بررسی رفتار ارتعاشی و شکست خستگی پره توربین گاز تحت اثر آسیب ناشی از برخورد جسم خارجی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

آسیب مکانیکی ناشی از برخورد جسم خارجی (FOD) باعث کاهش عمر خستگی پره توربین تحت کارکرد در شرایط تشدید می‌شود. در این مقاله نتایج بررسی‌های انجام شده به منظور تعیین علل شکست پره ردیف اول کمپرسور یک نمونه توربین گاز صنعتی مورد استفاده در شرکت نفت فلات قاره ارائه شده است. در ابتدا تصاویر بازرسی چشمی و بوروسکوپی مورد بررسی قرار می گیرد که وجود شن و سنگ ریزه در توربین و مشاهده حفره روی لبه حمله پره‌های مجاور پره شکسته شده گویای پدیده برخورد جسم خارجی می‌باشد. از بررسی مقطع شکست پره، آثار خستگی و رشد ترک نمایان است. در ادامه تحلیل اجزاء محدود تنش و ارتعاشات با در نظر گرفتن اثرات FOD انجام می شود. به منظور راستی آزمایی مدل اجزاء محدود، آزمون مودال در حالت آزاد انجام می‌شود. در نهایت نمودار کمپل استخراج و فرکانس‌های طبیعی و تنش‌های دینامیکی بحرانی به دست می‌آیند. نتایج نشان می‌دهد که محل تمرکز تنش دینامیکی مود پنجم پره همخوانی زیادی با محل رشد ترک و شکست پره دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Naveed M, Schlag H, König F, Weiß S. Influence of the erodent shape on the erosion behavior of ductile and brittle materials. Tribology Letters. 2017; 65(1):18.
  • Di J, Wang S-s, Xie Y-h. Investigation on the erosion characteristics of martensitic blade steel material 1Cr12W1MoV by micro-particle swarm with high velocity. Powder technology. 2019; 345:111-28.
  • Sommerfeld H, Koch C, Schwarz A, Beck A. High velocity measurements of particle rebound characteristics under erosive conditions of high pressure compressors. Wear. 2021; 470:203626.
  • Duo P, Pianka C, Golowin A, Fueller M, Schaefer R, Bernhardt U, editors. Simulated foreign object damage on blade aerofoils: Real damage investigation. Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air; 2008.
  • Yan C, Chen W, Zhao Z, Liu L. A probability prediction model of erosion rate for Ti-6Al-4V on high-speed sand erosion. Powder technology. 2020; 364:373-81.
  • Hadavi V, Moreno CE, Papini M. Numerical and experimental analysis of particle fracture during solid particle erosion, Part II: Effect of incident angle, velocity and abrasive size. Wear. 2016; 356:146-57.
  • Ahmed M, Ullah H, Rauf A, editors. Fracture mechanics based fatigue life estimation of axial compressor blade. 2016 13th International Bhurban Conference on Applied Sciences and Technology (IBCAST); 2016: IEEE.
  • Lin H, Geng H, Zhou X, Yu L, editors. High cycle fatigue analysis of third stage blade based on shroud gap effect. 2016 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation; 2016: IEEE.
  • Witek L. Experimental and Numerical Crack Initiation Analysis of the Compressor Blades Working in Resonance Conditions. Fatigue of Aircraft Structures. 2011; 2011(3):134-53.
  • Mokaberi A, Derakhshandeh-Haghighi R, Abbaszadeh Y. Fatigue fracture analysis of gas turbine compressor blades. Engineering Failure Analysis. 2015; 58:1-7.
  • Wu S, Wang Z, Li H, Yang Z, Tian S, Yan R, et al. Blade crack detection using blade tip timing. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2021; 70:1-13.
  • Cano S, Rodríguez J, Rodríguez J, García J, Sierra F, Casolco S, et al. Detection of damage in steam turbine blades caused by low cycle and strain cycling fatigue. Engineering Failure Analysis. 2019; 97:579-88.
  • Zhao Z, Wang L, Zhang J, Liu L, Chen W. Prediction of high-cycle fatigue strength in a Ti-17 alloy blade after foreign object damage. Engineering Fracture Mechanics. 2021; 241:107385.
  • Chen R, Lv F, Li Q, Fu G, Wang H, Chai Z, et al., editors. Failure analysis on foreign object damage of aero-engine compressor blade. 2009 8th international conference on reliability, maintainability and safety; 2009: IEEE.
  • Silveira E, Atxaga G, Irisarri A. Failure analysis of a set of compressor blades. Engineering Failure Analysis. 2008; 15(6):666-74.
  • Zhao Z, Wang L, Lu K, Li Y, Chen W, Liu L. Effect of foreign object damage on high-cycle fatigue strength of titanium alloy for aero-engine blade. Engineering Failure Analysis. 2020; 118:104842.
  • Aschenbruck E, Beukenberg M, Blaswich M, Bokelmann H, editors. The Upgraded Power Turbine for the Industrial Gas Turbine THM 1304 Development and First Operational Experience. Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air; 2004.
  •   Poursaeidi E, Babaei A, Arhani MM, Arablu M. Effects of natural frequencies on the failure of R1 compressor blades. Engineering Failure Analysis. 2012; 25:304-15.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار