بررسی عددی رفتار خزشی پره ی توربین گازی با خنک کاری

در صنعت قطعاتی وجود دارند که در دماهای خیلی بالا و تحت تنش های بسیار بالایی کار می کنند که باید با اطمینان قابل قبول وظیفه ی خود را انجام دهند. یکی از این قطعات پره ی توربین گازی است که از جنس سوپرآلیاژهای پایه ی نیکل یا کبالت ساخته می شوند. با توجه به شکل پیچیده ی پره ها، ساخت آن ها هزینه ی زیادی را در بردارد و باید در مراحل طراحی به کمک روش های تحلیلی یا عددی رفتار مکانیکی آن بررسی شده و از این طریق تخمین عمر صورت گیرد. با توجه به اینکه قطعاتی که در دما و تنش بالا کار می کنند دچار آسیب هایی نظیر خزش، برهم کنش خزش خستگی و... می شوند، در این پروژه به بررسی رفتار خزشی پره ی توربین و تاثیر عواملی مانند تغییرات درجه حرارت، سرعت دورانی ناشی از چرخش و جنس پره ی توربین پرداخته خواهد شد. با استفاده از دستگاه اسکن سه بعدی، از پره ی توربین گازی مورد استفاده در واحد تولید نیروی مجتمع پتروشیمی تبریز اسکن گرفته و ابر نقاط به دست آمده به نرم افزار کتیا انتقال داده می شود. در نتیجه مدل سه بعدی پره و همچنین ابعاد هندسی آن تعیین می شوند. و در نهایت با وارد کردن مدل سه بعدی قطعه به محیط یکی از نرم افزار های المان محدود می توان مدل المان محدود پره را ایجاد کرد. با تعیین شرایط کاری پره ی توربین شامل درجه حرارت، فشار گاز، سرعت دورانی، حل حرارتی مدل مذکور با فرض وجود لوله های خنک کننده در هسته ی پره و جریان دما ثابت گازهای احتراقی بر روی پره با درجه حرارت ثابت حدود 900 درجه ی سانتی گراد انجام می گیرد. درمرحله دوم نیروهای وارد بر پره توربین بر اساس نیروهای آیرودینامیکی که عمدتا موجب ایجاد لنگر خمشی و تنش ناشی از آن می شود و همچنین نیروهای گریز از مرکز ناشی از سرعت دورانی پره که قسمت اعظم تنش های مکانیکی پره ناشی ازآن می باشد، تعیین می گردد. مرحله ی سوم حل حالت پایدار مدل المان محدود و تعیین تنش های حرارتی و مکانیکی، کرنش ها و تغییر-مکان نقاط مختلف پره تحت شرایط خنک کاری و بدون آن برای دو جنس مختلف پره ی توربین انجام می-گیرد. در این مرحله به کمک ادبیات فن روابط معادلات اساسی مربوط به خزش برای دو جنس مختلف بدست آمده و مورد استفاده قرار می گیرد که این مرحله نیز برای پره در حضور خنک کاری و بدون آن بررسی شده و توزیع تنش-کرنش در آن بدست می آید و عمر خزشی پره ی توربین گازی پیش بینی می شود. به منظور بررسی صحت المان محدود و شرایط مرزی آن آنالیز مودال به روش عددی انجام گرفته و همچنین حساسیت نتایج به نوع مش بندی مدل، به عمل خواهد آمد.