برآورد ریسک سلامت و خرابی تیغه های توربین گاز با روش آماری و شبیه سازی
12,000 تومانشناسه فایل: 8320
چکیده
رویکرد الگوریتمی ارزیابی ریسک خرابی، تشخیص ناهنجاری و پیش بینی طول عمر تیغه توربین گاز مورد بحث قرار گرفته است. مدلسازی فاصله آزاد تیغه و شبیه سازی مونت کارلو با توجه به اثرات خزش، ارتعاش و سایر اثرات میرایی دو توزیع احتمالاتی را با داده های فاصله آزاد لبه تیغه حاصل می کند. ریسک خرابی را می توان حین استفاده در طول عمر تیغه با توجه به حدود تحمل لبه تیغه تعیین کرد. عملیات آماری با در نظر گرفتن رتبه بندی درصدی میانگین نمونه آماری و تحلیل رگرسیون داده های فاصله آزاد لبه تیغه برای تشخیص ناهنجاری و تحلیل طول عمر استفاده نیز مورد بحث قرار گرفته است.
مقدمه مقاله
با فزونی نیروی مورد نیاز و پیشرفت فناوری توربین‌های گازی، بازار نیرو در سراسر جهان بسیار رقابتی شده است. حفظ راندمان بالا، هزینه پایین 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 واسطه جریان گاز سیار در زمان وجود اتمسفری با اکسید کنندگی بالا در دماهای بالا و تنش‌های حرارتی ناشی از گرادیان دما قرار دارد. برای ساخت تیغه‌ها از ابر آلیاژهای پایه نیکلی که مقاومت بهتری در دماهای بالا و مقاومت بالایی در برابر خوردگی و اکسیداسیون دارند استفاده می‌شود (۴).
با این حال، جدا از طراحی و مواد اولیه بهتری که برای تیغه‌های توربین گازی استفاده می‌کنند، مانیتورینگ سلامت تیغه و تعمیرات و نگهداری آن برای حصول راندمان بالای موتور، ایمنی و قابلیت اطمینان در کار بسیار حیاتی است. فاصله آزاد لبه تیغه (BTC) که معرف فاصله بین لبه تیغه‌ها و محفظه است پارامتری حیاتی محسوب می‌شود که طراحان و مدیران تعمیرات و نگهداری قطعات به آن توجه دارند (۳، ۵-۷). این مقاله سعی می‌کند از این پارامتر برای پرداختن به دو جنبه زیر به منظور ارزیابی سلامت تیغه و پیش‌بینی‌های کاربرد آتی آن بهره گیرد:
- ارزیابی ریسک خرابی تیغه از روش شبیه‌سازی مونت کارلوی داده‌های عملیاتی، تشخیص نقص در تیغه با تشخیص و پیش آگاهی ناهنجاری در تیغه توربین از طریق عملیات آماری
- همچنین، این مقاله رویکرد الگوریتمی داده های مورد استفاده و معیار متفاوتی که جهت تحقق اهداف فوق انتخاب می‌شود را دنبال می کند.
این مقاله همچنین رویکرد الگوریتمی را دنبال می کند که باید مورد استفاده قرار گیرد و معیارهای مختلفی در دستیابی به اهداف فوق به کار برده شود.
ABSTRACT Health risk assessment and prognosis of gas turbine blades by simulation and statistical methods
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.
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].
However, apart from the superior design and construction material used for gas turbine blades, blade health monitoring and maintenance are very vital for achieving high engine efficiency, safety and reliability in operation. Blade tip clearance (BTC) defining the gap between the tip of blades and the casing is a vital parameter considered by the designers and maintenance managers [3, 5-7]. This paper attempts to make use of this parameter to address the following two aspects for blade health assessment and future usage predictions:
- i) Blade failure risk assessment by Monte Carlo simulation of operational data,
- ii) Fault diagnosis in blade by anomaly detection and prognosis in turbine blade by statistical treatments.
The paper also presents an algorithmic approach to be followed, data to be used and different criterion to be adopted in achieving the above goals.
- مقاله درمورد برآورد ریسک سلامت و خرابی تیغه های توربین گاز با روش آماری و شبیه سازی
- روش های الگوریتمی ارزیابی ریسک خرابی، تشخیص ناهنجاری و پیش آگاهی طول عمر تیغه توربین گازی
- ارزیابی ریسک سلامت و پیش آگهی تیغه های توربین گاز با استفاده از روش های شبیه سازی و آماری
- پروژه دانشجویی برآورد ریسک سلامت و خرابی تیغه های توربین گاز با روش آماری و شبیه سازی
- پیش بینی ریسک سلامت تیغه های توربین گازی با روش آماری و شبیه سازی
- پایان نامه در مورد برآورد ریسک سلامت و خرابی تیغه های توربین گاز با روش آماری و شبیه سازی
- تحقیق درباره برآورد ریسک سلامت و خرابی تیغه های توربین گاز با روش آماری و شبیه سازی
- مقاله دانشجویی برآورد ریسک سلامت و خرابی تیغه های توربین گاز با روش آماری و شبیه سازی
- برآورد ریسک سلامت و خرابی تیغه های توربین گاز با روش آماری و شبیه سازی در قالب پايان‌نامه
- پروپوزال در مورد برآورد ریسک سلامت و خرابی تیغه های توربین گاز با روش آماری و شبیه سازی
- گزارش سمینار در مورد برآورد ریسک سلامت و خرابی تیغه های توربین گاز با روش آماری و شبیه سازی
- گزارش کارورزی درباره برآورد ریسک سلامت و خرابی تیغه های توربین گاز با روش آماری و شبیه سازی