להבים טורבינות בטמפרטורה גבוהה הם בין הרכיבים הטעימים ביותר מבחינה מכנית בהנדסה המודרנית.מצא במנועי סילון, טורבינות גז ותחנות כוח תעשייתיות, להבים אלה חייבים לעמוד במהירויות קיצוניות של סיבוב, גזים ממצה קורוזיטיבית, וטמפרטורות לעתים קרובות מעל 1,200 מעלות צלזיוס (2,200F) בתנאים כאלה, אפילו העליות המתקדמות ביותר מידרדרות בהדרגה לאורך זמן באמצעות תהליך ידוע כי לא ניתן להגדיל את הגורמים לכשלים בשלב זה, כלומר, כלומר, כלומר, עלולים בשלב זה, לא ניתן לאכזבים מתקדמים, כלומר, כלומר, כלומר, עלולים, כלומר, כלומר, עלולים לאכזבים, אם גורמים מתקדמים יותר ממריצים את הגורמים לכשלים, כלומר, כלומר, אם הם עלולים, עלולים, כלומר, עלולים, אם הם עלולים לגרום נזקי כוח הרסניים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, לכשלים לכשלים, כלומר, כלומר, כלומר, אם כי הם עלולים, בכשלים, לאחר מכן, לכשלים, לאחר מכן, לאחר מכן, כלומר, כלומר, לאחר מכן, לאחר מכן, כלומר, לאחר מכן, לאחר מכן, כלומר, אם הם עלולים לכשלים,

The Phenomenon of Creep in Turbine Blades

Creep הוא הזמן תלוי, עיוות קבוע של חומר נתון ללחץ קבוע בטמפרטורות גבוהות.ב מוצקות גבישיות כמו superalloys מבוסס ניקל בשימוש להבים טורבינות, מצמרר מתרחש כאשר אטומים ו dislocations הופכים ניידים מספיק כדי לארגן מחדש את הליטקטי תחת עומס מתמשך. בניגוד שברים או עייפות, מפגין כמו אט, פרוגרסיבי או מתפתל של הלהב אווירי, בסופו של דבר מופחת לכדי אובדן רטימי, ובסופו של דבר מופחת, הפחתת יעילות ruptured, ובסופו של דבר, ובסופו של דבר, הפחתת ruptured, ולהפחית את הפחתת ruptured, ובסופו של דבר, הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת יעילות ruptured, ועייפות, ועייפות, ובסופו של דבר, ובסופו של דבר, ובסופו של דבר, ובסופו של דבר, הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת השבר או עייפות, ובסופו של דבר, הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת

התנהגות הגילוח מתוארת בדרך כלל בשלושה שלבים נפרדים:

  • (ב) שיעור הזנים הוא קודם כל גבוה, אך יורד ככל שהחומרים החומריים וההתקוממויות הופכים להיות מלוטשים.
  • (בפרק הבא:0) ,2ary Creep (Stage II): ⁇ F1) מצב יציב מגיע למקום בו שיעור הזנים הוא כמעט קבוע. Dislocation Generation and annihilation מאוזן, והשלב הזה מייצג לעתים קרובות את רוב חיי המצטפים של הלהב.
  • (ב) ⁇ :0) ,Tertiary Creep (Stage III:03): 1:1 שיעור המתח מאיץ כמיקרו-חלבונים ומיקרו-קracks צורה בגבולות דגנים.

מעצבים שואפים לשמור על להבים טורבינות הפועלות בתוך מצמרר משני למשך זמן רב ככל האפשר, באמצעות מודלים לחיזוי חיים המהווים טמפרטורה, מתח, ומיקרו-מבנה חומרי.

מכניזם ראשוני של כישלון רפיפ

Creep בסגסוגת של להב טורבינות נשלט על ידי כמה מנגנונים מיקרוסקופיים הפועלים בו זמנית או באופן משמעותי.שלושת החשובים ביותר הם טיפוס פירוק, מצמרר דיפוזיה, וחילוץ גבול דגנים.כל אחד תורם לעיוות הכולל ולכישלון של הלהב.

« OUTING

חסרונות הם פגמים ליניאריים בטמפרטורת הגביש.בטמפרטורת החדר, פירוק בדרך כלל לעבור על ידי גלידות לאורך מטוסים חלקלק.עם זאת, בטמפרטורות גבוהות (מעל בערך 0.4 עד 0.5 פעמים נקודת ההיתוך ב Kelvin), dislocations להשיג את היכולת לטפס - כלומר, לעבור perpendicular כדי לרסק את המטוס שלהם על ידי סופג או פולט vacancies.זה מאפשר תהליך זה מאפשר פיזור כזה על ידי מכשולים כגון מכשולים דלקת מפרקים מתמשכת.

שיעור הפיזור הוא רגיש מאוד לטמפרטורה ולריכוז של vacancies. in ניקל מבוסס Superalloys, נוכחות של coherentFLT:0 ⁇ FLT:1 (הראשונים של gamma) precipitates - Ni3(Al,Ti) - resects חייב לחתוך או לטפס סביב חלקיקים אלה לאורך זמן, עם זאת, מחלישה מחדש (Occersen) ו-retinerated אפקט מזייף) - מגביר את הבשלה.

« « « TERRE

בטמפרטורות גבוהות מאוד ומתח נמוך יחסית, מצמרר דיפוזיה הופך משמעותי.כאן, אטומים מתפוגג דרך הליטייק קריסטל (Nabarro-Herring Cra) או לאורך גבולות דגנים (Coble Cra) בתגובה ללחץ יישומי.תחת לחץ רביר, אטומים נודדים מפרצופים תחת דחיסה לפרצופים תחת מתח, מה שגורם לדגנים לנוע בכיוון של דגנים גדולים יותר, ולכן הם לעתים קרובות להפחית את גודל זה.

מצמררת Diffusional תורמת לשקע הגבול של דגנים: vacanciessce על גבולות דגנים למתח הפורש, ויוצרת חללים זעירים שגדלים לתוך microcracks. אלה חללים מחלישים את החומר ומזרזים את המצטפת הtertiary.

גרלין ברוקר סלידינג

בטמפרטורות גבוהות, גבולות דגנים מתנהגים כמו שכבות של צמתים.תחת מתח כבד, גרגרי דגנים סמוכים יכולים להחליק אחד לשני. Grain גבול סליידינג בולט ביותר כאשר הגבולות מוכוונים בערך 45 מעלות אל ציר Tenile מוחל. זה מרכז מתח בצומת משולש ועל חלקיקים ממוקמים בגבול, קידום קצבה cavity. in polycrystalsline, ⁇ s סגסוגת גרגרים יכול לחזק בקפידה את הגבולות.

כדי להפחית את הגבול דגנים, מעצבי ⁇ להוסיף אלמנטים כגון בורון, zirconium, ופחמן כדי ליצור borides ו carbides לאורך הגבולות. חלקיקים אלה למקם את הגבולות ו לעכב תנועה יחסית.בנוסף, טכניקות ייצוב כיוון להניב גרגרי עמודה תואמים עם ציר הלהב: היעדר של גבולות דגנים מתמשכים להפחית באופן דרמטי את הנפיחות.

גורמים שגורמים לכשל

כשל קרמיקה קריפ אינה רק פונקציה של טמפרטורה ולחץ. גורמים נוספים מסוימים יכולים להפחית באופן דרמטי את הזמן לקרוע בתנאים של שירות.

  • (FLT:0) טיולי Temperature:FLT:1 אפילו קצר אירועים בטמפרטורה (למשל, במהלך ההמראה או גלי חשמל) יכול להאיץ את ההידרדרות המיקרו-מבנהית, מה שגורם לטרפדים לקרוס במהירות ו חד-חמצנים כדי להגיע לסקאלה.
  • (ב) ⁇ :0) , ⁇ ⁇ : ⁇ 1 (ב) ,המשכת על אופניים תרמיים חוזרת מציגה עייפות תרמית אינטראקציה עם זחילה, מייצרת סדקים פריצה.
  • (FLT:0) אוקסידציה וקורוזיון: ⁇ FLT:1 oxidation עתירי רוח גבוהה צורכת משטח ⁇ ויכולה לרוקן אלמנטים כגון אלומיניום וכרום. קורוזיה חמה מלוחים ממטרנים עוד יותר פוגעת שכבת תחמוצת מגן.
  • (FLT:0)Stress המדינה רב-חשיבות: FIRLT:1 ; להבים טורביין חווים מצבי מתח מורכבים - מתח מוגזם, התכווצות, רטט - אשר יכול להאיץ את ה cavitation בהשוואה לבדיקות פשוטות של המצטפים לא-הקסיליים.
  • (ב) [15] ,9) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

חומרים מתקדמים ואסטרטגיות עיצוב למייגייט Creep

להבים טורבינות מודרניים להשיג התנגדות יוצאת דופן דרך שילוב של מדע חומרי ועיצוב חדשני.

