ارزیابی و تشخیص ریسک سلامت تیغه های توربین گازی از طریق روش های شبیه سازی و آماری
چکیده
در این مقاله راجع به روش‌های الگوریتمی ارزیابی ریسک خرابی، تشخیص ناهنجاری و پیش‌‌آگاهی طول عمر تیغه توربین گازی بحث خواهد شد. مدلسازی فاصله آزاد تیغه و شبیه‌سازی مونت کارلو با درنظرگیری اثرات خزش، ارتعاش و سایر اثرات میرایی دو توزیع احتمالاتی را با داده‌های فاصله آزاد لبه تیغه حاصل می‌کند. ریسک خرابی را می‌توان حین استفاده در طول عمر تیغه با توجه به حدود رواداری لبه تیغه بدست آورد. عملیات آماری با درنظرگیری رتبه‌بندی درصدی میانگین نمونه آماری و تحلیل رگرسیون داده‌های فاصله آزاد لبه تیغه جهت تشخیص ناهنجاری و تحلیل طول عمر استفاده نیز به ترتیب مورد بحث قرار می‌گیرند.
1) مقدمه
با فزونی نیروی موردنیاز و پیشرفت فناوری توربین‌های گازی، بازار نیرو در سراسر جهان بسیار رقابتی شده است. حفظ راندمان بالا، هزینه پائین چرخه عمر و قابلیت اطمینان بالای سیستم‌های توربین گازی مرزها و چالش‌های اجرایی اصلی‌‌اند که برای فعالیت‌های تحقیق و توسعه آینده تعیین شده‌اند. این فعالیت‌ها در صنایع هوافضا از اهمیت خاصی برخوردارند، کما که ناسا پیش‌بینی کرده است که متوسط تعداد مسافران برون‌مرزی روزی به ۶ میلیون خواهد رسید (۱) و ۵۰۰ تا ۱۵۰۰ پرواز تجاری مافوق‌صوت نسل دوم موردنیاز جوابگوی تقاضا خواهد بود. از میان سایر نواحی توربین گازی مدرن، ناحیه مقطع گرم و قطعات (مانند تیغه، پره، محفظه احتراق و غیره) که حین کار در معرض بالاترین دما قرار می‌گیرند به توجه خاصی نسبت به سه معیار فوق‌الذکر نیاز دارند. تیغه‌های توربین گازی در حالت کلی در معرض دماهایی تا ۱۴۰۰ درجه در ورودی و فشار ۴۰ بار قرار می‌گیرند و دستخوش آسیب متالورژیکی شدیدی می‌شوند که اغلب طول عمر تعیین‌شده‌شان را محدود می‌کند. تیغه‌ها نیز در معرض خزش، ناپایداری ریزساختاری و شکنندگی، اکسیداسیون، خستگی ناشی از حرارت، خوردگی گرم، ارتعاش، خرابی ناشی از ورود مواد خارجی و غیره قرار می‌گیرند (۲،۳). با این حال، فرآیندی که نهایتاً سلامت و طول عمر کلی تیغه را تعیین می‌کند به فاکتورهای بسیاری بستگی دارد. تیغه در معرض نیروهای گریز از مرکز ناشی از سرعت دوران بالا، تنش‌های خمشی به واسطة جریان گاز سیار در زمان وجود اتمسفری با اکسیدکنندگی بالا در دماهای بالا و تنش‌های حرارتی ناشی از گرادیان دما قرار دارد. برای ساخت تیغه‌ها از ابرآلیاژهای پایه نیکلی که مقاومت بهتری در دماهای بالا و مقاومت بالایی در برابر خوردگی و اکسیداسیون دارند استفاده می‌شود (۴).
Abstract
Algorithmic approaches for failure risk assessment, anomaly detection and life prognosis of gas turbine blade are discussed. Modeling of blade tip clearance and Monte Carlo simulation considering creep, vibration and other damaging effects lead to two probabilistic distributions with blade tip clearance data. Failure risk can be determined during blade life usage based on blade tip tolerance limits. Statistical treatments considering percentile ranking of sample mean and regression analysis of blade tip clearance data for anomaly detection and usage life analysis respectively are also discussed.
I. INTRODUCTION
With increase in demand for power and technological advancement of gas turbines, the power market all over the world has become highly competitive. Maintaining high efficiency, low life cycle cost and high reliability of the gas turbine systems are the key practical boundaries and challenges set for all future R & D activities. These are especially significant and relevant to aerospace industries as NASA has predicted an average number of overseas passengers to reach six millions a day [1] and a requirement of 500 to 1500 second generation supersonic commercial flights to meet the demand. Among other areas of modern gas turbine, hot section region and parts (like blade, vane, combustor etc.) exposed to highest temperatures during operation demand special attention with regards to three criteria as stated above. Gas turbine blades are in general exposed up to 1400°C at inlet and 40 bars pressures and undergo severe metallurgical damages, often limiting their designed lives. The blades undergo creep, microstructural instability and embrittlement, oxidation, thermal fatigue, hot corrosion, vibration, foreign object damages etc. [2, 3]. However, the process which finally controls the blade health and overall life will depend on a large number of factors. The blades are subjected to centrifugal forces due to high rotational speed, bending stresses by the moving gas stream in the presence of highly oxidizing atmosphere at high temperature and thermal stresses because of temperature gradient. Nickel base superalloys superior in high temperature strength and combined with corrosion and oxidation resistance are used as the blade material [4].
چکیده
مقدمه
فاصله آزاد لبه تیغه
ارزیابی ریسک خرابی
تحلیل خرابی از طریق عملیات آماری
تشخیص ناهنجاری برحسب رتبه‌بندی درصدی
پیش‌اگاهی برای طول عمر باقیمانده
خلاصه
Abstract
INTRODUCTION
BLADE TIP CLEARANCE
FAILURE RISK ASSESSMENT
FAILURE ANALYSIS BY STATISTICAL TREATMENTS
Anomaly detection by percentile ranking
Prognosis for remaining life
SUMMARY
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه