پدیده خستگی

بررسی اجمالی پدیده خستگی در توربین گاز

منظور از خرابی و شکست، عدم توانایی سازه برای انجام مأموریتی است که به آن سپرده شده‌است. به‌عنوان مثال، اگر طول پره‌های توربین در اثر کارکرد زیاد، از حد مجاز بلندتر شود و به پوسته برخورد کند، پره خراب‌شده و اصطلاحاً دچار شکست شده‌است. حتی اگر به ظاهر، در آن ترک ایجاد نشود و یا نشکند.

یکی از عوامل مهم شکست اجزاء توربین گاز (وین، بلید، دیسک و …)، پدیده خستگی است. خستگی در اثر بارگذاری و باربرداری مکرر ایجاد می‌شود. فرآیند بارگذاری و باربرداری، یک بار بیشینه و یک بار کمینه را ایجاد می‌کنند که به میانگین این دو مقدار، بار میانگین و به نصف اختلاف این دو مقدار، دامنه بار گفته می‌شود.

به‌طور کلی، پدیده خستگی به دو نوع تقسیم می‌شود: خستگی پرچرخه و خستگی کم‌چرخه. همان‌طور که از نام آن‌ها پیداست، این دسته‌بندی به تعداد دفعات بارگذاری و باربرداری به‌روی قطعه مرتبط است. این پدیده معمولاً با کلمه عمر عجین است. واحد سنجش عمر هر قطعه، چرخه است. به عنوان مثال اگر عمر خستگی دیسک یک توربین، ۲۰۰۰ چرخه اعلام شود؛ این بدان معناست که بعد از ۲۰۰۰ بار بارگذاری و باربرداری به روی آن، دیسک دیگر توانایی انجام ماموریت خود را ندارد یا حداقل نیازمند بازرسی برای تشخیص توانایی ادامه ماموریت است.

خستگی پره

شکل ۱ نمونه‌ای از آسیب در اثر خستگی

توربوماشین‌ها از اجزاء مختلفی تشکیل شده‌اند که هر کدام در شرایط کاری خاصی، وظیفه خود را انجام می‌دهند. به‌عنوان مثال، وین ردیف اول توربین، به‌طور مستقیم با گاز داغ خروجی از محفظه احتراق در تماس است، در حالی که بلید ردیف اول توربین، دمای کم‌تری را حس می‌کند و هم‌زمان در اثر چرخش، تحت بارهای گریز از مرکز نیز قرار دارد. با توجه به نوع بار وارد بر هر یک از اجزاء، معیار مناسب برای تخمین عمر خستگی آن قطعه تعیین می‌­شود. یک نوع بارگذاری و باربرداری در توربوماشین‌ها، فرآیند روشن و خاموش شدن آنهاست. وقتی توربین روشن می‌شود و به سرعت و دمای کاری خود می‌رسد، تحت بار بیشینه خود قرار دارد و وقتی خاموش می‌­شود، تحت بار کمینه خود قرار می‌گیرد. مقدار کمینه می­‌تواند صفر باشد و یا مقدار ناچیزی از پیش‌­تنش در اجزاء مختلف توربین باقی بماند. در این موارد، استفاده از معیار خستگی کم­‌چرخه پیشنهاد می‌­شود. مواردی که عمر خستگی آن‌­ها در محدوده ۱۰۰۰۰ چرخه است، در این دسته قرار می‌­گیرند. دامنه بار در این موارد بزرگ است و ممکن است سازه وارد محدوده پلاستیک شود. از طرفی خستگی پرچرخه در محدوده یک میلیون چرخه قرار می‌‌گیرد. به‌­عنوان مثال، نوسان ریشه پره در لبه دیسک، باعث کاهش عمر این ناحیه می­‌شود. دامنه بار در این نوع بارگذاری، کوچک است اما میانگین بار، عدد بزرگی است.

پدیده خستگی

شکل ۲ تخریب لبه یک دیسک در اثر خستگی ناشی از نوسانات ریشه پره

تجربه نشان می‌دهد که بیش از ۹۰ درصد از خرابی‌هایی که در سازه‌ها اتفاق می‌افتد، در اثر پدیده خستگی است. به‌همین دلیل، بررسی و شناخت بهتر این پدیده، از اهمیت بالایی برخوردار است که توضیح کامل آن در این مقاله نمی‌گنجد.

 

منبع:

Turbina Technical Team

1
دیدگاه بگذارید

avatar
1 دیدگاه‌ها
0 پاسخ‌ها
0 دنبال‌کننده‌
 
پربازدیدترین دیدگاه‌ها
داغ ترین دیدگاه‌ها
1 نویسندگان دیدگاه
کاوه نویسندگان دیدگاه‌‌های اخیر
  مشترک شدن  
جدیدترین قدیمی‌ترین بیشترین رای
اطلاع رسانی
کاوه
مهمان
کاوه

ممنون از مطالب خوب وآموزنده شما.