پيش‌بيني عمر خزشي پره‌هاي توربين تعمير شده از دو جنس

Creep Life Assessment of Repaired Turbine Blade from Two Substances

توربين‌هاي گاز كاربرد فراواني در صنايع نيروگاهي و هوافضايي دارند. امروزه، بر مبناي جوشكاري دوجنسي، روش هاي اقتصادي براي تعمير پره‌هاي اين نوع توربين‌ها ابداع شده است. در اين مقاله، روشي براي تعيين عمر خزشي يك قطعه تعمير شده از دو جنس مختلف بر مبناي تحليل اجزا محدود گذرا ارايه شده است. بدين منظور، يك طرح ساده دو بعدي تحت نيروي گريز از مركز پيشنهاد شده است. جنس ماده پايه و پركننده به ترتيب سوپرآلياژهاي GH 4049 و Inconel 718 در نظر گرفته شده اند. با توجه به وابستگي تنش ها به زمان، عمر پره با استفاده از قانون كسري جمع آثار آسيب، به كمك برنامه نويسي در نرم‌افزار انسيس تعيين شده است. جهت اطمينان، آزمايشي طرح ريزي شده كه معرف نحوه خزش المان هاي بحراني در مجاورت هم مي باشد. در اين آزمايش، از سرب به عنوان جنس نرم تر و از قلع 70%-سرب30% به عنوان جنس سخت‌تر استفاده شده و نتايج آزمايش با نتايج تحليل عددي مقايسه شده است. بين نتايج شبيه-سازي عددي و آزمايش هاي تجربي برابري بسيار خوبي مشاهده مي شود. نقطه گسيختگي به درستي پيش‌بيني شده و خطاي پيش‌بيني عمر آن با مقدار حاصل از آزمايش فقط 6 درصد اختلاف دارد. نتايج نشان مي‌دهد كه تفاوت بين خواص خزشي دو جنس پايه و پركننده در مكان و شكل فرضي نزديك ريشه پره موجب كاهش عمري معادل 90 % عمر مبنا خواهد شد.

Gas Turbines have wide applications in power plants and aerospace industries. Nowadays, based on welding of two different materials, some economic methods for repairing turbine blades have been developed. In this paper, a method, for determining creep life of a RTB (Repaired Turbine Blade) of two substances, based on transient FEM method had been developed. To find the effect of the difference between creep properties of materials of two sub-stances RTBʹs, a simple 2D model under centrifugal forces was modeled. The base and filler metals were GH 4049 and Inconel 718, respectively. Creep is time dependent deformation of metals at elevated temperatures, therefore stresses are also time dependent. Hence, the life of RTB was estimated using damage fraction rule. These were per-formed using APDL ANSYS commercial software codes. To verification of the method, an experiment test has been established which defined the way critical elements behaved. In this experiment, pure lead was used as softer and Tin70%-lead30% was used as harder metal in creep. Experimental and numerical models were compared and good agreements between them were found. Rupture point was truly predicted and relative error was only 6% (traditional methods had 20% error). Results showed that the difference between creep properties of base and filler metals for supposed geometry and repaired location, leads to 90% decrement of designed life.