شبیه‌سازی خوردگی حفره‌ای روی پره‌ی کمپرسور توربین گازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه زنجان

2 عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی دانشگاه زنجان*

چکیده

پره‌های متحرک ردیف اول چهار کمپرسور جریان محوری توربین گازی به دلیل وجود اجزای خورنده در محیط و افزایش امکان ایجاد حفره روی پره‌ها به‌طور ناگهانی شکسته شدند. در این پژوهش به بررسی عددی و آزمایشگاهی خوردگی حفره‌ای روی پره‌ از جنس آلیاژ CUSTOM 450 در شرایط کارکرد واقعی کمپرسور توربین گازی ‌پرداخته می‌شود. بررسی‌های رپلیکا، میکروسکوپ الکترونی روبشی و شکست ‌نگاری پره‌ی شکسته شده، نشان داد که حفره‌ها تحت مکانیزم ترک خوردگی تنشی به‌هم متصل شده‌ و یک حفره‌ی بزرگ‌تر را تشکیل داده‌اند که این موجب کاهش بیشتر زمان واماندگی شده است. حفره‌های موجود روی پره، با نرم‌افزار کامسول شبیه‌سازی و تحت نیروهای وارده تحلیل شده است. نتایج شبیه‌سازی، محل تمرکز تنش بیشینه را داخل یکی از حفره‌ها مشخص کرده است که با محل ترک خوردگی تنشی در عمق حفره هم‌خوانی دارد. حفره‌ها به یکدیگر متصل شده و به ترک خوردگی تنشی تبدیل می‌شود و با عنایت به خورندگی محیط، مکانیزم خستگی خوردگی نیز فعال می‌شود. ناحیه‌ی تمرکز تنش در حفره‌ها واضح است که محل شروع ترک خوردگی تنشی و خستگی خوردگی می‌باشند. وجود حفره‌های روی پره، باعث افزایش تنش برابر 130 مگاپاسکال نسبت به پره بدون حفره شده است. نتایج بدست آمده مطابقت مناسبی با مشاهدات فرکتوگرافی در محل ترک و نتایج تجربی دارد که صحه‌گذار بر درستی شبیه‌سازی عددی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Simulation of pitting corrosion on gas turbine compressor blade

نویسندگان [English]

  • Yousef Mollapour 1
  • Esmaeil PourSaeidi 2
1 Department of Mechanical Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran
2 Mechanical engineering departmant.university of zanjan
چکیده [English]

First row rotating blades of four axial-flow compressors were prematurely fractured. Previous investigations showed that the site atmosphere contains corrosive compounds which lead to an increase in possibility of pitting on the blades. To this end, experimental and numerical studies are considered. Replica testing, Scanning Electron Microscope (SEM) and fractography of the broken blade indicate that the pits join together and make one bigger pit under SCC mechanism which reduces the failure time. 3-D models of the pitting on the blade under existing forces are analyzed by COMSOL Multiphisics software. The simulation results show the location of maximum stress concentration inside one of the pits which is compatible with the location of initial SCC crack in the pit depth. Finite element analysis shows good similarities with fractography photos. Stress concentration and interaction of stresses around the pits are two mechanical reasons for initiation and growth of cracks. Calculations show that the occurrence of SCC at the location of the pit reduces the crack initiation time to half. The presence of pits increased the stress by approximately 130 MPa relative to the healthy blade. The part between the two pits with a stress of approximately 180 MPa showed the interaction of the two pits in the operating conditions of the compressor blade.

کلیدواژه‌ها [English]

  • CUSTOM 450 alloy
  • Pitting corrosion
  • COMSOL Multiphysics Software
  • Stress corrosion cracking
  • compressor blade