بررسي و شبيه‌سازي عددي اثر خوردگي پره‌ها بر كارآيي توربين محوري تجاري

Study and numerical simulation of blades corrosion effects on a commercial axial turbine performance

پره‌هاي توربين‌هاي گازي در شرايط مختلف كاري، تحت تاثير عواملي نظير خوردگي داغ، سايش و برخورد ذرات خارجي، تخريب مي‌شوند و بر اثر كاهش عمر كاري آن‌ها، بازده توربين كاهش يافته و منجر به تحميل هزينه‌هاي سنگين براي تعميرات و جايگزيني پره‌ها مي‌شوند. هدف از اين مقاله بررسي تاثير خوردگي و آسيب ديدگي پره‌ها، بر ميدان جريان و كارآيي توربين به‌وسيله شبيه‌سازي عددي مي‌باشد. به‌منظور تحليل رفتار جريان داخلي، حل معادله‌هاي بقاي جرم، مومنتم و انرژي با استفاده از شبيه‌سازي عددي توربين در محيط نرم‌افزار انسيس سي اف اكس صورت گرفته است. در اين پژوهش، توربيني دوطبقه‌ و با خنك‌كاري كامل، به‌‌صورت سه‌بعدي، شبيه‌سازي و نتايج حاصل با نتايج آزمايشگاهي اعتبار سنجي شده است. سپس اثرات افزايش لقي نوك پره‌ي روتور‌ها به‌همراه كاهش ضخامت ناشي از خوردگي در لبه‌ي حمله و فرار پره‌ها، به‌طور جداگانه، بر ميدان جريان و عمل‌كرد توربين، در پنج نسبت فشار واقعي، بررسي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه مهم‌ترين عامل كاهش بازده، افزايش لقي نوك پره‌هاي روتور است؛ از طرفي كاهش كارآيي و افزايش ضرايب‌ افت ناشي از آسيب‌ديدگي لبه‌ي حمله‌ي پره‌ها، تنها اندكي نسبت به لبه‌ي فرار، تاثير گذارتر خواهند بود.

With respect to special conditions applying to the gas turbine, its blades are affected by many different factors such as, hot corrosion, oxidation, wear, impact of external particles, etc. and are destroyed. Due to the reduction of their working life time, the turbine efficiency reduces and ultimately the heavy costs of periodic repairs are needed, and new replacements of their blades are unavoidable. The aim of this study is investigation of the effects of corrosion and blade damage on flow field and gas turbine performance, by numerical simulation. In this research, a two stage turbine is modeled in the form of three dimension and the results are validated with experimental data. To analyze of the behavior of entire flow, conservation of mass, momentum, and energy equations are solved. The numerical simulation of the turbine is done with ANSYS CFX software. Then the increased rotors tip clearance effects with decreasing thickness due to corrosion in both nozzles and blade leading edge and trailing edge were separately studied on turbine flow field and its performance in five actual different pressure ratios. The results showed that the most important factor in reducing the efficiency of gas turbine is due to rotor tip clearance increasing. Also, corrosion of the blade edge with respect to the trailing edge damage is slightly more affected by reducing efficiency and increasing loss coefficients.