بررسی رفتار ارتعاشی و شکست خستگی پره توربین گاز تحت اثر آسیب ناشی از برخورد جسم خارجی

آسیب مکانیکی ناشی از برخورد جسم خارجی (fod) باعث کاهش عمر خستگی پره توربین تحت کارکرد در شرایط تشدید می‌شود. در این مقاله نتایج بررسی‌های انجام شده به منظور تعیین علل شکست پره ردیف اول کمپرسور یک نمونه توربین گاز صنعتی مورد استفاده در شرکت نفت فلات قاره ارائه شده است. در ابتدا تصاویر بازرسی چشمی و بوروسکوپی مورد بررسی قرار می گیرد که وجود شن و سنگ ریزه در توربین و مشاهده حفره روی لبه حمله پره‌های مجاور پره شکسته شده گویای پدیده برخورد جسم خارجی می‌باشد. از بررسی مقطع شکست پره، آثار خستگی و رشد ترک نمایان است. در ادامه تحلیل اجزاء محدود تنش و ارتعاشات با در نظر گرفتن اثرات fod انجام می شود. به منظور راستی آزمایی مدل اجزاء محدود، آزمون مودال در حالت آزاد انجام می‌شود. در نهایت نمودار کمپل استخراج و فرکانس‌های طبیعی و تنش‌های دینامیکی بحرانی به دست می‌آیند. نتایج نشان می‌دهد که محل تمرکز تنش دینامیکی مود پنجم پره همخوانی زیادی با محل رشد ترک و شکست پره دارد.

investigating the vibration behavior and fatigue failure of the gas turbine blade under the effect of damage caused by the foreign object damage (fod)

mechanical damage caused by foreign object damage (fod) reduces the fatigue life of the turbine blade under resonance conditions. in this article, the results of the investigations carried out in order to determine the causes of the failure of the first row compressor blade of an industrial gas turbine sample used in continental plateau oil company are presented. at first, the images of visual inspection and borescope were examined, and the presence of sand and dust in the turbine and the observation of a hole on theleading edge of the blades adjacent to the broken blade indicate the phenomenon of foreign object damage. from the examination ofthe blade fracture section, the effects of fatigue and crack growth were revealed. next, the finite element analysis of stress andvibrations was done considering the effects of fod. in order to verify the finite element model, the modal test was performed infree-free. finally, the campbell diagram was extracted and the natural frequencies and critical dynamic stresses were obtained. thelocation of the dynamic stress concentration of the fifth mode of the blade was very consistent with the location of crack growth andblade failure.