بخشی از مقاله
چکیده
مباحث اقتصادي مراکز تولید بهره گیري کامل از توانمندي هاي موجود در آن مرکز را اجتناب ناپذیر ساخته است. توربین هاي گازي از جمله قطعات مهندسی با ارزش اقتصادي بالا و داراي عمر طراحی مشخصی می باشند اما بعضاً پس از گذشت زمان فوق امکان به کارگیري مجدد تجهیزات مربوطه وجود دارد. از سوي دیگر استفاده از قطعات حساس همچون روتور توربین گاز پس از طی عمر طراحی، می تواند منجر به سوانح جبران ناپذیر جانی و مالی شود. در این تحقیق عمر باقی مانده روتور توربین گاز 79 مگاواتی ساخت آلستوم در نیروگاه مشهد، با استفاده از روش
هاي غیر مخرب سختی سنجی و کپیبرداري از سطح موسوم به رپلیکا و تحلیل نتایج بدست آمده محاسبه شده است .
براي بدست آوردن تخمینی از عمر باقی مانده روتور فوق الذکر؛ از بررسی نتایج سختی سنجی و ریز ساختارهاي متالورژیکی حاصل از رپلیکا و مقایسه آنها از لحاظ وجود حفرات خزشی ایجاد شده، با جداول مرتبط کننده حالت حفره خزشی و عمر باقی مانده قطعه، استفاده شد. شایان ذکر است عدم نیاز به تهیه نمونه مخرب، صرفه اقتصادي قابل ملاحظه حاصل از بکارگیري مجدد و همچنین اطمینان از شرایط ایمنی بکارگیري بیشتر روتور از مزایاي عمده این روش می باشد.
مقدمه :
در سال 1387 مجموع ظرفیت نیروگاه هاي گازي کشور 18077 مگاوات بوده که نسبت به سال قبل %17.1 رشد داشته است لازم به توضیح است که در سال هاي اخیر به این نوع نیروگاه ها به لحاظ قیمت نازل تر، افزایش راندمان - با تبدیل آنها به چرخه ترکیبی - و امکان ساخت داخل براي بیشتر تجهیزات اصلی و جانبی، توجه خاصی مبذول شده است. ظرفیت نیروگاه هاي گازي34/1 درصد کل ظرفیت نیروگاه هاي ایران را تشکیل می دهند. - - 1
از آنجایی که برآورد عمر باقی مانده به جلو گیري از بروز تخریب و افزایش ایمنی و یا پیشبینی از کار افتادگی قطعات منجر می گردد - 2 - ، لذا شناسایی عوامل مختلف تخریب امري اساسی به شمار می آید. این عوامل از یک سو به خواص ماده بستگی دارد و از سوي دیگر به شرایط کارکرد قطعه باز می گردند. بنابراین براي تعیین عمر باقی مانده و یا در حقیقت برآورد عمر مفید هر قطعه می بایست پارامتر هاي متالورژیکی و مکانیکی مورد بررسی قرار گیرند که این امر توسط روش هاي آزمون غیر مخرب و مخرب و در اختیار داشتن اطلاعات لازم در مورد قطعه یا طول ترك، شرایط زیر ساخت، میزان خوردگی ، میزان تغییر شکل در طول زمان و ... صورت می پذیرد. - 5 - - 4 - - 3 -
مهمترین مکانیزم هاي تخریب قطعات توربین ؛ خزش، خستگی و خوردگی می باشد. شکل 1 و 2 به ترتیب توزیع عیوب ممکن در توربین گاز و محل وقوع عیوب بر روي روتور آن به عنوان یکی از مهمترین قسمت توربین گاز را نشان می دهد. - 8 - - 7 - - 6 - اولین مرحله خزش، مرحله اي است که کم شدن آهنگ خزشی را همراه داشته که در آن مقاومت مواد به خزش با کمک تغییر شکل در خود آن مواد زیاد می شود در مرحله دوم سرعت خزش تقریبا ثابت است که ناشی از تعادل بین مکانیزم هاي کار سختی و بازیابی می باشد. در مرحله سوم خزش ناشی از تشکیل حفره هاي داخلی بود و با درشت شدن ذرات رسوب همراه می باشد.
