Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences (한국항공우주학회지)

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Critical Speed Analysis of the Turbopump considering the Casing Structural Flexibility

케이징 구조 유연성을 고려한 터보펌프 임계 속도 해석

  • Published : 2006.06.30
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Abstract

A critical speed analysis is performed for a 30 ton thrust turbopump considering the casing structural flexibility. A full three-dimensional finite element method including rotor and casing is used to predict rotordynamic behavior. Rotor alone model and rotor-casing coupled model with fixed-fixed and free-free boundary conditions are calculated to investigate the effects of the casing structural flexibility. The stiffness of ball bearings are applied as unloaded and loaded values to consider rotor operating conditions in vacuum and real engine respectively. From the results of the numerical analyses, it is found that the effect of the casing structural flexibility reduces the critical speeds of the turbopump. Especially, the loaded rotor condition with higher bearing stiffness is affected dramatically rather than the unloaded rotor condition with lower bearing stiffness.

케이징 구조 유연성을 고려한 30톤 추력급 터보펌프에 대한 임계 속도 해석이 수행되었다. 로터와 케이징을 포함한 전체 모델에 대한 3차원 유한요소법이 회전체 동역학 특성을 예측하기 위하여 적용되었다. 케이징 구조 유연성의 영향을 고찰하기 위하여 로터 단독 모델과 고정-고정 및 자유-자유 경계조건을 갖는 로터-케이징 연계 모델에 대한 수치 해석이 이루어 졌다. 무부하 하중 조건과 부하 하중 조건에서의 볼 베어링 강성이 각각 진공 조건과 실제 엔진 장착 조건에서의 작동을 모사하기 위하여 사용되었다. 수치해석 결과로부터 케이징 구조 유연성의 영향이 터보펌프의 임계 속도를 감소시킴을 확인하였다. 특히, 높은 베어링 강성을 갖는 부하 로터 조건에서 낮은 베어링 강성을 갖는 무부하 로터 조건에 비하여 더 많은 영향을 받음을 알 수 있었다.

Keywords

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