شبيه‌سازي خوردگي حفره‌اي روي پره‌ي كمپرسور توربين گازي

Simulation of Pitting Corrosion on Gas Turbine Compressor Blade

پره‌هاي متحرك رديف اول چهار كمپرسور جريان محوري توربين گازي به دليل وجود اجزاي خورنده در محيط و افزايش امكان ايجاد حفره روي پره‌ها به‌طور ناگهاني شكسته شدند. در اين پژوهش به بررسي عددي و آزمايشگاهي خوردگي حفره‌اي روي پره‌ي كمپرسور توربين گازي در شرايط كاركرد واقعي ‌پرداخته مي‌شود. بررسي‌هاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي و شكست‌نگاري پره‌ي شكسته شده، نشان داد كه حفره‌ها تحت مكانيزم ترك خوردگي تنشي به‌هم متصل شده و يك حفره‌ي بزرگ‌تر را تشكيل داده‌اند كه اين موجب كاهش بيشتر زمان واماندگي شده است. حفره‌هاي موجود روي پره، با نرم‌افزار كامسول شبيه‌سازي و تحت نيروهاي وارده تحليل شده است. حفره‌ها به يكديگر متصل شده و به ترك خوردگي تنشي تبديل مي‌شود و با عنايت به خورندگي محيط، مكانيزم خستگي خوردگي نيز فعال مي‌شود. ناحيه‌ي تمركز تنش در حفره‌ها واضح است كه محل شروع ترك خوردگي تنشي و خستگي خوردگي مي‌باشند. وجود حفره‌هاي روي پره، باعث افزايش تنش برابر 130 مگاپاسكال نسبت به پره بدون حفره شده است. نتايج بدست آمده مطابقت مناسبي با مشاهدات در محل ترك و نتايج تجربي دارد كه صحه‌گذار بر درستي شبيه‌سازي عددي مي‌باشد.

The first row rotating blades of four axial-flow compressors were prematurely fractured. Previous investigations showed that the site atmosphere contains corrosive compounds which lead to an increase in the possibility of pitting on the blades. To this end, experimental and numerical studies are considered. Replica testing, scanning electron microscope and fractography of the broken blade indicate that the pits join together and make one bigger pit under stress-corrosion cracking mechanism which reduces the failure time. 3-D models of the pitting on the blade under existing forces are analyzed by COMSOL Multiphysics software. Finite element analysis shows good similarities with fractography photos. Stress concentration and interaction of stresses around the pits are two mechanical reasons for the initiation and growth of cracks. Calculations show that the occurrence of stress-corrosion cracking at the location of the pit reduces the crack initiation time to half. The presence of pits increased the stress by approximately 130 MPa relative to the healthy blade. The part between the two pits with a stress of approximately 180 MPa showed the interaction of the two pits in the operating conditions of the compressor blade.