بررسی علل شکست یک پره توربین گازی از جنس سوپر آلیاژ اینکونل 738LC

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

2 امور فنی و مهندسی مکانیک، شرکت تعمیرات نیروگاهی ایران، البرز، ایران

چکیده

چکیده: توربین‌های گازی نقش بسیار مهمی را در نیروگاه‌های کشور به منظور تولید برق بر عهده دارند و پره‌ها از حساس‌ترین قطعات در توربین‌های گازی به شمار می‌روند. خرابی پره‌ها در یک توربین گاز منجر به وارد آمدن خسارت به ردیف‌های بعدی توربین و خاموشی نیروگاه خواهد شد، که می‌تواند هزینه‌های زیادی را در پی داشته باشد. در مقاله حاضر علل شکست یک پره توربین گازی GE-F5 با انجام آزمایشات مکانیکی و متالورژیکی مورد بررسی قرار گرفته است. پره موردنظر سوپر آلیاژ پایه نیکل اینکونل LC738 بوده است که پس از حدود 65000 ساعت سرویس در حین کارکرد دچار حادثه شده است. در اثر این حادثه، قسمت‌های متعددی از توربین دچار آسیب-های شدید شدند. بازرسی چشمی، اندازه‌گیری سختی، آنالیز ترکیب شیمیایی، بررسی ریزساختار و بررسی متالورژیکی سطح شکست به منظور تشخیص علل اصلی شکست پره انجام گرفتند. بررسی‌ها نشان داد که حفره‌های قابل توجهی در سطح پره به وجود آمده و شواهد نشان از پیشرفت این حفره‌ها و ترک‌ها به دلیل وجود پدیده خستگی دارند. با بررسی سطح شکست مشخص شد ترک اولیه به دلیل پدیده خوردگی داغ ایجاد شده و با سازوکار خستگی از لبه حمله پره پیشروی کرده است که منجر به کاهش سطح مقطع شده و شکست رخ داده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Failure Analysis of a Gas Turbine Blade Made of Inconel 738LC Super Alloy

نویسندگان [English]

  • R. Bannazadeh 1
  • M. Riahi 1
  • M. Aieneravaie 2
1 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Iran Power Plant Repairs Company, Alborz, Iran
چکیده [English]

and critical components of a gas turbine. Blade failures in gas turbine engines often lead to loss of all downstream stages and the power plant will shut down, which can lead to prolonged outages and severe economic loss. In this paper, the failure of a GE-F5 gas turbine blade has been studied by metallurgical and mechanical examinations. The blade was made of a nickel base alloy Inconel 738LC. This blade has fractured after about 65,000 hours of service in one of the Iran’s power plants during operation. Due to the blade failure, the turbine engine was damaged severely. The study was started with a thorough
visual inspection of bl ades and continued with hardness measurement, chemical composition checks,and microstructural evaluation as well as examination of the fracture surface. The investigations showed that serious pitting was occurred on the blade surface and there were evidences of fatigue marks in the fracture surface. It was found that the crack initiated by the hot corrosion from the leading edge and propagated by fatigue and finally, as a result of the reduction in cross-section area, fracture was completed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Inconel 738LC
  • Metallography
  • Failure of Blade
  • Fatigue
  • Gas turbine

مراجع

[1] B. Deepanraj, P. Lawrence, Theoretical Analysis of Gas Turbine Blades by Finite Element Method, Journal of the Institute of Engineering, 8(1-2) (2011) 1-11.
[2] W. Abbasi, S. Rahman, NDE Inspections and Lifetime Assessmentof Turbine Equipment, Power-Gen International, (2008).
[3] S. Barella, M. Boniardi, S. Cincera, P. Pellin, X. Degive, S. Gijbels, Failure analysis of a third stage gas turbine blade, Engineering Failure Analysis, 18(1) (2011) 386-393.
[4] H. Kim, Study of the fracture of the last stage blade in an aircraft gas turbine, Engineering Failure Analysis, 16(7) (2009) 2318-2324.
[5] S. Qu, C. Fu, C. Dong, J. Tian, Z. Zhang, Failure analysis of the 1st stage blades in gas turbine engine, Engineering Failure Analysis, 32 (2013) 292-303.
[6] N. Vardar, A. Ekerim, Failure analysis of gas turbine blades in a thermal power plant, Engineering Failure Analysis, 14(4)  (2007) 743-749.
[7] K.-S. Song, S.-G. Kim, D. Jung, Y.-H. Hwang, Analysis of the fracture of a turbine blade on a turbojet engine, Engineering Failure Analysis, 14(5) (2007) 877-883.
[8] H. Kazempour-Liacy, S. Abouali, M. Akbari- Garakani, Failure analysis of a first stage gas turbine blade, Engineering Failure Analysis, 18(1) (2011) 517-522.
[9] G. Farrahi, M. Tirehdast, E.M.K. Abad, S. Parsa, M. Motakefpoor, Failure analysis of a gas turbine compressor, Engineering Failure Analysis, 18(1) (2011) 474-484.
[10] H. Kim, Crack evaluation of the fourth stage blade in a low-pressure steam turbine, Engineering Failure Analysis, 18(3) (2011) 907-913.
[11] C.R. Brooks, Heat treatment, structure, and properties of nonferr ous alloys, American Society for metals, 1982.
[12] C. Sims, N. Stoloff, W.C. Hagel, Superalloys II: High Temperature Materials for Aerospace and Industrial Power. 1987, NY: John Wiley & Sons.
[13] Z. Mazur, A. Luna-Ramirez, J. Juárez-Islas, A. Campos-Amezcua, Failure analysis of a gas turbine blade made of Inconel 738LC alloy, Engineering failure analysis, 12(3) (2005) 474-486.
[14] T.J. Carter, Common failures in gas turbine blades, Engineering Failure Analysis, 12(2) (2005) 237-247.
[15] C. Barbosa, J. Nascimento, I. Caminha, I. Abud, Microstructural aspects of the failure analysis of nickel base superalloys components, Engineering Failure Analysis, 12(3) (2005) 348-361.
[16] R. Viswanathan, An investigation of blade failures in combustion turbines, Engineering Failure Analysis, 8(5) (2001) 493-511.
[17] N. Eliaz, G. Shemesh, R. Latanision, Hot corrosion in gas turbine components, Engineering failure analysis, 9(1) (2002) 31-43.
[18] J. Hou, B.J. Wicks, R.A. Antoniou, An investigation of fatigue failures of turbine blades in a gas turbine engine by mechanical analysis, Engineering Failure Analysis, 9(2) (2002) 201-211.
[19] J.-C. Chang, Y.-H. Yun, C. Choi, J.-C. Kim, Failure analysis of gas turbine buckets, Engineering failure analysis, 10(5) (2003) 559-567.
[20] J. Gallardo, J. Rodrı́guez, E. Herrera, Failure of gas turbine blades, Wear, 252(3-4) (2002) 264-268.
[21] M. Khajavi, M. Shariat, Failure of first stage gas turbine blades, Engineering Failure Analysis, 11(4)(2004) 589-597.
[22] N. Lourenço, M. Graça, L. Franco, O. Silva, Fatigue failure of a compressor blade, Engineering failure analysis, 15(8) (2008) 1150-1154.
[23] L. Witek, M. Wierzbińska, A. Poznańska, Fracture analysis of compressor blade of a helicopter engine, Engineering Failure Analysis, 16(5) (2009) 1616- 1622.
[24] J. Kubiak, G. Urquiza, J. Rodriguez, G. González, I. Rosales, G. Castillo, J. Nebradt, Failure analysis of the 150 MW gas turbine blades, Engineering Failure Analysis, 16(6) (2009) 1794-1804.
[25] Z. Huda, Metallurgical failure analysis for a blade failed in a gas-turbine engine of a power plant, Materials & Design, 30(8) (2009) 3121-3125.
[26] A. Devillez, G. Le Coz, S. Dominiak, D. Dudzinski, Dry machining of Inconel 718, workpiece surface integrity, Journal of Materials Processing Technology,211(10) (2011) 1590-1598.
[27] A. Kostyuk, V. Frolov, Steam and gas turbines, Mir Pub., 1988.
[28] J.W. Sawyer, Sawyer's Gas Turbine Engineering Handbook: Application, Gas Turbine Publications, 1972.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 50، شماره 1
فروردین و اردیبهشت 1397
صفحه 103-112

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار