عنوان پایان‌نامه
بررسی تغییرات ساختاری و علل شکست پره های متحرک ردیف دوم توربین دوم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 846;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 46964
- تاریخ دفاع
- ۰۴ اسفند ۱۳۸۸
- دانشجو
- مهرزاد طوفان تبریزی
- استاد راهنما
- حسن فرهنگی
- چکیده
- در این تحقیق علل شکست دو پره متحرک ردیف دوم از دو توربین گازی یک واحد نیروگاهی کشور از دو دیدگاه متالورژیکی و مکانیکی مورد بررسی قرار گرفته است. لازم به ذکر است که حادثه شکست هر یک از پره‌ها منجر به توقف طولانی مدت توربین مربوطه و پرداخت هزینه‌های سنگین راه اندازی مجدد شده است. حوادث شکست دو پره یاد شده پس از مدت زمانهای نسبتا کوتاه پس از آخرین بازرسی دوره‌ای توربین رخ داده‌اند. پره واحد 16، 2000 ساعت و پره واحد 19، 240 ساعت پس از آخرین بازرسی دوره‌ای دچار شکست شده‌اند. برای بررسی علل شکست دو پره دریافت شده از واحد نیروگاهی بررسی‌های متعددی انجام گرفت. این بررسی‌ها شامل بازرسی چشمی، آنالیز شیمیایی، سختی سنجی، متالوگرافی، شکست‌نگاری و تحلیل ارتعاشی و دمایی با روش شبیه‌سازی کامپیوتری و بررسی سوخت مصرفی می‌باشند. در آنالیز شیمیایی مشخص شد که ترکیب شیمیایی واحد 16 از لحاظ درصد وزنی عناصر Cr ، Ti و Al مطابقت بیشتری با آلیاژ Udimet 700 بر حسب استاندارد ASTM دارد اما ترکیب شیمیایی پره واحد 19 مطابقت نزدیکی با Uidemet 500 بر حسب استاندارد ASTM دارد. بر اساس نتایج شکست نگاری، خستگی پر چرخه مکانیزم اصلی شکست در هر دو پره شکسته شده می‌باشد. به علاوه جوانه‌زنی ترک در پره واحد 16 تحت تأثیر حملات شدید خوردگی داغ به صورت اینتروژن‌های مرز دانه‌ای یا اسپایک‌ها در نقاط متعدد میانه لبه حمله رخ داده است و جوانه‌زنی ترک در پره واحد 19 تحت تأثیر اصابت جسم خارجی با لبه‌های تیز صورت گرفته است. در بررسی‌های متالوگرافی مشخص شد که ساختار ماکروسکوپی هر دو پره شامل دانه‌ها و دندریت‌های بزرگ انجمادی و ساختار میکروسکوپی هر دو پره شامل توزیع گسترده‌ای از ذرات ریز و مکعبی شکل گاما پریم در زمینه FCC سوپرآلیاژ است. بررسی متالوگرافی مربوط به پره واحد 16 توسط میکروسکوپ نوری در نمونه‌های مربوط به لبه حمله حاکی از حضور منطقه شامل حداکثر عمق و دانسیته اسپایک‌ها در نزدیکی سطح شکست است به صورتی که با حرکت از سمت سطح شکست به سمت سطح پلتفورم پره، طول اسپایک‌ها از مقدار حداکثر 40 میکرون در ابتدا با شیبی تند و سپس با شیبی ملایم به سمت مقدار صفر میل می‌کند. نتایج تحلیل حرارتی مدل اجزاء محدود پره در شرایط تعادلی حاکی از قرارگیری منطقه مربوط به سطح شکست پره واحد 16 در محدوده وقوع خوردگی داغ حالت گذار است. در بررسی ارتعاشات و تحلیل تنش‌های دینامیکی پره واحد 16 مشخص شد که انطباق خوبی میان محل جوانه‌زنی ترک خستگی، منطقه شامل بیشترین عمق و دانسیته اسپایک‌ها و منطقه حاوی بزرگترین تنش‌های کششی دینامیکی در لبه حمله وجود دارد. تحلیل ارتعاشی پره واحد 19 با در نظرگیری آسیب جسم خارجی به صورت شیار V شکل تیز بر لبه فرار انجام شد. نتایج تحلیل ارتعاشی به همراه تحلیل تنش‌های دینامیکی در سطح ایرفویل پره واحد 19 حاکی از ایجاد فاکتور تمرکز تنش 3 در رأس شیار می‌باشد. به علاوه دهانه شیار V شکل در هر سیکل ارتعاشی پره یکبار باز و یکبار بسته می‌شود. به‌طور کلی تمرکز تنش موضعی ناشی از عواملی چون شیارهای سطحی و آسیب جسم خارجی در دو پره یاد شده سبب جوانه‌زنی ترک اولیه شده است و پیشروی آن تحت بارگذاری ناشی از ارتعاش پره‌ها با مکانیزم خستگی تا رسیدن به ابعاد بحرانی صورت گرفته است. پس از رسیدن ترک به ابعاد بحرانی، شکست نهایی با مکانیزم اشاعه ترک از میان شاخه‌های انجمادی به وقوع پیوسته است.
- Abstract
- In this research, fracture of two gas turbine blades of two units in one of our country power plant was investigated in metallurgical and mechanical aspects. Due to these accidents, extensive damage was occurred on the turbines. The units had just undergone a major overhaul 2000 and 240 hours prior to the accidents. Several investigations were carried out. The investigations were as followed: visual inspections, chemical analysis, hardness, metallography, fractography, vibration and thermal analysis with computerized methods and study of fuel composition. Chemical analysis proved that the alloyof blades are U700 and U500. Based on fractographic investigations high cycle fatigue was identified as the primery failure mechanism of two blades. Crack initiation was occurred in blades highly affected by in-service degradation, corrosion attack in one and foreign object damage in the other blade that proved by metallographic and fractographic investigations. Te study on fuel composition based on power plant documents showed that the content of its contaminants is higher than standard amount. Finally, dynamic stresses and thermal distribution of the blades were estimated by PATRAN based on finite element method. Based on most of these results, it can be supposed that localized concentrated stressalongside resonance phenomena is the cause of failure in the two blades.
