou skládá z několika rotorových řad. Vzhledem ke konstrukčním možnostem a neustále se zvyšujícím nárokům na účinnost parních turbín je prakticky téměř nemožné vyhnout se všem rezonančním stavům. Může například docházet k přejezdu některého rezonančního stavu při náběhu a doběhu turbíny. V horším případě může nastat situace, kdy provozní stav je blízko některému rezonančnímu stavu dané rotorové řady. V takovém případě dochází k výraznému kmitání, což může vést až k vysokocyklové únavě lopatek, nebo jejich závěsů. Tyto části jsou velmi namáhané komponenty zejména vlivem odstředivé síly a jakékoliv trhliny jsou nepřípustné. Je tedy naprosto nezbytné vibrace tlumit, například použitím pasivních tlumících členů. Tato práce se zabývá přídavným tlumícím prvkem, který je realizován pomocí pásku, mající průřez rovnoramenného lichoběžníku. Tento pásek je umístěn v bandáži olopatkovaného kola v obvodové rybinové drážce. Vlivem vibrací vzniká mezi jednotlivými částmi bandáže relativní pohyb a díky tření dochází k maření energie, což má za následek tlumení vibrací. Cílem je navrhnout optimální rozměry příčného průřezu tohoto pásku tak, aby docházelo k maximálnímu tlumení vibrací při daném provozním stavu. Analyzovaný disk má 54 lopatek svázaných bandáží, jejichž jednotlivé segmenty vzájemně spojují konce vždy tří sousedních lopatek. Vzniká tak 18 struktur. Jak již bylo naznačeno výše tlumení je realizováno pomocí pasivního frikčního členu, v tomto případě pásku, který je umístěn v bandáži v obvodové rybinové drážce. Takovéto konstrukční řešení má tlumit hlavně axiální tvary kmitání s uzlovými průměry. Míra tlumení souvisí s velikostí relativního pohybu mezi stěnami pásku a drážky, které jsou v kontaktu. Předpokládá se, že velikost relativního pohybu je ovlivněna geometrickými parametry tlumícího pásku. Vhodným stanovením těchto rozměrů lze ovlivnit modální vlastnosti celého olopatkovaného kola takovým způsobem, aby došlo k minimalizaci nežádoucích vibrací v daném provozním stavu. Průřez pásku má tvar rovnoramenného lichoběžníku. V rámci optimalizace jsou hledány nejlepší možné rozměry střední šířky, výšky a úhlu sklonu ramen lichoběžníku. Změnou těchto parametrů lze ovlivnit hmotnost, velikost kontaktní plochy a také ohybovou tuhost tlumícího pásku. Díky tomuto lze ovlivnit velikost kontaktního tlaku a tím i velikost relativního pohybu, a jak již bylo zmíněno výše velikost tlumení je ovlivněna právě relativním pohybem mezi páskem a drážkou. Výpočtová simulace je, zejména u systému obsahujících nelinearity, časově velice náročná. Aby bylo možno ověřit některé vlastnosti výpočtového modelu, který obsahuje pasivní frikční člen a jeho chování při numerické simulaci, je nejprve v prostředí programu ANSYS vytvořen zjednodušený model. Hlavním požadavkem kladeným na tento model je mít co nejmenší počet stupňů volnosti, čímž se doba potřebná k provedení simulace zkrátí na minimum. Z tohoto důvodu má zjednodušený model tvar přímého prutu obdélníkového průřezu s rybinovou drážkou. Kromě optimalizace rozměrů tlumícího pásku je zde zkoumán i vliv jednotlivých optimalizačních parametrů na modální vlastnosti modelu. Výsledky jsou ověřeny experimentálně. Experiment ukazuje i další zajímavé výsledky, které potvrzují vliv tvaru tlumícího pásku na modální vlastnosti modelu. Získané poznatky jsou využity při optimalizaci rozměrů tlumícího pásku v modelu celého olopatkovaného kola.
|
|
|
Optimalizace modálního tlumení lopatek vysokotlakých stupňů parních turbín
Lošák, Petr ; Zeman,, Vladimír (oponent) ; Pešek, Luděk (oponent) ; Kellner,, Josef (oponent) ; Malenovský, Eduard (vedoucí práce)
Rotor parní turbíny je velice složitá soustava, která se většinou skládá z několika rotorových řad. Vzhledem ke konstrukčním možnostem a neustále se zvyšujícím nárokům na účinnost parních turbín je prakticky téměř nemožné vyhnout se všem rezonančním stavům. Může například docházet k přejezdu některého rezonančního stavu při náběhu a doběhu turbíny. V horším případě může nastat situace, kdy provozní stav je blízko některému rezonančnímu stavu dané rotorové řady. V takovém případě dochází k výraznému kmitání, což může vést až k vysokocyklové únavě lopatek, nebo jejich závěsů. Tyto části jsou velmi namáhané komponenty zejména vlivem odstředivé síly a jakékoliv trhliny jsou nepřípustné. Je tedy naprosto nezbytné vibrace tlumit, například použitím pasivních tlumících členů. Tato práce se zabývá přídavným tlumícím prvkem, který je realizován pomocí pásku, mající průřez rovnoramenného lichoběžníku. Tento pásek je umístěn v bandáži olopatkovaného kola v obvodové rybinové drážce. Vlivem vibrací vzniká mezi jednotlivými částmi bandáže relativní pohyb a díky tření dochází k maření energie, což má za následek tlumení vibrací. Cílem je navrhnout optimální rozměry příčného průřezu tohoto pásku tak, aby docházelo k maximálnímu tlumení vibrací při daném provozním stavu. Analyzovaný disk má 54 lopatek svázaných bandáží, jejichž jednotlivé segmenty vzájemně spojují konce vždy tří sousedních lopatek. Vzniká tak 18 struktur. Jak již bylo naznačeno výše tlumení je realizováno pomocí pasivního frikčního členu, v tomto případě pásku, který je umístěn v bandáži v obvodové rybinové drážce. Takovéto konstrukční řešení má tlumit hlavně axiální tvary kmitání s uzlovými průměry. Míra tlumení souvisí s velikostí relativního pohybu mezi stěnami pásku a drážky, které jsou v kontaktu. Předpokládá se, že velikost relativního pohybu je ovlivněna geometrickými parametry tlumícího pásku. Vhodným stanovením těchto rozměrů lze ovlivnit modální vlastnosti celého olopatkovaného kola takovým způsobem, aby došlo k minimalizaci nežádoucích vibrací v daném provozním stavu. Průřez pásku má tvar rovnoramenného lichoběžníku. V rámci optimalizace jsou hledány nejlepší možné rozměry střední šířky, výšky a úhlu sklonu ramen lichoběžníku. Změnou těchto parametrů lze ovlivnit hmotnost, velikost kontaktní plochy a také ohybovou tuhost tlumícího pásku. Díky tomuto lze ovlivnit velikost kontaktního tlaku a tím i velikost relativního pohybu, a jak již bylo zmíněno výše velikost tlumení je ovlivněna právě relativním pohybem mezi páskem a drážkou. Výpočtová simulace je, zejména u systému obsahujících nelinearity, časově velice náročná. Aby bylo možno ověřit některé vlastnosti výpočtového modelu, který obsahuje pasivní frikční člen a jeho chování při numerické simulaci, je nejprve v prostředí programu ANSYS vytvořen zjednodušený model. Hlavním požadavkem kladeným na tento model je mít co nejmenší počet stupňů volnosti, čímž se doba potřebná k provedení simulace zkrátí na minimum. Z tohoto důvodu má zjednodušený model tvar přímého prutu obdélníkového průřezu s rybinovou drážkou. Kromě optimalizace rozměrů tlumícího pásku je zde zkoumán i vliv jednotlivých optimalizačních parametrů na modální vlastnosti modelu. Výsledky jsou ověřeny experimentálně. Experiment ukazuje i další zajímavé výsledky, které potvrzují vliv tvaru tlumícího pásku na modální vlastnosti modelu. Získané poznatky jsou využity při optimalizaci rozměrů tlumícího pásku v modelu celého olopatkovaného kola.
|
|
|
Optimization of a Parallel Mechanism Design with Respect to a Stewart Platform Control Design
Březina, Lukáš ; Palčák,, František (oponent) ; Čech, Vladimír (oponent) ; Singule, Vladislav (oponent) ; Malenovský, Eduard (vedoucí práce)
The proposed work is dealing with an optimal model of a parallel manipulator dynamics for a control design purposes. The approach is based on modeling of the system dynamics in Matlab Simmechanics followed by the model linearization. The obtained linear model may be simply inspected from the controllability and observability point of view. It is also computational modest thanks to its simplicity. This is demonstrated on designing of a two – layer control for a model of a Stewart platform. The control based on such a linear model was successfully tested on the original nonlinear model. The essential part of the the work is dealing with modeling of uncertain parameters in the dynamic model of the Stewart platform and DC motor Maxon RE 35. The proposed approach is based on modeling of a parametric uncertainty where the uncertainty is defined individually for particular elements of the model state matrices. The uncertainty itself is set by the difference between parameters of corresponding matrices of the nominal linear model and model with maximally perturbed parameters. The obtained uncertain model is for its form suitable for the robust control design methods, for example via minimizing an H-infinity norm. The method was used for a compensation of the shifting of the linearization operating points in the Stewart platform and for compensation of the modeling inaccuracy of selected parameters in the Stewart platform and the DC motor model. The obtained models (SimMechanics and uncertain state - space) were compared with the single linear actuator of the Stewart platform. The difference between the simulated SimMechanics model and measured data was almost completely covered by the uncertain model. The method is highly versatile and applicable on any state-space model.
