Fluid-Structure Interaction On Engine Blades Manufacturing

Abstract

A presente dissertação tem como objetivo o estudo e melhoria da instalação experimental para a interação fluido-estrutura na manufatura de pás de turbina, de modo a atingir velocidades elevadas e uma superfície livre constante, durante o decorrer de um estágio curricular na ENSTA Bretagne. O processo em questão tem como objetivo a redução do número de pás de turbina com defeito durante o processo de manufatura, que permite a criação de peças metálicas ocas e mais leves com um sistema de arrefecimento para melhorar a performance mecânica.Todas as etapas do estágio são mencionadas, começando por um resumo da evolução das partes principais do projeto até á data. Experiências, resultados e melhorias implementadas são referidas para a contextualização e melhor compreensão do projeto.Foram realizadas experiências para avaliar o impacto da instalação de pressão no comportamento do fluido. Estas experiências permitiram encontrar certas dificuldades que causavam constrangimentos nos resultados obtidos. Foram realizadas simulações para o estudo de algumas peças em detalhe. Análise estrutural e o estudo da dinâmica do fluido foram realizados para analisar a integridade estrutural das peças redesenhadas, como, para avaliar a interação do fluído com partes específicas da instalação. Uma nova instalação experimental foi proposta, de maneira a minimizar os desafios encontrados e melhorar os resultados. Várias peças foram redesenhadas, tendo em mente o objetivo de se ter uma superfície livre estável e velocidades na ordem dos m/s serem alcançadas.

The present dissertation had as objective the study and improvement of the experimental setup for the fluid-structure interaction on engine blades manufacturing for the achievement of higher velocities and a steady free surface, during a curricular internship in ENSTA Bretagne. The process in question aims to reduce the rejected parts of engine blades in the casting process that would allow to achieve lighter hollow metallic parts that include a cooling system for enhancing mechanical performances. All the stages of the internship are addressed, beginning with an overview of the evolution of the main parts of the project so far. Several experiments and results are mentioned on which the improvements proposed were based.Experiments were performed, during this internship, to evaluate the impact of the pressure setup in the fluid behaviour. These experiments allowed to find certain difficulties that were causing constrains in the results.Simulations were performed to study some pieces of the setup in detail. A structural analysis and a study of the fluid dynamic were conducted to analyse the structural integrity of the redesigned pieces, as well as, to evaluate the interaction of the fluid with specific parts of the setup.A new experimental setup was proposed to minimize the challenges encountered and improve the results. Several pieces were redesigned, bearing in mind the objective of having a free surface as stable as possible and that speeds in the order of m/s are achievable.