23163

ارزيابي خرابي ناشي از فرسايش ذرات جامد در پره هاي كمپرسور توربين هاي گاز

كارشناسي ارشد

طراحي جامدات

1396

1399/8/29

دكتر بيژن محمدي

مكانيك

خرابي پره¬هاي كمپرسور ناشي از فرسايش ذرات جامد، يكي از عوامل اصلي واماندگي بخش كمپرسور توربين¬هاي گاز مي¬باشد. ارزيابي آسيب ناشي از اين مكانيزم خرابي به پارامترهايي از جمله سرعت، اندازه و شكل ذرات و همچنين دماي محيط عملكردي توربين بستگي دارد. مطالعه حاضر به بررسي تجربي و عددي تاثير پارامترهاي مذكور در خرابي ناشي از فرسايش ذرات جامد پره¬هاي كمپرسور پرداخته و يك ارزيابي عمر از آن¬ها ارائه مي¬دهد. به منظور كاهش زمان محاسبات و هزينه، در مرحله اول، يك مدل بدون مش يا المان گسسته¬ي هيدروديناميك ذرات هموار (SPH) ارائه مي¬شود. اين مدل بر اساس معادلات ساختاري جانسون – كوك به محاسبه نرخ فرسايش آلياژ Ti-6Al-4V پرداخته و از طريق مقايسه با مقادير تجربي راستي¬آزمايي مي¬شود. آزمايش¬ها همگي بر روي ماده هدف Ti-6Al-4V با استفاده از دو مجموعه شن كروي و آلوميناي گوشه دار انجام مي¬پذيرد. سپس رويه¬اي به منظور پيش¬بيني نرخ فرسايش در سرعت و زاويه دلخواه براي يك بازه وسيع از سرعت و زاويه براي سطح اين آلياژ تحت برخورد ذرات كروي ارائه مي¬شود. همچنين با استفاده از نتايج شبيه¬سازي¬هاي از طريق روش¬هاي المان محدود و المان گسسته، معادله¬اي بر اساس سرعت و زاويه ذرات برخوردكننده به منظور محاسبه نرخ فرسايش در برخورد ذرات گوشه¬دار آلومينا ارائه خواهد شد. نتايج نشان مي¬دهد كه در برخورد ذرات گوشه دار، روش المان محدود در سرعت¬هاي برخوردي پايين، داراي دقت بيشتري مي¬باشد؛ درحالي¬كه در سرعت¬هاي بالاتر، روش المان گسسته نتايج بهتري ارائه نمود. در هر دو برخورد ذرات كروي و گوشه¬دار، بيشترين ميزان نرخ فرسايش براي آلياژ تيتانيوم گريد 5 در زاويه برخوردي 45 درجه ثبت گرديد. همچنين نتايج نشان داد كه رابطه بين نرخ فرسايش و سرعت ذرات برخوردكننده، يك رابطه از نوع تواني است كه مقدار توان آن براي آلياژ مدنظر در شرايط براي ذرات گوشه¬دار 5646/2 به دست آمد.

1399/11/20

Assessment of damage due to solid particle erosion in compressor blades of gas turbines

11/19/2020 12:00:00 AM

One of the main factors influencing the failure of compressor blade of gas turbines in power plants, petrochemical industry and aerospace engineering is the degradation of compressor blades due to solid particle erosion. Evaluation of the degradation is dependent on some parameters such as velocity, size and the shape of particles as well as the performance temperature. The particles are carried by a fluid and impact on solid targets inducing damage on different parts of the engine, specially the compressor blades. This study aims to analyze the effects of the mentioned parameters on degradation of the blades to assess their life. Therefore, to reduce the computational time and costs, first, a meshless or discrete element model, smoothed particle hydrodynamics, is presented to calculate the erosion rate of Ti-6Al-4V, and it is verified in comparison with experimental results. Afterwards, a surface is produced to predict erosion rate in arbitrary particle velocity and impact angle for spherical particles. Finally, an angle-based equation is proposed for different velocities to predict erosion rate in different angles for angular alumina particles.

فرسايش ذرات جامد , هيدروديناميك ذرات هموار , پره كمپرسور , توربين گاز , نرخ فرسايش

Solid particle erosion , smoothed particle hydrodynamics , compressor blades , gas turbine , erosion rate