پیش بینی عمر خزشی پره توربین تعمیر شده به روش اجزای محدود

توربین های گازی کاربرد فراوانی در صنعت نیروگاهی، برق، گاز و صنایع هوایی دارند. امروزه، روشهای اقتصادی برای تعمیر پره های توربینهای گازی بر مبنای جوشکاری دو جنسی ابداع شده است. در این پایان نامه، روشی برای تعیین عمر خزشی یک قطعه تعمیر شده از دو جنس مختلف بر مبنای تحلیل اجزای محدود گذرا پیشنهاد شده است. هر دو جنس از سوپر آلیاژ پایه نیکل اند بطوریکه ماده پایه از gh4049 و ماده فیلر از inconel718 بوده است. این کار به کمک زبان طراحی پارامتری (apdl) در نرم افزار ansys انجام گرفت. خزش، تغییر شکل آهسته پلاستیک مواد در دماهای بالای 40 درصد دمای مطلق ذوب آنها است و در طراحی ادواتی که در دمای بالا انجام وظیفه می نمایند اهمیت یافته و یکی از ملاک های طراحی است که باید در نظر گرفته شود. خزش به عنوان آسیب شناخته شده و منجر به ایجاد ترک و کاستن مقاومت مکانیکی مواد در مقابل بارگذاری های حتی زیر حد تسلیم آنها می شود. پره های توربین در دمای قریب به 70% دمای مطلق ذوب آنها انجام وظیفه می کنند، از اینرو مهمترین آسیب مورد توجه آنها پدیده خزش می باشد. پس از آنکه یک مدل مناسب از این مدل طبق الگوهای پیشنهاد شده در مراجع ساخته شد، یک تحلیل گذرا با زمان انجام شده و در هرکدام از مواد، معیار کرنش 5/0 درصد با عمر گسیختگی هر کدام از اجزای تعمیر شدگی، چک شد. مدل دیگری بر اساس پیشبینی عمر تنش گسیختگی، با پارامتر لارسن میلر، انجام شد و عمر ماده تعمیر شده -که دارای جنس نرمتری نسبت به ماده پایه بود- همواره عمر کمتری را با هندسه فرضی، داشت. اما با توجه به افزایش تنشها در ماده پایه بر اساس خزش بیشترِ ماده فیلر، یک تحلیل تلفیقی انجام گرفت و عمرهای جدید و مبتنی بر در نظر داشتن افزایش تنش با گذشت زمان صورت گرفت. بر این اساس عمری به مراتب کمتر از آنچه بدون حالت گذرا محاسبه شده بود (برخی موارد در حدود 50%) پیشبینی شد. در نتایج اخذ شده مکان تنش حداکثری در ماده پایه بوده و با گذشت زمان، محل آن از ریشه پره به کنار ناحیه تعمیر شده منتقل گشته و اندازه آن پس از زمان محاسبه شده، مقدار زیادی (نزدیک 2 برابر در اثر خزش) افزایش پیدا کرد و از مقدار آن در ریشه که در ابتدای بارگذاری حداکثر است، بیشتر گشت. این پدیده وقتی دما و دور گردش توربین بیشتر باشد، بیشتر و سریعتر نمود پیدا میکند. این حالت مشابه ایجاد تمرکز تنش در صفحه ای با سوراخ کوچک تحت تنش تک محوره است. اساس این روش استفاده از قانون کسری جمع آسیب است. برای اطمینان از صحت و قابلیت اعتماد به این روش، مدلی از المانهای بحرانی در مجاورت هم با جنس سرب به عنوان جنس نرمتر و قلع70%-سرب 30% بعنوان جنس سخت تر ساخته شد و توسط آزمایش رفتار خزش آنها زیر بار مناسبی مطالعه شد. زمان گسیختگی ماده با کد مشابه نوشته شده برای سوپر آلیاژها مطابقت خوبی داشت، بطوریکه ماده سریعتر گسیخته شده به درستی پیشبینی شده و خطای پیشبینی عمر آن با مقدار آزمایش شده تنها 6 درصد اختلاف داشت. روش سنتی پیشبینی عمر در این مورد خطای 20 درصدی داشت.