مقاله تحلیل خرابی و تعمیر دیسک کمپرسور توربین گازی تحت اثر آسیب فاجعه بار با بکارگیری تکنیک SEM وتحلیل CFD (سال 2012 اشپرینگر)

مقدمه

شرح حادثه و تحلیل خرابی

شرح حادثه

تحلیل خرابی

تعمیر

تحلیل جریان سیال

روش عددی

تحلیل جریان بین سه فاز آبشار کمپرسور محوری ساده

نتایج و بحث

نتيجه‌گيری‌

During a major overhaul of an 85 MW gas turbine unit in Iran-Rey power plant, 39 cracks were detected with different lengths and locations on the compressor disk of stage 11. All of the cracks initiated from the dovetail regions. Preliminary visual inspections and further microfractography using the scanning electron microscope demonstrated that the fretting fatigue phenomenon was the main cause of failure. Four repair methods were suggested to restart the unit. The first one was to remove all of the cracks from the disk by machining, or the so-called blending. The second, third, and fourth ways were to remove the entire rotor blades of stage 11, to remove the entire rotor and stator blades of the stage 11 simultaneously, and to remove those rotor blades of stage 11 corresponding to the damaged dovetails, respectively. Although the first way of solution was initially carried out on the damaged disk, the first author offered that restarting the unit with the blended disk is not reliable enough because of the presence of a large number of repair points on the disk. Using the numerical investigations based on the computational fluid dynamics, it was found that only the second suggestion (i.e., removing the entire rotor blades of the stage 11) might be applicable. Ultimately, the entire stage 11 rotor blades were removed from the blended disk, and the gas turbine unit was successfully restarted without encountering abnormal operation. Although the performed process resulted in approximately 20% output power loss compared with the unit’s power before the blades’ removal, the unit was quickly restored to be ready to restart, and the electric power could be generated during the period of peak consumption.

حین پیاده‌سازی اساسی یک واحد توربین گازی ۸۵ مگاواتی در نیروگاه ری ایران ۳۹ ترک با طول‌ها و در جاهای مختلف دیسک کمپرسور فاز ۱۱ شناسایی شد. همه ترک‌ها از مناطق کام و زبانه شروع شده بودند. بازرسی‌های بصری مقدماتی و میکروفراکتوگرافی ثانویه با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که پدیده خستگی سایشی علت اصلی خرابی بوده است. جهت راه‌اندازی مجدد واحد ۴ روش تعمیر پیشنهاد شد. اولین روش این بود که کلیه ترک‌ها با ماشین‌کاری، یا اصطلاحاً آمیخته‌سازی، از بین بروند. سه روش دیگر به ترتیب جداسازی کامل تیغه‌های گردنده فاز ۱۱، جداسازی همزمان کل تیغه‌های گردنده و استاتور فاز ۱۱، و جداسازی تیغه‌های گردنده کام و زبانه‌های آسیب‌دیدهٔ فاز ۱۱ بودند. گرچه اولین راه‌حل ابتدا روی دیسک آسیب‌دیده انجام شد، پیشنهاد اولین مولف این بود که راه‌اندازی مجدد واحد با دیسک آمیخته‌شده به سبب وجود نقاط تعمیر زیادی روی دیسک به قدر کافی مطمئن نیست. با بکارگیری تحقیقات عددی مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتی مشخص شد که تنها پیشنهاد دوم (یعنی جداسازی کل تیغه‌های گردنده فاز ۱۱) می‌تواند روشی کاربردی باشد.

نهایتاً، تیغه‌های گردنده کل فاز ۱۱ از دیسک‌ آمیخته‌شده جداسازیه شدند و واحد توربین گازی با موفقیت بدون اینکه عملکرد غیرعادی داشته باشد مجدد راه‌اندازی شد. هرچند فرآیند صورت‌گرفته تقریباً ۲۰٪ توان خروجی را نسبت به قبل از جداسازی تیغه‌ها کاهش داد، اما دستگاه سریعاً آمادهٔ راه‌اندازی شد و امکان تولید توان الکتریکی حین مدت اوج مصرف نیز وجود داشت.