عنوان

بررسی رفتار خزشی پر توربین به کمک روش المان محدود

Number

‭۸۰۰۹پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

بررسی رفتار خزشی پر توربین به کمک روش المان محدود

First Statement of Responsibility

/حسن رضائی

Name of Publisher, Distributor, etc.

: دانشکده مکانیک

Name of Manufacturer

، فرخی

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۱۷۰‬ص.‬

Text of Note

چاپی

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

رشته مکانیک

Date of degree

‮‭۱۳۸۶/۰۷/۰۷‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

به طور کلی قطعاتی که در دماهای بالا کار می‌صکنند در معرض پدیده‌صای به نام خزش قرار دارند و می‌صتوان گفت که شکست و تغییر شکل آنها وابسته به زمان است، لذا این قطعات با یک عمر مشخص بر اساس میزان کرنش مجاز یا کرنش گسیختگی طراحی می‌صگردند .توربین‌صها از جمله اجزائی هستند که به علت کار در دما و تنش بالا دچار آسیب‌صهائی مانند خزش، خستگی و خستگی حرارتی می‌صشوند .پره‌صهای توربین تحت گرادیان دمایی در سرعت زاویه‌صای بسیار بالا کار می‌صکنند، سرعت زاویه‌صای بالا باعث ایجاد نیروهای گریز از مرکز شده و همزمان با آن، دمای بسیار زیاد منجر به کاهش مقاومت ماده و کرنش ناشی از خزش در آن می‌صگردد .قطعات به‌صکار رفته در پر توربین معمولا از سوپر آلیاژ بوده و تخمین عمر کاری قطعات داغ از جنس سوپر آلیاژ به دلیل هزین‍ بالای تولید، محدود بودن سازندگان معتبر، پیچیدگی روش‌صهای تولید و استراتژیک بودن، مورد توجه صنایع و مراکز تحقیقاتی می‌صباشد .از طرف دیگر کرنش خزشی به دلیل محدود بودن تلرانس‌صهای شیار بین پره‌صهای روتور و استاتور نیز اهمیت فوق‌صالعاده‌صای داشته، لذا محاسب‍ رفتار خزشی پره‌صهای توربین در طراحی آنها از اهمیت ویژه‌صای برخوردار است .در این پایان‌صنامه ابتدا یک نمونه پر توربین گازی از نوع عکس‌صالعملی و از جنس سوپر آلیاژ پای‍ نیکل ، انتخاب شده و سپس رفتار خزشی پره تحت اثر نیروی غالب گریز از مرکز در درج‍ حرارت ‮‭۸۵۰‬ و در سرعت‌صهای دورانی‮‭۶۹۰۰‬ ،‮‭۷۸۰۰‬ ، ‮‭۸۱۰۰‬ و ‮‭۹۰۰۰‬ مورد بررسی قرار گرفته است .بدین منظور ابعاد هندسی پر مذکور تعیین شده و مدل آن با دقت مناسب توسط نرم افزار ‮‭ANSYS‬ ایجاد شده است .سپس تحت اثر نیروی گریز از مرکز و در درج‍ حرارت تعیین شده، رفتار خزشی پره به کمک روش المان محدود ‮‭(Finite Element Method)‬ و نرم افزار ‮‭ANSYS‬ مورد بررسی قرار گرفته و توزیع تنش و کرنش در پره در زمان‌صهای مختلف به‌صدست آمده است .در نهایت عمر خزشی به کمک پارامتر لارسن-میلر‮‭Miller) - (Larson‬برای تنش‌صهای مختلف محاسبه شده است .در این بررسی از معادلات ‮‭NORTON‬ اصلاح‌صشده جهت تبیین رفتار خزشی استفاده شده و به‌صمنظور مقایس‍ نتایج، بررسی در چهار سرعت دورانی مختلف انجام شده است .بررسی‌صها نشان می‌صدهد که محل تنش و کرنش بیشینه در محل اتصال ایرفویل پره به ریشه در لبه فرار‮‭(Trailing Edge)‬ ، می‌صباشد و پیش‌صبینی می‌صشود که جوانه‌صزنی و شروع ترک خزشی از آن محل باشد .همچنین کرنش خزشی محاسبه شده در سرعت‌صهای دورانی مختلف کمتر از کرنش خزشی شکست بر اساس داده‌صهای تست تک-محوری می‌صباشد .بررسی‌صها نشان می‌صدهد که مقدار تغییر طول محاسبه شد رأس پره کمتر از مقدار تعیین شده آن از مراجع می‌صباشد .علاوه بر آن، در تخمین عمر خزشی، اگر مبنای محاسبه تنش الاستیک باشد، تخمین عمر بسیار دست پائین خواهد بود چرا که در طول زمان مقدار تنش کاهش چشمگیری از خود نشان می‌صدهد، لذا تخمین عمر بر مبنای تنش خزشی آگاهانه‌صتر است .

Text of Note

In general components that work at high temperature are encountered to a so called "creep" phenomena and we can say that their rupture and deformation is dependent to time, so that this component are designed according to allowed strain or rupture strain to a specific lifetime. Turbines are examples of components that due to work at high temperature and high stress are encountered defects such as creep, fatigue and thermal fatigue.Turbine blades work under thermal gradient at high angular velocity. High angular velocity lead to centrifugal forces and simultaneously, high temperature leads to decrease in material strength and strain induced due to creep. Applied components in turbine blades are made from superalloys and lifetime estimation of hot superalloys components because of high production expanses, limitation of valid manufacturers, complexity of production process and strategy, have been considered by industries and research centers. On the other hand creep strain has great importance due to restriction of slit tolerances between rotor and stator blades, so that calculation of turbine blades creep behavior in their designing have specific importance.In this paper, first a sample of gas turbine blade of reaction type and of Nickel-based superalloys material, IN 738LC is selected and then creep behavior of turbine blade due to dominant centrifugal force at constant temperature 850 C and 6900 rpm, 7800 rpm, 8100 rpm and 9000 velocities is investigated. Therefore dimensions of specified blade and its model with appropriate accuracy are done by ANSYS commercial software. Then creep behavior of blade under the effect of centrifugal fore and at specified temperature is investigated using finite element method (FEM) and ANSYS commercial software and stress-strain distributed at various time is obtained. Finally creep lifetime by using Larson-Miller parameter is calculated for different stresses. In this study, modified NORTON equation for expressing the creep behavior is used. For comparison of results, the investigation is done for four different angular velocity. Investigations show that the position of maximum stress and strain is located at the connection of airfoil blade to root at trailing edge and predicted that crack-initiation is happened in this point. Also calculated creep strain at various angular velocities is lower than rupture creep strain according to uniaxial test data. Furthermore, at estimating the creep lifetime, if the basis of calculation is elastic stress, estimation of lifetime will be lower case, since during time the value of stress show a tremendous decrease. Investigations show that the value of calculated elongation at the tip of the blade is lower than its specified value in references.

رضائی،حسن

وکیلی تهامی،فرید، استادراهنما

علوی تبریزی، پرویز، استادمشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی