شبیه سازی و تحلیل خزش و خستگی پره های توربین گازی

جولای, 2020 بدون نظر آموزش, انرژی, بازرسی, خدمات, دریایی, نفت و گاز, هوافضا

استفاده روز افزون از توربین گازی در صنعت، توجه محققان را به بهبود عملکرد و افزایش قابلیت اطمینان اجزای آن جلب کرده است. پره های توربین از جمله اساسی ترین و با ارزش ترین اجزای توربین ها محسوب می شوند و به واسطه شرایط پیچیده تنشی و حرارتی، هموارد در معرض زوال و خرابی های غیرقابل پیش بینی هستند. این خرابی های ناگهانی به واسطه آسیب رساندن به سایر بخش های توربین می توانند باعث خارج شدن توربین از مدار تولید شوند. علاوه بر این، تعویض این پره ها می تواند هزینه های سنگینی را متوجه نیروگاه ها کند. به همین دلیل تحلیل خزش و خستگی پره های توربین گازی به کمک نرم افزارهای CAE امری بسیار مهم می باشد.

سازندگان و کاربران پره ها همواره در تلاشند تا عمر مفید قطعات را تشخیص داده و در زمان مقتضی اقدام به تعمیر و یا تعویض آنها کنند. لذا همواره موضوع اصلی در تخمین عمر قطعات صنعتی افزایش راندمان و بهره وری و افزایش سود و کاهش خسارات مالی است. در این امر نرم افزار های شبیه سازی عددی اجزا محدود (FEA) و دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) نقش پر رنگی در تحلیل خزش و خستگی پره های توربین گازی ایفا می کنند.

پره های متحرک توربین گاز از حساس ترین قطعات توربین می باشند. زیرا آنها تحت بارگذاری دمایی و تنشی بالایی در هنگام سرویس قرار دارند. پره های متحرک متاثر از عواملی مانند خستگی و خزش هستند. این عوامل باعث محدود شدن عمر آنها می شود و در هنگام طراحی ، ساخت و بازرسی توربین های گازی باید به این نکته توجه کافی داشت. برای جلوگیری از شکست ناگهانی پره های متحرک در حین کار و به تبع آن جلوگیری از وارد آمدن خسارات سنگین به مجموعه توربین گازی، تخمین عمر این قطعات امری بسیار ضروری و حیاتی است.

گازهای داغ اطراف پره اکسید کننده اند و دارای مواد مخربی نظیر سولفات و کلرید هستند. این مواد هم خورنده هستند و هم به دلیل سرعت بالا ایجاد سایش می کنند. تحت شرایط بارگذاری مرکب، در دماهای بالا و بارگذاری تناوبی، در قطعات اثر خزش و خستگی دیده می شود. خزش و خستگی موجب آسیب و کاهش خواص ماده و نهاتا کوتاه شدن عمر قطعات خواهد شد. با استفاده از تحلیل خزش و خستگی پره های توربین گازی می توان درک بهتری از رفتار مکانیکی پره های توربین گاز در شرایط عملکردی آنها داشت.

روش های تخمین عمر پره های توربین گاز

در کل سه روش محاسباتی، غیرمخرب (NDT) و مخرب برای تحلیل خزش و خستگی پره های توربین گازی و تخمین عمر آنها مورد توجه و استفاده هستند. روش های مخرب و غیر مخرب بعضا عنوان شده است که دارای دقت بالاتری از روش های محاسباتی هستند، اما هزینه های بالایی که این روش ها به کارفرما وارد می کنند، استفاده از روش های محاسباتی نظیر شبیه سازی های عددی اجزا محدود را در صدر روش های مورد توجه تخمین عمر پره ها قرار داده است.

مکانیزم های خرابی پره های توربین

مکانزیم های خرابی متعددی در کاهش عمر پره های توربین موثر هستند. از میان آنها می توان به

  • خزش (Creep)
  • خستگی (Fatigue)
  • خوردگی (Corrosion)
  • اکسیداسیون و
  • سایش (Erosion) اشاره کرد.

از این رو در تخمین عمر پره ها باید حتی الامکان تمامی این پارامترها را مدنظر قرار داد.

مدل های پیش بینی عمر خزشی

برای پیش بینی عمر خزشی مدل های لارسن-میلر، مانکمن-گرانت، کول-کاستیلو ، دوبز-میلیکا ، مانسون-هافرد، شربی-درن معروف ترین و پر استفاده ترین مدل های موجود هستند.

مدل های پیش بینی عمر خستگی

مدل های کافین-مانسون ، برن-اشتاین ، زامریک ، کاناساکی و راسل هم مدل های معروف در حوزه پیش بینی عمر خستگی می باشند..

پیش بینی عمر خزش-خستگی متقابل

در این زمینه هم مدل های مختلف بر مبنای قوانین پایستگی انرژی و پاستگی اندازه حرکت نظیر لینگ چن ، مدل های بر پایه ویسکوزیته گوسوامی برای ایجاد ارتباط بین داده های خزش و خستگی مواد در دمای بالا، مدل تکامل تدریجی آسیب شاباش و بسیاری از مدل های دیگر در سال های اخیر توسعه داده شده اند.

فرضیات و سوالات

جهت شبیه سازی و تحلیل مسائل شبیه سازی و تحلیل خزش و خستگی پره های توربین گازی برخی سوالات و فرضیات اولیه لازم است پرسیده شود.

  • آیا پره خنک شونده است؟ (اگر نیست می توان از فرض همدمایی پره در حالت شرایط کارکرد پایدار، برای تعیین شرایط کاری و مرزی مناسب بهره برد)
  • اجرای آنالیز استاتیکی جهت تعیین توزیع تنش ها در پره
  • تعیین نواحی و مقاطع بحرانی به کمک تحلیل استاتیکی
  • اجرای آنالیز خزشی جهت تعیین حداقل نرخ کرنش خزشی روی پره
  • تعیین عمر خستگی پره به کمک تعریف خواص پلاستیک ماده، و یک سیکل کاری سرعت دورانی روتور
  • تخمین عمر در حالت خزش و خستگی خالص
  • تخمین عمر خزش-خستگی متقابل به کمک یکی از مدلهای مدنظر
  • آیا پره ها دچار خوردگی یا سایش اولیه شده اند؟
  • جنس پره و بهترین مدل های موادی برای تعریف آن در نرم افزار
  • شرایط دقیق بارگذاری

 کاربرد توربین گاز در صنعت

مهمترین کاربرد توربین های گازی در صنعت نیروگاهی، انرژی ، نفت و گاز و هوافضا می باشد.

نرم افزارهای مورد استفاده

در طراحی و تحلیل خزش و خستگی پره های توربین گازی نرم افزار های CAD و CAE زیر بیشتر از سایر نرم افزارها مورد استفاده بوده اند. هرچند هر شرکتی بنا به سیاست و استراتژی کاری می تواند از نرم افزارهای مشابه نیز بهره ببرد.

  • نرم افزار کتیا (مدل سازی هندسی)
  • نرم افزار یونی گرافیک (مدل سازی هندسی)
  • آباکوس (تحلیل اجزا محدود)
  • انسیس (تحلیل اجزا محدود)
  • تخمین عمر و تحلیل خستگی MSC-Fatigue
  • تخمین عمر و تحلیل خستگی Fe-safe

چناچه پیرامون تحلیل خزش و خستگی پره های توربین گازی و رفع ایرادات و نواقص آن سوالی دارید، می توانید با کارشناسان ما ارتباط بگیرید.

تگ ها

ارسال نظر شما

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

×

Hello!

Click one of our representatives below to chat on WhatsApp or send us an email to info@banumusagr.com

سلام، مسئول مربوطه را انتخاب کنید تا هم اکنون در واتساپ شما را راهنمایی کند. یا با شماره 05135424520 تماس بگیرید.

×