- 10 - - 9 - از جمله روش هاي مورد استفاده براي تخمین عمر روتورهاي نیروگاهی می توان به تخمین عمر به روش محاسباتی ، تخمین عمر بر اساس اندازه گیري کرنش حاصل از خزش، تخمین عمر بر اساس حفره هاي خزشی ، تخمین عمر بر اساس تغییرات کاربیدها و ریز ساختار و تخمین عمر بر اساس تغییرات سختی نام برد. در روش تخمین عمر بر اساس حفره هاي خزشی ، چهار مرحله در حفره دار شدن در نظر گرفته می شود که عبارتند از:
کلاس :A ایجاد حفره هاي منفرد
کلاس :B حفره هاي جهت دار شده
کلاس :C حفره هاي متصل شده و تشکیل میکروترکها کلاس :D ترك هاي ماکروسکوپی
در کلاس A هیچ نوع تعمیري مورد نیاز نیست. خسارت نوع B به بازرسی مجدد 1/5 تا 3 ساله، خسارت نوع C به تعمیر یا تعویض تا شش ماه پس از مشاهده و خسارت نوع D به تعمیر فوري و تعویض نیاز دارد. کلاس هاي رسوب کاربیدها و تغییر آنها، جهت تخمین عمر به شرح ذیل می باشد.
کلاس: 0 ساختارهاي نزدیک به شرایط اولیه وجود کاربیدهاي متداول M3C
کلاس :a تشکیل و رسوب فازهاي مرزدانه اي شامل:
-1 رسوب و رشد کاربید هاي M23C6 به همراه کاهش همزمان کاربیدهاي M3C
-2 افزایش رسوبات M23C6 و رسوب کاربید ها M6C با کاهش بیشتر میزان M3C
کلاس :b تشکیل رسوبات بیشتري از کاربیدهاي پایدار، افزایش نسبت کاربیدهاي M6C و M23C6 همچنین کلاس هاي ساختاري مورد استفاده جهت تخمین عمر به سه دسته تقسیم می شوند:
- کلاس :0 ساختاري نزدیک به شرایط اولیه
- کلاس :I کروي شدن و به هم پیوستن ذرات رسوب
- کلاس :II تخریب بسته هاي بینیت و ایجاد ساختار فریت- کاربید.
همچنین استحکام و سختی فولادهاي کم آلیاژ در حین بهره برداري وابسته به زمان و دماي کاري بوده و در طی سرویس تغییر می کند و می تواند جهت تخمین عمر کاري قطعه مورد استفاده قرار گیرد. با ارتباط دادن روابط حاوي میزان کرنش و میزان تغییرات سختی با پارامتر لارسون- میلر می توان بر اساس تغییرات سختی با گذشت زمان، تخمینی از عمر کاري قطعه به دست
آورد.
در این روابط p نشانگر پارامتر لارسون – میلر،T نشانگر دما بر حسب درجه کلوین، t نشانگر زمان بر حسب ساعت، t/tr نشانگر کسر عمر سپري شده و Hv و Hv0 به ترتیب نشانگر سختی قطعه پس از بهره برداري با گذشت زمان و سختی قطعه در ابتداي کار بر حسب ویکرز می باشد. - - 11 - - 7 . - 12 - در تحقیق حاضر از روش کپی برداري به منظور بدست آوردن اطلاعات مورد نیاز جهت تعیین کلاس خزشی و ساختار روتور، استفاده شد و سپس عمر باقی مانده روتور با استفاده از تفسیر اطلاعات به دست آمده از کپی برداري و سختی سنجی تخمین زده شد.
روش تحقیق:
با توجه به عدم مشاهده ترك سطحی و نشانه هاي خوردگی بر روي روتور بر روي مساله خزش به عنوان مکانیزم غالب تخریب تمرکز شد. جهت تخمین عمر باقی مانده روتور مذکور، روش غیر مخرب رپلیکا - کپی برداري از سطح - به کار گرفته شد. سطوح مناطق مورد بررسی ، توسط کاغذ سمباده و خمیر الماسه آماده سازي سطحی و پولیش گردید. سپس با استفاده از محلول نایتال %5 اچ شد تا مطالعات ریز ساختار - حفره زایی ، خزش و ... - و تعیین نوع فاز دوم بر روي رپلیکاي مورد نظر انجام گیرد. نواحی مورد بررسی از بین حساس ترین نقاط کاري در دسترس روتور شامل 6 رپلیکا از بخش هاي مختلف روتور می باشد که شماتیک نقاط مورد بررسی در شکل 5 آورده شده است.
