بخشی از مقاله
چکیده
از آنجائیکه راندمان ژنراتور شدیداً متأثر از افزایش دما میباشد، یک سیستم خنککاري براي کنترل دماي ژنراتورها استفاده میشود. در توربین هاي گازي که با هوا خنک میشوند، استفاده از فن هایی که در دو سمت انتهایی روتور نصب می شوند یک روش معمول میباشد. پنج مورد شکست پرههاي 19 درجه فن ژنراتور در یک نوع توربین گاز، در حین بهرهبرداري اتفاق افتاده است که بررسی و تحلیل شکست پره ها از دیدگاههاي مختلفی با عناوین زیر انجام شدهاست :
• بررسی متالوژیکی و ساختاري قطعات آسیبدیده
• بررسی سطوح شکست با SEM
• تحلیل اجزاء محدود CFD
• آنالیز ارتعاشی پره Modal Analysis
• نتیجهگیري نهایی نشان میدهد که پرهها در حالت تشدید و شرایط خستگی و رشد تركهاي احتمالی دچار شکست میگردند.
1. مقدمه
ژنراتور آخرین حلقه از زنجیرة ماشینآلات در یک مرکز تولید برق است. دقت در حفاظت و جلوگیري از بروز هرگونه مشکل در این قسمت، از اهمیت بسزایی برخوردار میباشد. براي نگهداري بهتر و افزایش کارآیی ژنراتور، استفاده از یک سیستم خنککننده براي دفع حرارت تولید شده در شینهها و مدارهاي الکتریکی ژنراتور ضروریست. یکی از روشهاي معمول استفاده از فن هاي محوري است. شکل ظاهري پره فن 19 درجه در شکل 1 نشان داده شده است.
نمایی از پره فن
هواي خنککن در یک سیکل بسته چرخش میکند، بدین ترتیب که هوا پس از عبور از داخل روتور گرم شده، از تحلیل شکست پرههاي فن خنککن ژنراتور نیروگاه منتظرقائم قسمت بالاي ژنراتور خارج میشود و با عبور از یک کولر، با جریان آب خنک میشود. هوا پس از سرد شدن، مجدداً از طرفین به سمت روتور هدایت میشود و توسط فنهایی که روي حلقه نگهدارنده ژنراتور - Retaining Ring - نصب شدهاند، به طرفین روتور دمیده میشود.
هر فن از 11 پره تشکیل شده است که با 11 قطعه فاصله دهنده از هم جدا میشوند. در شکل 2 نماي کلی ژنراتور و چرخه هوا را نشان داده شده است.[1] لازم به توضیح است که شرکت سازنده پرهها پس از مشاهده حوادث شکست روي پرههاي 19درجه نصب شده، پیشنهاد تعویض این پرهها را با پرههاي 14درجه داد. براي بررسی دقیقتر در این مقاله به آنالیز هر دو پره
19درجه و 14 درجه پرداخته شده و در پایان مقایسه و نتیجهگیري نهایی صورت خواهد پذیرفت.
.2 بررسی آماري
از دیدگاه آماري تمامی این شکستها پس از اولین راهاندازي و یا در ساعات اولیه بهرهبرداري پس از تعمیرات، اتفاق افتادهاست یعنی در 60 ساعت اولیه بهرهبرداري و هیچ شکستی پس از 100 ساعت بهرهبرداري واقع نشده است که این امر نشان میدهد چگونگی بستن پرهها در شکست آنها مؤثر بوده است.
بررسی جنس و ریز ساختار
نتایج بدست آمده از آزمایش کوانتومتري انجام شده بر روي پره نشان می دهد که جنس پره آلیاژ آلومینیوم 2024 میباشد]جدول .[1 همچنین نتایج آزمایش متالوگرافی بر روي پره نشان داد که پره ها به روش ریخته گري در قالب هاي فلزي دایکاست - Die cast - تولید نشده اند، بلکه براي ساخت پره ها از عملیات ریخته گري، نوردکاري، تراشکاري و نهایتاً صیقل کاري - - Polishing سطح پره ها استفاده شده است.کریستالهاي جهت دار در امتداد طول پره مؤید این روش تولید است. عملیات حرارتی بکار رفته در این پره از نوع عملیات حرارتی T351 می باشد.
.3 بررسی خصوصیات مکانیکی
خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیوم 2024 در جدول 2 ارائه شده است.[5] مقادیر تنش هاي دینامیکی که در 3000 rpm در پره اندازه گیري شده است به شرح جدول 3 است.[2] مقایسه مقادیر این تنش ها با مقادیر تنش حدي ارائه شده در جدول 2 نشان می دهد که تنش هاي اعمال شده به پره بسیار کمتر از این حدود بوده و بنابراین امکان شکست پره در شرایط بهره برداري عادي وجود ندارد.
.4 بررسی سطوح شکست با SEM
یکی از بهترین روشهاي شناخت علت شکست بررسی کیفیت سطوح شکست با میکروسکوپهاي الکترونی - Scanning - Electron Microscope–SEM است. با میکروسکوپ SEM تصویر برداري از مقاطع شکست و همچنین آنالیز کمی و کیفی سطوح ممکن می شود. با توجه به اینکه احتمال شکست پره ها در اثر برخورد جسم خارجی و یا شکست در اثر اعمال بارهاي تناوبی و بروز خستگی وجود داشت، دو حالت از شکست، شکست در اثر خستگی و شکست در اثر برخورد جسم خارجی - شکست لحظه اي - مورد تحلیل قرار گرفت.لازم به ذکر است که مهمترین نشانه سطح شکست ایجاد شده در اثر خستگی، وجود دایره هاي متحد المرکزي هستند که مرکز آنها نقطه شروع ترك - crack initiation - میباشد.
با توجه به اینکه آلیاژ مورد بررسی، مورد سخت کاري رسوبی - precipitation hardening - قرار گرفته است، این ذرات رسوب موجب ناپیوستگی در خطوط خستگی شده اند و بنابراین خطوط خستگی بصورت تقریباً موازي ولی گسسته دیده می شوند. نمونهاي از خطوط ایجاد شده در سطح پره در شکل 3 مشاهده می شود. البته ممکن است فرو رفتن اجسام خارجی در سطح بیرونی پره نیز موجب تمرکز تنش شده و شروع ترك را تسهیل نمایند.
به منظور بررسی سطحی که در اثر برخورد شیئی خارجی و شکست ناگهانی ایجاد می شود نمونه اي به ابعاد 10×10×50 mm از جنس پره تهیه شده و پس از بستن یک طرف آن به گیره، با یک ضربه چکش شکسته شده است. تا سطح شکست آن با سطح شکست پره در حین بهره برداري مورد مقایسه قرار گیرد. کیفیت این سطح شکست بسیار متفاوت از سطح شکست پره بوده و از ویژگی هاي این سطح، حفره دار بودن آن با لبه هاي تیز می باشد - Dimple - Rupture که این ویژگی بدلیل شبکه FCC و قابلیت تغییر فرم لغزشی زیاد آلومینیوم می باشد]شکل.[4
