بررسی علل و مکانیزم تخریب پره های تیتانیومی کمپرسور توربین های گازی

در این پروژه علل شکست پره های کمپرسور فشار قوی توربین های گازی نیروگاه هسا از جنبه های متالورژیکی و مکانیکی مورد بررسی قرار گرفته است.. پنج مورد شکست زودهنگام در قسمت فشار قوی کمپرسور نیروگاه گازی هسا رخ داده است. از میان این شکست ها، سه مورد مربوط به ردیف نهم، یک مورد ردیف دهم و یک مورد ردیف دوازدهم بوده است. از آنجا که دو مورد اخیر شکست مربوط به ردیف نهم بوده و اطلاعات بیشتری از جمله پره های شکسته شده ردیف نهم در دست بود، پروژه حاضر بر روی پره های ردیف نهم از جنس آلیاژ ti-6al-4v متمرکز شده است. سطوح مقاطع شکست پره ها، پره های ترک خورده، و قسمتهای مختلف آلیاژ پره ها و نیز آلیاژ دیسک مورد بررسی های مختلف متالورژیکی قرار گرفت. آنالیز شیمیایی، آزمون کشش، سختی سنجی، زبری سنجی، بررسی های میکروسکوپی نوری و الکترونی، و آزمون های شکست نگاری انجام گردید. همچنین بر اساس شرایط حاکم بر کمپرسور در حالت پایای سرویس، شرایط تنش حاکم بر سیستم کام-زبانه پره و دیسک در اثر نیروی گریز از مرکز به روش عددی المان محدود مورد بررسی قرار گرفت و توزیع تنش در ریشه پره ارزیابی گردید. از مجموع بررسی های انجام شده مکانیزم خستگی سوهشی به عنوان مکانیزم حاکم بر تخریب پره های کمپرسور مشخص گردید. این مکانیزم در شرایطی حاکم است که دو سطح در تماس با یکدیگر در معرض جابجایی نسبی بسیار کم (معمولا" کمتر از 50 میکرون) و شرایط بارگذاری نوسانی قراردارند. از این رو برای آشنایی بیشتر با این مکانیزم، ابتدا در فصل دوم به معرفی آن و ارایه خصوصیات مختلف پرداخته شده و نیز مشخصا" خستگی سوهشی آلیاژهای تیتانیم (جنس پره کمپرسور مورد نظر) تشریح گردیده است. به عنوان یکی از دلایل موثر در تشدید شرایط تنشی حاکم بر پره های شکسته شده، به نظر می رسد در مرحله اورهال کمپرسور و نصب پره های کمپرسور، فاصله و لقی کافی در کام دیسک در نظر گرفته نشده طوری که این پره در حین سرویس، دچار تنش های تماسی بیشتری قرار گرفته است. علاوه بر آن، وجود پوشش نرم باعث بالا رفتن ضریب اصطکاک شده که باعث سایش شدید ریشه پره و دیسک شده است. این وضعیت باعث گردیده است که مکانیزم خستگی سوهشی برای این پره با سرعت زیادی فعال شود. بر اساس مطالعات و بررسی های انجام شده و نظر به تحقیقات گسترده ای که در حال حاضر در کمپانی های سازنده این توربین ها از جمله pratt & whitney کانادا در حال انجام می باشد، علاوه بر لزوم کنترل بیشتر و دقیقتر در مرحله نصب پره ها روی دیسک و همچنین نصب تجهیزات مناسب جهت کنترل دقیق تر عملکرد دریچه های اطمینان کمپرسور، دو پیشنهاد مشخص برای افزایش مقاومت پره های تیتانیمی کمپرسور به خستگی سوهشی ارایه شده است. این پیشنهادات عبارتند از: استفاده از عملیات سطحی و پوشش دهی مناسب روی پره ها (نظیر ساچمه پاشی و استفاده از پوشش dlc و یا پوشش نیتراسیون پلاسمایی)، اعمال تنش های فشاری (نظیر روش جلادهی با پلاستیسیته کم ، lpb) و یا هر دو.