بررسی عددی و تجربی شکست پره های توربین گاز نیروگاه برق هسا

رساله حاضر مربوط به پروژه "بررسی علل شکست پره های کمپرسور فشار قوی توربین گازی نیروگاه برق هسا" می باشد که پس از بروز شکست های متوالی پره های توربین های گاز نیروگاه، تعریف و انجام شد. از آنجا که آخرین موارد شکست متعلق به ردیف نهم کمپرسور 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. جهت بررسی نیرویی پدیده شکست این پره ها از روش المان محدود و نرم افزار ansys استفاده گردید. در این بررسی ابتدا به تحلیل تنش دوبعدی و سه بعدی مجموعه پره و دیسک تحت نیروهای تماسی لبه تماس پره و دیسک، نیروی آیرودینامیک و گریز از مرکز پرداخته شد. در هر دو حالت، تمرکز تنش شدیدی در لبه تماس پره و دیسک مشاهده گردید که حاکی از جوانه زنی ترک در این محل است. لازم به ذکر است در این تحلیل نیروهای تماسی بین پره و دیسک نقش اساسی را در ایجاد تمرکز تنش لبه تماسی ایفا می کنند. علاوه بر این، توزیع تنش در هندسه ریشه ترک دار سه بعدی حضور تمرکز تنش شدید در طول پیشانی ترک را نشان داد. مقادیر عددی تنش در طول پیشانی ترک یشتر از حد آستانه خستگی سوهشی برای آلیاژ ti-6al-4v بود که این پدیده، رشد ترک خستگی ایجاد شده در لبه تماس را تایید می کند. علاوه بر این مقادیر فاکتور شدت تنش در حالت سه بعدی نیزدر طول پیشانی ترک های مختلف محاسبه شد. این مقادیر نشان دهنده آن هستند که اگرچه هر سه مود کششی، برشی و پارگی در شکست پره های ترک دار موثرند اما مود اول نسبت به مود دوم و سوم به مراتب قوی تر است و نقش اصلی را در شکست پره ها بر عهده دارد. در مرحله دیگرسطوح مقاطع شکست پره های ترک خورده مورد بررسی های مختلف متالورژیکی قرار گرفت .بر طبق این بررسی ها نقطه جوانه زنی ترک، نقطه ای واقع بر لبه تماس ریشه پره با دیسک و مکانیزم آن مکانیزم خستگی سوهشی تشخیص داده شد. این نقاط، همان متناظر با نقاط دارای تمرکز تنش در شبیه-سازی های عددی بودند. بر این اساس پیش بینی های شکست تحلیل المان محدود با نتایج آزمایشات متالورژیکی تطابق خوبی داشته و آن-ها را تایید می کند.