Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad KermanPour,Saeed ZeiaeiRad
احمد کرمانپور (استاد مشاور) سعید ضیائی راد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sayedehnasibeh Norbakhshnia
سیده نسیبه نوربخش نیا

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1384

TITLE

Numerical and Experimental investigation on the failure of gas turbine blades of HESA Power Plant
This thesis concentrates on the frequently failures occurred in the high pressure compressor blades of the HESA Power Plant in Isfahan. These blades belong to the 9 th stage of the compressor and their material is titanium alloy Ti-6Al-4V. In addition, all reported failures are related to the root part of the blades. Finite element method and software ANSYS was applied for the force analysis of the blades. These simulations were carried out at both 2D and 3D dimensions under contact stresses-which have the basic role on the failures-, centrifugal and aerodynamic forces. The results showed a high stress gradient and Von Misses stress concentration on the edge of contact and it can be concluded that this area is prepare for the crack initiation. For investigating the stress condition of the blade and its root after initiation of cracks, another simulation was carried out. In this analysis, different initial cracks were created on the geometry of the blade root by using a code which was wrote in ANSYS software. It was shown that in all cracked root, there is a high gradient and Von Misses stress concentration along the crack front which is higher than the fretting fatigue threshold stress of Ti-6Al-4V. It can prove that created cracks in this area can propagate by the mechanism of fretting fatigue. The stress intensity factors of the cracked roots were also evaluated along the crack front. It was shown that although all fracture modes are interfered in the blades failures, the mode I is very strong and has the chief part on the fractures. In addition, different metallurgical tests were carried out on the broken blade sections. By these tests the Fretting Fatigue was introduced as mechanism of crack initiation and the crack initiation points were also detected which exactly were the same point by the maximum stress concentration on the edge of contact of the blade. Thus, the results of metallurgical tests can prove those ones obtained by the numerical simulations.
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.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی