Turbinas De Gas

Abstracto

El análisis de fallas de álabes de turbina de gas de aleación a base de níquel se llevó a cabo en dos secciones discretas:

• Análisis mecánico

• Análisis Metalúrgico

Usando un software de ANSYS Workbench 11.0 (sección avanzada CFD), un flujo de gas en estado estacionario.

El análisis se llevó a cabo, la presión, la distribución de la temperatura, los vectores de velocidad y la agiliza fueron delineadas. Entonces, mediante la asignación de estos resultados en la otra sección de la misma (Sección de simulación), se determinaron las tensiones equivalentes y la deformación total.

La investigación metalúrgica se llevó a cabo mediante examen visual, documentación fotográfica, ensayos no destructivos (NDT), la microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido (SEM), y espectroscopia de energía dispersiva (EDS). La superficie de las cuchillas está de diversos colores, que pudo haber representado la presencia de algunos óxidos metálicos, sodio, y azufre. Además, estas cuchillas sufrieron ambos tipos de corrosión y erosión. DPI pruebas mostró que había una grieta en ambos lados de una hoja de recubrimiento fallado.

Un análisis microestructural detallado de todos los elementos que tenían influencia en la iniciación de la falla se llevaron a cabo. A saber, se encontraron micro-cavidades en las superficies de fractura que sirvieron como un origen de un mecanismo de fallo se arrastra (el aspecto de las superficies de fractura en la fracasada hoja se asemeja a una fractura de hoyuelo similar); disminución de la ductilidad de la aleación y la resistencia debido a la precipitación de carburos en los límites de grano (formación de películas continuas y dispersas partículas de carburos), y la degradación de la aleación de phase (creciente irregular de partículas).

Se ha encontrado que las grietas en el revestimiento actúan como un iniciador para la grieta por fatiga térmica. La iniciación de sustrato intergranular y propagación de grietas eran debido a un mecanismo de fluencia. Además, debido a la operación a altas temperaturas, se observaron muchos gemelos de recocido en diferentes regiones.

Introducción

Los fallos de la hoja pueden ser causados por una serie de mecanismos bajo la turbina operativa en las condiciones de alta velocidad de rotación a temperaturas elevadas. En general, las fallas de la hoja pueden ser agrupadas en dos categorías: (a) la fatiga, tanto de altura (HCF) y la fatiga de bajo ciclo (LCF) [1-6], y (b) la ruptura de fluencia [6-8].

Las investigaciones sobre la evaluación de la termomecánica y el comportamiento de los materiales de álabes de turbina que se componen de superaleaciones de base Ni han ganado aumento del interés en los últimos años. Estas superaleaciones son el material estándar para las fases calientes de turbinas de gas, donde las paletas y las cuchillas están sometidas a altas tensiones mecánicas y ambientes agresivos [9-23]. En superaleaciones de base Ni, la presencia de cromo es esencial para asegurar la resistencia a la oxidación a alta temperatura, mientras que otros elementos de aleación son importante para garantizar la resistencia a alta temperatura, especialmente resistencia a la fluencia. Otros elementos, tales como el aluminio y el titanio, permiten la precipitación de la fase (Ni (Al, Ti)) 3 durante el tratamiento térmico, lo que refuerza la cara centrada matriz cúbica (fase) [24-27]. Otro tipo de fase también es muy importante para las propiedades mecánicas de las superaleaciones de base de níquel (carburos). Estas partículas están presentes en estas aleaciones, ya que es muy difícil de eliminar del carbono durante el refinado y porque el carbono es añadido con el propósito de carburos de formulario, que mejoran las propiedades de fluencia [24, 27].

El objetivo de este trabajo es evaluar las propiedades de fluencia-fatiga de la primera y segunda etapa hojas bajo uso de ciclado. Para identificar este, una investigación completa con metalúrgica y análisis mecánico se llevó a cabo.

Las cuchillas utilizadas en una turbina de gas fueron dañados durante el mantenimiento. El tiempo de servicio acumulada de las palas es más de 10 años. El material de la lámina se especifica como aleación IN738LC (Cr: 16; Co: 8,5; Ti: 3,4; Al: 3,4; Fe: 0,3; Mo: 1.75, W: 2.6, Ta: 1,7; Si: 0,1; equilibrio: Ni).

Las figuras 1 y 2 muestran el rotor y el estator de esta turbina, respectivamente. Los álabes de la primera etapa fueron gravemente dañados, mientras que las palas de la segundas etapa se mantuvieron relativamente conjunto.

Inspección Visual

Las características macroscópicas de las cuchillas fueron observadas por examen visual y documentación fotográfica. Estas inspecciones mostraron las diferentes regiones en la superficie de las hojas a los lados convexos y cóncavos.

Figura 1: La deformación de las láminas de rotor

Figura 2: Error paletas del estator

Como puede verse en la Figura 3, en las proximidades de la plataforma ambos lados de las cuchillas fueron ásperas y exhibió diversos colores, regiones marrones rojizos especialmente, verdoso, y la oscuridad.

El uso de difracción de rayos X (DRX) y fluorescencia de rayos X (XRF), han encontrado que estos colores representan la presencia de óxidos de hierro, 2 3 Cr O y NiO, así como Na y S [28-31].

La pérdida de materiales y espesores (que puede haber sido causado por la interacción de diferentes mecanismos tales como la corrosión en caliente, o la erosión y de fluencia o de fatiga [30]) se observó en la totalidad de las cuchillas. Además, la inspección de las pruebas de líquidos penetrantes (DPI) encontró que había una grieta en ambos lados de la hoja de fallo recubrimiento.

Procedimiento experimental

La composición química del material se determinó por espectroscopia de energía dispersiva (EDS). La microestructura de las cuchillas se observó por microscopía óptica y de barrido y microscopía electrónica de barrido (SEM). Para estas investigaciones, hemos preparado varias secciones transversales y longitudinales de las cuchillas. Estas muestras fueron pulidas por técnicas estándar y que fueron grabadas por la solución de 5 ml de CuSO 4, 50mlH O 2, y 50 ml de HCl.

Evaluación microestructural

Las Secciones metalografica fueron preparadas y examinadas inicialmente en un microscopio óptico y, posteriormente se evalúan en un microscopio electrónico de barrido equipado

...