Анализ неисправности лопатки турбины Каплана на иракской гидроэлектростанции Хадита

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Турбины Kaplan широко используются на маловодных и крупнотоннажных гидроэлектростанциях. Конструкция таких систем основана на долгосрочной производительности. Тем не менее в отрасли сообщается о многих сбоях, которые приводят к экономическим потерям с целью капитального ремонта или замены части системы. Поэтому очень важно знать сбои, их причины и, наконец, предлагать полезные решения для их предотвращения или раннего лечения. В настоящем исследовании авторы сосредоточились на обнаружении неисправности лопатки турбины Каплана на иракской гидроэлектростанции, а затем определили направление своих будущих исследований. С поврежденной рабочей лопатки были проведены квантовометрические испытания, испытания на растяжение, на сжатие, на микротвердость, металлографическое исследование и исследование поврежденной поверхности. Выяснилось, что сырьем для изготовления рабочей лопатки турбины Каплана была нержавеющая сталь 304, полученная методом холодной вытяжки или прокатки. Так же, была проведена обработка отжигом. Кроме того, установлено, что преобладающим повреждением в исследуемой детали является сильная кавитация.

Об авторах

Мохаммед Рида Валид Халид

Российский университет дружбы народов

Email: 1042218144@rudn.ru
ORCID iD: 0009-0009-0798-4317

аспирант базовой кафедры машиностроительных технологий, инженерная академия

Москва, Россия

Казем Реза Каши Заде

Российский университет дружбы народов

Email: reza-kashi-zade-ka@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0003-0552-9950

кандидат технических наук, профессор департамента транспорта, инженерная академия

Москва, Россия

Сиамак Горбани

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: gorbani-s@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0003-0251-3144
SPIN-код: 8272-2337

кандидат технических наук, доцент базовой кафедры машиностроительных технологий, инженерная академия

Москва, Россия

Список литературы

  1. Thapa B, Shrestha R, Dhakal P, Thapa BS. Problems of Nepalese hydropower projects due to suspended sediments. Aquatic Ecosystem Health and Management. 2005;8(3):251-257. https://doi.org/10.1080/14634980500218241
  2. Mann B. High-energy particle impact wear resistance of hard coatings and their application in hydroturbines. Wear. 2000;237(1):140-146. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(99)00310-5
  3. Sangal S, Singhal MK, Saini RP. CFD based analysis of silt erosion in Kaplan hydraulic turbine. 2016 International Conference on Signal Processing, Communication, Power and Embedded System (SCOPES), Paralakhemundi, India. 2016:1765-1770. https://doi.org/10.1109/SCOPES.2016.7955746
  4. Al-Bukhaiti MA, Ahmed SM, Badran FMF, Emara KM. Effect of impingement angle on slurry erosion behaviour and mechanisms of 1017 steel and highchromium white cast iron. Wear. 2007;262(9-10):1187-1198. https://doi.org/10.1016/j.wear.2006.11.018
  5. Singh R, Tiwari SK, Mishra SK. Cavitation Erosion in Hydraulic Turbine Components and Mitigation by Coatings: Current Status and Future Needs. Journal of Materials Engineering and Performance volume. 2012; 21(7):1539-1551. https://doi.org/10.1007/s11665-011-0051-9
  6. Kim J, Yang H, Baik K, Seong BG, Lee C, Hwang SY. Development and properties of nanostructured thermal spray coatings. Current Applied Physics. 2006; 6(6):1002-1006. https://doi.org/10.1016/j.cap.2005.07.006
  7. Brijkishore KR, Prasad V. Prediction of cavitation and its mitigation techniques in hydraulic turbines - A review. Ocean Engineering. 2021;221: 108512. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.108512
  8. Luo Y, Wang Z, Zeng J, Lin J. Fatigue of piston rod caused by unsteady, unbalanced, unsynchronized blade torques in a Kaplan turbine. Engineering Failure Analysis. 2010;17(1):192-199. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2009.06.003
  9. Liu X, Luo Y, Wang Z. A review on fatigue damage mechanism in hydro turbines. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016;54:1-14. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.09.025
  10. Georgievskaia E. Analytical system for predicting cracks in hydraulic turbines. Engineering Failure Analysis. 021;127:105489. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2021.105489
  11. Al-Tekreeti WKF, Reza Kashyzadeh K., Ghorbani S. A comprehensive review on mechanical failures cause vibration in the gas turbine of combined cycle power plants. Engineering Failure Analysis. 2022;143: 106094. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2022.106094
  12. Gohil PP, Saini RP. Coalesced effect of cavitation and silt erosion in hydro turbines - A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014;33:280-289 https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.01.075
  13. Lahdelma S, Juuso EK. Vibration Analysis of Cavitation in Kaplan Water Turbines. IFAC Proceedings Volumes. 2008;41(2):13420-13425. https://doi.org/10.3182/ 20080706-5-KR-1001.02273
  14. Dörfler P, Sick M, Coutu A. Flow-Induced Pulsation and Vibration in Hydroelectric Machinery. Springer London Heidelberg New York Dordrecht Springer London Heidelberg New York Dordrecht, 2013. https://doi.org/10.1007/978-1-4471-4252-2
  15. Luo XW, Ji B,Tsujimoto T. A review of cavitation in hydraulic machinery. Journal of Hydrodynamics, Ser. B. 2016;28(3):335-358. https://doi.org/10.1016/S1001-6058(16)60638-8
  16. Ayli E. Cavitation in hydraulic turbines. International Journal of Heat and Technology. 2019;37(1): 334-344. https://doi.org/10.18280/IJHT.370140 17. Shamsuddeen MM, Park J, Choi YS, Kim JH. Unsteady multi-phase cavitation analysis on the effect of anti-cavity fin installed on a Kaplan turbine runner. Renewable Energy. 2020;162(6):861-876. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.08.100
  17. Dreyer M, Decaix J, Münch C, Farhat M. Mind the gap - tip leakage vortex in axial turbines. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Erosion and Cavitating Flows. 2014;22(5):052023. https://doi.org/10.1088/1755-1315/22/5/052023
  18. Decaix J, Dreyer M, Balarac G, Farhat M, Münch C. RANS computations of a confined cavitating tip-leakage vortex. European Journal of Mechanics - B/Fluids. 2018;67:198-210. https://doi.org/10.1016/j.euromechflu.2017.09.004
  19. Farrahi GH, Chamani M, Reza KK, Mostafazade A, Mahmoudi AH, Afshin H. Failure analysis of bolt connections in fired heater of a petrochemical unit. Engineering Failure Analysis. 2018;92:327-342. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2018.06.004
  20. Farrahi GH, Fallah A, Reza KK. Fracture toughness evaluation of 1.4841 bolt subjected to simultaneous effects of creep and hydrogen embrittlement phenomena using small punch test: A case study in a superheater of a petrochemical unit. Engineering Failure Analysis. 2023; 144(1):106956. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2022.106956
  21. Kashyzadeh KR, Farrahi GH, Shariyat M, Ahmadian MT. Experimental accuracy assessment of various high-cycle fatigue criteria for a critical component with a complicated geometry and multi-input random non-proportional 3D stress components. Engineering Failure Analysis. 2018;90:534-553. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2018.03.033
  22. Amiri N, Shaterabadi M, Kashyzadeh RK, Chizari M. A Comprehensive Review on Design, Monitoring, and Failure in Fixed Offshore Platforms. Journal of Marine Science and Engineering. 2021;9(12):1349. https://doi.org/10.3390/jmse9121349

© Халид М.Р., Реза Каши Заде К., Горбани С., 2024

Ссылка на описание лицензии: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/legalcode

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах