تحلیل خستگی و خزش پره ‏های ردیف اول توربین میکروتوربین TRI60

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه زابل

3 دانشگاه امام حسین(ع)

چکیده

در توربین‌های پیشرفته امروزی، دمای پره‌های ردیف اول قسمت توربین که به آن قسمت داغ توربین گفته می‌شود، تا حدود 1000℃ افزایش می‌یابد. این پره‏‌ها باید مدت‏های طولانی کار کنند. از آنجایی که دلیل اصلی شکست قطعاتی که تحت دمای بالا و بارگذاری سیکلی کار می‏کنند پدیده خزش و خستگی می‏باشد، تخمین عمر دقیقی از این پره‌ها تحت اندرکنش خزش و خستگی ازلحاظ تئوری و عملی خیلی مهم است. مدل‌های متعددی جهت تخمین عمر قطعات دما بالا تحت اندرکنش خزش و خستگی وجود دارد. در این پروژه خزش و خستگی پره ردیف اول توربین موتور توربوفن مدل tri60مورد بررسی قرارگرفته است. جهت برآورد عمر خستگی و خزش توربین موتور ابتدا تحلیل انتقال حرارت پره و تنش حرارتی آن با نرم‌افزار Abaqus انجام‌شد، سپس با استفاده از الگوریتم‌ اسمیت-واتسون-تاپر در نرم‏افزار fe-safe برای بارگذاری‏های مختلف به تخمین عمر پره پرداخته شده است. از جمله این تحلیل‏ها، تحلیل خستگی بر اساس آنالیر مودال گذرا جهت بدست آوردن فرکانس‏های طبیعی مخرب می‏باشد. در نهایت با استفاده از روابط گودمن اصلاح شده، مارو و پارامتر لارسون میلر به ترتیب به اعتبارسنجی خستگی و خزشی پره پرداخته شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Fatigue and creep analysis of the first row of turbine blades of microturbine TRI60

نویسندگان [English]

  • ali soleimani 1
  • saeid shahraki 2
  • mahdi sherafati 3
  • hosein bisadi 1
2 uni
3 mm
چکیده [English]

In today's modern turbines, temperature of the first row of blades, which are said the hot zone of turbine, has been boosted up to1000℃. These blades should be work for long periods. Since the main reason of fraction the pieces which are being used at high temperature and cyclic load are fatigue and creep, estimating the precise life time of these pieces is vital, whether by numerical methods or experiments. There are a couple of models for estimating the life time of work piece in interaction of creep and fatigue. In this paper, the creep and fatigue of first line of Tri60 turbofan blades has been investigated. In order to estimating the creep and fatigue life of motor turbine, initially, the analyses of blades' thermal stress and heat transfer have been conducted by Abaqus software Afterwards, the life time of blades has been done by Smith-Watson-Taper algorithm in fe-safe software. Fatigue analyze based on transient modal analysis has been also studied which leads to deriving destructive natural frequency. Finally, by using corrected Godman equations, Maro and Larson Miler the validity of blades' fatigue and creep have been investigated respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Creep
  • Fatigue
  • turbine blade
  • TRI60 microturbine
  • fe-safe software
1-    

 [1]Salam, I., Tauqir, A., Khan, A., (2002), "Creep-fatigue failure of an aero engine turbine blades", Engineering Failure Analysis, 9  335-347.

[2] Chen, L., Liu, Y., Xie, L., (2007), "Power-exponent function model for low-cycle fatigue life prediction and its applications–Part II: Life prediction of turbine blades under creep–fatigue interaction", International journal of fatigue, 29  10-19.

[3] Kim, S.-g., Hwang, Y.-h., Kim, T.-g., Shu, C.-m., (2008), "Failure analysis of J85 Engine turbine blades", Engineering Failure Analysis, 15  394-400.

[4] Yan, X., Chen, X., Deng, Y., Sun, R., Lin, L., Nie, J., (2014), "Investigation on Material’s Fatigue Property Variation among Different Regions of DS Turbine Blades–Part A, Fatigue Tests on Full Scale Blades", Journal of Engineering for Gas Turbines and Power.

[5] Yan, X., Nie, J., (2008), "Creep-fatigue tests on full scale directionally solidified turbine blades", Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 130  044501.

[6] Chen, L.-j., Xie, L.-y., (2005), "Prediction of High-Temperature Low-Cycle Fatigue Life of Aeroengine's Turbine Blades at Low-Pressure Stage", JOURNAL-NORTHEASTERN UNIVERSITY NATURAL SCIENCE, 26  673.

[7]  Yang, L., Liu, Q., Zhou, Y., Mao, W., Lu, C., (2014), "Finite Element Simulation on Thermal Fatigue of a Turbine Blade with Thermal Barrier Coatings", Journal of Materials Science & Technology, 30  371-380.

[9] Wang, X., Xiao, P., (2004), "Residual stresses and constrained sintering of YSZ/Al< sub> 2 O< sub> 3 composite coatings", Acta materialia, 52  2591-2603.

[10]  International, A., (2002), "Atlas of Stress-strain Curves", ASM International.

[11] قاجار, ر.ا., پیمان, ص., کاکلر, ج.ع., (1390), "ارائه یک مدل کرنش پایه بهبود یافته برای محاسبه عمر خستگی چندمحوری فلزات", فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی مکانیک جامدات, سال چهارم / شماره اول.

[12] Mitchell, M.R., Landgraf, R.W., (1992), "Advances in Fatigue Lifetime Predictive Techniques", ASTM.

[13] Davis, J.R., (1997), "Heat-resistant materials", ASM International.

[14] Shibli, I.A., Holdsworth, S.R., Merckling, G., (2005), "Creep and Fracture in High Temperature Components: Design and Life Assessment Issues", DEStech Publications.

[15] "Fe-safe turbolife user manual, version 6.4".

[16] Stephens, R.I., Fatemi, A., Stephens, R.R., Fuchs, H.O., (2000), "Metal fatigue in engineering", John Wiley & Sons.