|
|
|
Výpočtová analýza dynamických vlastností hydrodynamických kluzných ložisek
Rak, Vladimír ; Kamenický, Ján (oponent) ; Zapoměl, Jaroslav (oponent) ; Pochylý, František (oponent) ; Malenovský, Eduard (vedoucí práce)
Práce se zabývá výpočtovým modelováním statické a dynamické analýzy hydrodynamických kluzných ložisek, analýzy stability proudění tekutinového filmu a analýzy odezvy rotorových soustav. Na školicím pracovišti byl vyvinut nový teoretický přístup k modelování statického a dynamického chování tuhého rotujícího tělesa v tekutině při vzájemné interakci. Přístup je založen na aplikaci Navier-Stokesovy pohybové rovnice, rovnice kontinuity a předepsaných vhodných okrajových podmínkách. Pomocí vhodných transformačních vztahů lze od sebe oddělit a samostatně řešit pohyb tělesa a tekutiny a zároveň je možné separovat stacionární a nestacionární řešení tekutinové vrstvy. K analýze chování tekutiny je použita metoda kontrolních objemů. Pro popis geometrické konfigurace jsou využita racionální Bézierova tělesa, tato tělesa jsou zároveň využita také k aproximaci rychlostní a tlakové funkce. Vzhledem k tomu, že se změnou polohy středu hřídele je vždy prováděno i nové generování sítě, jedná se o kombinovanou ALE (Arbitrary Lagrange-Euler) metodu. Přídavné účinky od tekutiny, působící na hřídelový čep rotorové soustavy (v případě kluzného ložiska se jedná o tenzory přídavné hmotnosti, přídavné tuhosti a přídavného tlumení, které se řeší v rámci dynamické analýzy tekutinového filmu), jsou v případě aplikace nového přístupu k analýze funkcí pouze jediného parametru – polohy středu hřídele. Zde je veliká výhoda oproti klasickému přístupu, založenému na aplikaci Reynoldsovy rovnice, kdy je nutno řešit vázanou úlohu. Autor analyzoval modely dlouhých i krátkých hydrodynamických kluzných ložisek o různé geometrii, jmenovitě se jednalo o válcová a eliptická ložiska. V řešení byla uvažována nestlačitelná i stlačitelná tekutinová výplň radiální mezery kluzného ložiska. Výsledky analýz tekutinové vrstvy kluzného ložiska byly poté zahrnuty do pohybové rovnice modelové rotorové soustavy se dvěma stupni volnosti, uložené na svých koncích ve dvou kluzných ložiskách (Jeffcottův rotor). V dalším kroku autor modeloval a řešil odezvu rotorové soustavy na vynucené stálené kmitání vybuzené nevývahou rotujících hmot.
|
|
|
Výpočtová analýza dynamických vlastností hydrodynamických kluzných ložisek
Rak, Vladimír ; Kamenický, Ján (oponent) ; Pochylý, František (oponent) ; Zapoměl, Jaroslav (oponent) ; Malenovský, Eduard (vedoucí práce)
Práce se zabývá výpočtovým modelováním statické a dynamické analýzy hydrodynamických kluzných ložisek, analýzy stability proudění tekutinového filmu a analýzy odezvy rotorových soustav. Na školicím pracovišti byl vyvinut nový teoretický přístup k modelování statického a dynamického chování tuhého rotujícího tělesa v tekutině při vzájemné interakci. Přístup je založen na aplikaci Navier-Stokesovy pohybové rovnice, rovnice kontinuity a předepsaných vhodných okrajových podmínkách. Pomocí vhodných transformačních vztahů lze od sebe oddělit a samostatně řešit pohyb tělesa a tekutiny a zároveň je možné separovat stacionární a nestacionární řešení tekutinové vrstvy. K analýze chování tekutiny je použita metoda kontrolních objemů. Pro popis geometrické konfigurace jsou využita racionální Bézierova tělesa, tato tělesa jsou zároveň využita také k aproximaci rychlostní a tlakové funkce. Vzhledem k tomu, že se změnou polohy středu hřídele je vždy prováděno i nové generování sítě, jedná se o kombinovanou ALE (Arbitrary Lagrange-Euler) metodu. Přídavné účinky od tekutiny, působící na hřídelový čep rotorové soustavy (v případě kluzného ložiska se jedná o tenzory přídavné hmotnosti, přídavné tuhosti a přídavného tlumení, které se řeší v rámci dynamické analýzy tekutinového filmu), jsou v případě aplikace nového přístupu k analýze funkcí pouze jediného parametru – polohy středu hřídele. Zde je veliká výhoda oproti klasickému přístupu, založenému na aplikaci Reynoldsovy rovnice, kdy je nutno řešit vázanou úlohu. Autor analyzoval modely dlouhých i krátkých hydrodynamických kluzných ložisek o různé geometrii, jmenovitě se jednalo o válcová a eliptická ložiska. V řešení byla uvažována nestlačitelná i stlačitelná tekutinová výplň radiální mezery kluzného ložiska. Výsledky analýz tekutinové vrstvy kluzného ložiska byly poté zahrnuty do pohybové rovnice modelové rotorové soustavy se dvěma stupni volnosti, uložené na svých koncích ve dvou kluzných ložiskách (Jeffcottův rotor). V dalším kroku autor modeloval a řešil odezvu rotorové soustavy na vynucené stálené kmitání vybuzené nevývahou rotujících hmot.
|
|
|
Měření fyzikálních veličin na rotujících částech
Štorek, Pavel ; Malenovský, Eduard (oponent) ; Pozdník, Jaroslav (oponent) ; Veselka, František (vedoucí práce)
Práce je věnována bezkontaktnímu měření malých vzdáleností na rotujíích částech elektrickcých strojů. Zvláště je pak věnována pozornost sledování tvarových úchylek komutátoru a kroužku elektrických strojů. Pro sledování malých vzdáleností jsou použity indukční snímací sondy vyvinutých na ÚVEE FEKT VUT v Brně. Část práce popisuje vývoj sledování malých vzdáleností na ÚVEE FEKT VUT v Brně. Práce se zábývá posouzením přesnosti měření s použitím zmíněných sond. Je zde posouzena citlivost snímacích sond na různé konstrukční materiály a na různé tvary sledovaného objektu. Také jsou popsány další vlivy ovlivňující celkovou chybu měření malých vzdáleností. V práci je krátce popsán princip a složení měřicího řetězce měřicího pracoviště a je zde popsán program vytvořený v Labview pro potřeby vyhodnocení měření. V dalším bylo provedeno ověření měřicí metody na vybraných elektrických strojích s komutátorem. V závěru je posouzena kvalita měření s využitím bezkontaktních indukčních snímacích sond.
|
|
|
Analysis of dynamic properties of pneumatic actuator
Hrivňák, Ján ; Žatko, Miroslav (oponent) ; Malenovský, Eduard (vedoucí práce)
This thesis deas with dynamic analysis of pneumatic actuator which is used as regulation mechanis of turbochargers with Variable Nozzle Turbine (VNT) technology. The first part of work is focused on experimental modeling which goal is obtaining Frequency Response Function on specify frequency range by Frequency Response Function Analysis – FRFA. Dominant vibrations of pneumatic actuator active parts is expected on this specify frequency range. Results of experimental modeling will be used for gaining input parameters for numerical computation as well. The second part deal with Pre-Stressed Modal Analysis and subsequently Harmonic analysis. Obtained results with numerical and experimental analysis will be compared. This part of diploma thesis is solved in programmatic environment ANSYS Workbench.
|
|
|
Energetická bilance tvarů kmitání lopatky poslední řady parní turbíny
Horák, Petr ; Chlud, Michal (oponent) ; Malenovský, Eduard (vedoucí práce)
V práci je popsána vytvořená metodika výpočtu podílů potenciální deformační energie. Ta využívá pro výpočet výstupy z modální analýzy, která je provedena výpočtovým modelováním. Podíly potenciální deformační energie jsou vyčísleny pro tři řešené případy. Dvě testovací úlohy a případ lopatky, jejíž geometrie byla získána 3D skenováním dostupného exempláře lopatky a následnou rekonstrukcí. Výsledné podíly potenciální deformační energie jsou ve finále analyzovány a na základě této analýzy jsou formulovány závěry práce.
|
|
|
Výpočtová analýza napjatosti turbinové lopatky
Klement, Jan ; Žatko, Miroslav (oponent) ; Malenovský, Eduard (vedoucí práce)
Tato diplomová práce navazuje na práci Ing. Damborského a zabývá se deformačně napěťovou a dynamickou analýzou rotorové lopatky, která je součástí poslední řady nízkotlakého stupně parní turbiny. V první části je vypočteno zbytkové napětí po tepelném zpracování lopatky metodou konečných prvků. Dále je provedena modální analýza pro lopatku bez zbytkových napětí i pro lopatku ovlivněnou tepelným zpracováním a porovnání výsledků těchto variant. Cílem práce je posoudit, zda tepelné zpracování ovlivňuje napjatost v místě vzniku trhliny. Problém byl řešen výpočtovým modelováním v klasickém prostředí programu Ansys 11.0.
|
|
| |
host ::
RSS.