Structural Stability Evaluation of Impeller in Resonant condition due to Diffuser vanes

디퓨저 베인에 의한 공진조건에서의 임펠러 구조 안정성 평가

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.

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.