Modal Analysis of the Swirl Turbine Rotor Blades

Cieľom tejto práce je získanie a porovnanie modálnych vlastností štyroch obežných kolies vírovej turbíny s rôznou geometriou. Jednotlivé vlastné frekvencie a vlastné tvary kmitu boli získané výpočtovým modelovaním pomocou programu Ansys a porovnané s výsledkami z experimentálnej modálnej analýzy. Výpočet a experiment prebiehal pre rôzne okrajové podmienky a v rôznych prostrediach. Začiatok práce je venovaný krátkemu prehľadu prác s obdobnou problematikou a stručnému úvodu do teórie dynamiky, kde sú odvodené rovnice pre tlmenú a netlmenú sústavu s jedným stupňom voľnosti. V druhej časti sa práca venuje tvorbe modelu geometrie získaného pomocou reverzného inžinierstva, ktorý bol následne využitý pre výpočet modálnych vlastností. V tretej časti sa práca venuje popisu použitých zariadení pri experimente, postupu merania a vyhodnoteniu výsledkov z experimentálnej modálnej analýzy. V závere tejto práce je porovnanie výsledkov získaných experimentom a výpočtovým modelovaním. Taktiež je vyhodnotený vplyv okrajových podmienok a vplyv prostredia na vlastné frekvencie.The aim of this diploma thesis is to determine and compare modal properties of four swirl turbine wheels, each with a different geometry. Natural frequencies and mode shapes were obtained based on computer modelling using Ansys software and they were compared with experimental modal analysis' results. The computer modelling and the experimental modal analysis were carried out for different boundary conditions and in different environments. The beginning of the thesis is dedicated to a brief overview of literature with similar issues. Then a brief introduction of a dynamics theory is mentioned in which equations of motion for a damped and an undamped single degree of freedom system are derived. The creation of a geometry model which is obtained by a reverse engineering is shown in the second part of the thesis. The geometry model was subsequently used for the computer based modelling of the modal parameters. In the third part an experimental equipment, setting, measurement and processing of data are described. The conclusion of the thesis is dedicated to the comparison of the results obtained by the experimental modal analysis and the computing modelling is presented. Moreover, influence of boundary conditions and influence of the environment on the natural frequencies are evaluated.