Superalloys מבוסס ניקל

(ב) , רנה 88, ו- CMSX-4, הם מחזיקים בחוזק של יותר מ-80% מנקודות ההריסה שלהם (FLT:0TreaFLT 1FLT:2mFLT 3 ⁇ ) הודות לפיזור צפוף של חומרים מטבוליים (Fentphi) ו- 4.

טכנולוגיה בודדת

חיסול גבולות דגנים לחלוטין באמצעות ליהוק יחיד-קריסטל (למשל, באמצעות גביש זרע וסלק גרגר ספירלי) מסיר את הנתיבים עבור גבול דגנים צובע ומצמרון דיפוזיה.היום, כמעט כל להבים טורבינות בלחץ גבוה במנועי סילון מודרניים הם קו-קריסטלי אחד, לעתים קרובות עם מעברים קירור מורכבים מוטלים.

Thermal Barrier Coatings (TBCs)

TBC, בדרך כלל ytria-stabilized zirconia (YSZ), החל על פני הלהב להפחית את טמפרטורת המתכת על ידי 100-200 מעלות צלזיוס, להפחית באופן דרמטי את שיעור ה-Fretch. מערכת הציפוי כוללת גם מעיל אג"ח (למשל, NiCoCrAlY) ושכבה תחמוצת מבוגר תרמי המספקת עמידות קורטוזית.

קול פנימי

מורכב מעברים פנימיים אוויריים - שעוצב באמצעות דינמיקת נוזל חישובית - לגרד את המתכת הלהב בטמפרטורות קיימא. קומפרסופרס מדמם אוויר מודרך דרך ערוצי נחשין וזרק דרך חורים סרטניים על פני פני הלהב.התקדמות בייצור תוספת עכשיו לאפשר ערוצים קירור באמת תואמים כי לעקוב אחר הגיאומטריה, צמצום ⁇ תרמיים ומתחים.

בדיקות וחיים של קריפ ב Blades

כדי להבטיח בטיחות, להבים טורבינות לעבור בדיקות מצמררות קפדניות ומודלים. אנליטיקות סטיות על דגימות נציג לספק עקומות בסיס על טמפרטורות שונות ולחצים.מבחנים מתקדמים יותר כוללים בדיקות thermomechanical עייפות (TMF) המשלבות חירש ורכיבה תרמית.בדיקות סימולציה שירות מואצות לרוץ להבים בלחץ גבוה וטמפרטורה כדי ליצור נתונים בזמנים קצרים יותר.

מודלים של חיזוי חיים, כגון פרמטר לארסון-מילר, מערכת היחסים בין הנזירים לGrant, ומכניקת הנזק הרצף, להמיר נתוני מעבדה לתוך הערכות החיים בשטח. שיטות פרוביביליסטיות מהוות אחריות חומרית ומקריות שירות. Nondestructive Assessmentטכניקות - כולל X-ray coputed tomography, ed Current, ו-Colle-retex - משמשים לגילוי מוקדם של cavitation ונזקים במהלך גילוח.

פרספקטיבה

כשל ב להב טורבינות עתירה גבוהה הוא תופעה מורכבת, רב-מכניקה המונעת על ידי טיפוס פירוק, זרימה דיפוזיה, וגבול דגנים מחלחלים.הבנת מנגנונים אלה מאפשרת למהנדסים לעצב ⁇ , ציפויים וארכיטקטורה קירור כי מעכבים חיים מצמרר ומרחיבים את חיי הרכיב.ה כלפי טורבינות גבוהה יותר בטמפרטורות - שיפור יעילות ופליטות נמוכות יותר - ביקוש מתמשך בחדשנות מתמשכת בחדשנות מתקדמת וחיזוי חומרים מדעיים, וחיזוי יעיל, על ידי מודלים יציבים של כוח.

לקריאה נוספת, מתייחס ל-FLT:0.ASM International's Handbooks on Craab in SuperalloysofFLT:1 and the FLT:2NASA דוחות טכניים על חומרי להב טורבינות FLT 3: 3 מנגנונים מפורטים נוספים מכוסים בדף הנושא FLT:4 מדע ראשי על מצמררת מתכות:5A