Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences (한국항공우주학회지)

The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences (한국항공우주학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Life Prediction Analysis of Power Generation Turbine Blades Through Creep Analysis

크리프 해석을 통한 터빈 블레이드의 수명 예측

  • 박정선 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부) ;
  • 이수용 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부) ;
  • 김종운 (한국항공대학교 항공기계공학과 대학원) ;
  • 이안성 (한국기계연구원 구조시스템연구부 회전체연구그룹)
  • Published : 2002.12.01
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Steady-state creep analysis of power generation turbine blade is carried out considering thermal loads and centrifugal forces. Creep strains and stresses of the turbine blade are calculated for 3-D finite clement model of the turbine blade. From the numerical results, creep life of the turbine blade is predicted. The results of creep analysis during about 200 hours indicate that creep strains of the turbine blade do not reach the rupture strain of GTD111. Creep stresses of the turbine blade are relaxed as time increases. Maximum creep strain occurs at the tip section of the airfoil pressure surface. The maximum creep strain of the turbine blade is expected close to the rupture strain after 50,000 hours approximately. The turbine blade may not have creep damage for the starting procedure of the turbine.

열하중과 원심력을 고려한 발전용 터빈 블레이드의 정상 상태 크리프 해석을 수행하였다. 3차원 터빈 블레이드 유한 요소 모델에 대하여 크리프 변형률과 응력을 계산하고 수치적 방법에 의해 크리프 수명을 예측하였다. 약 200시간 정도의 크리프 해석 결과 GTD111 터빈 블레이드는 아직 파손 응력에 도달하지 않았으며, 크리프 응력은 시간이 경과함에 따라 점차 이완되고 있다. 터빈 블레이드의 최대 크리프 변형률은 익형의 압력면 끝단에서 발생하며 수치적 방법에 의해 약 50,000 시간 이후에 파손 변형률에 도달할 것이다. 따라서 현재 터빈의 기동 중 블레이드는 크리프에 의한 손상을 입지 않는다.

Keywords

References

  1. Bernstein, H. L., Grant, T. S., McClung, R. C., and Allen, J. M., 1993, "Prediction of Thermal-Mechanical Fatigue Life for Gas Turbine Blades in Electric Power Generation," ASTM STP 1186, H. Sehitoglu, Ed., Philadelphia, pp.212-238.
  2. Daleo, J. A., Ellison, K. A., Woodoford, D. A., 1999, "Application of Stress Relaxation Testing Metallurigical Life Assessment Evaluation of GTD111 Alloy Turbine Buckets," Journal of Engineering for Gas Turbine and Power, Vol 121, pp.129-137. https://doi.org/10.1115/1.2816299
  3. 임종순, 허승진, 전경렬, 이규봉, 유영면, 1990, “발전용 터빈 로우터의 수명예측을 위한 열응력 해석,” 대한기계학회논문집, 제14권 제2호, pp.276-287.
  4. 전재영, 1987, “파괴 및 피로 해석을 통한터어빈 로우터의 운전 수명계산(I)," 대한기계학회논문집, 제11권 제4호, pp.537-548.
  5. Findley, W. N., Lai, J. S., and Onaran, K., 1975, Creep and Relaxation of Nonlinear Viscoelastic Mateirals, North-Holland.
  6. 남현욱, 한경섭, 1999, “응력과 온도 변화에 따른 금속 복합재료의 크리프 수명 예측,” 대한기계학회, 제23권 제3호, pp.415-424.
  7. D. A., Woodford, D. R., Van steele, K. Amberge and D. Stiles, 1992, "Creep Strength Evaluation for IN738 Based on Stress Relaxation," The Minerals, Metals & Materials Society, pp.657-664.
  8. Woodford, D. A., 1996, "Creep Strength and Fracture Resistance of Directionally Solidified GTD111," The Minerals, Metal & Materials Society, pp.353-357.
  9. Daleo, J. A., Wilson, J. R., 1998, "GTD111 Alloy Material Study," Journal of Engineering for Gas Turbine and Power, Vol 120, pp.375-382. https://doi.org/10.1115/1.2818133