Increased temperature impact on durability of gas turbine blades

• Autorzy: Błachnio J. , Bogdan M. , Zasada D.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2017.1.7

Warianty tytułu

PL

Wpływ podwyższonej temperatury na trwałość łopatek turbiny gazowej

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The paper presents the research results of a microstructure of the turbine rotor blades made of nickel-based super alloys. The purpose of the research was to determine the high temperature impact on the microstructure stability of the material of the blades. The degree of advancement of the super alloy microstructure changes after the exposure to high temperature was compared to the mictrostructure condition of new blades. The research material includes blades made of EI 867 and ŻS 32 types of alloys. The microstructure research of blades subject to the high temperature impact, and the blades after operation showed the occurrence of adverse changes in relation to the microstructure of new blades. It was found that the cause of adverse changes in the microstructure was the super alloy overheating. The blade in such a condition has low heat and creep resistance. The element, in which the overheating will occur, is exposed to damage, which usually entails faulty turbine operation. This type of damage is removed during the engine major repair, which is associated with huge costs.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań mikrostruktury łopatek wirnika turbiny wykonanych z nadstopów na bazie niklu. Celem badań było określenie skutków oddziaływania wysokiej temperatury na stabilność mikrostruktury materiału łopatek. Stopień zaawansowania zmian mikrostruktury nadstopu po oddziaływaniu wysokiej temperatury porównywano ze stanem mikrostruktury łopatek nowych. Materiałem do badań były łopatki ze stopów typu EI 867 oraz ŻS 32. Badania mikrostruktury łopatek poddawanych oddziaływaniu wysokiej temperatury oraz łopatek po eksploatacji wykazały występowanie niekorzystnych zmian w stosunku do mikrostruktury łopatek nowych. Stwierdzono, że przyczyną niekorzystnych zmian w mikrostrukturze było przegrzanie nadstopu. Łopatka w takim stanie wykazuje niską żaroodporność oraz żarowytrzymałość. Element, w którym wystąpi przegrzanie jest narażony na uszkodzenie, co przeważnie pociąga za sobą wadliwą pracę turbiny. Tego typu uszkodzenia usuwa się w trakcie naprawy głównej silnika co wiąże się z ogromnymi kosztami.

Słowa kluczowe

EN

gas turbine; blade; microstructure; durability

PL

turbina gazowa; łopatka; mikrostruktura; trwałość

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 19, no. 1
• Strony: 48--53
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Błachnio J.

• Air Force Institute of Technology 6 Księcia Bolesława str., 01-494 Warsaw, Poland

autor

Bogdan M.

• Department of Mechanical Engineering Bialystok Technical University 45 Wiejska str., 15-333 Białystok, Poland

autor

Zasada D.

• Military University of Technology 2 Kaliskiego str., 00-908 Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Bojar Z., et al. Changes of microstructure of blades made of ŁK-4 alloy during long-term operation of aircraft turbine engine. Military University of Technology Bulletin 1988; 12: 51-64.
• 2. Błachnio J, Bogdan M, Kułaszka A. New non-destructive methods of diagnosing health of gas turbine blades. Advances in Gas Turbine Technology 2011: 465-498, .http://dx.doi.org/10.5772/29548
• 3. Błachnio J, Pawlak W. Damageability of gas turbine blades - evaluation of exhaust gas temperature in front of the turbine using a non-linear observer. Advances in gas turbine technology2011: 435-464.
• 4. Błachnio J, Bogdan M. Ocena stanu łopatek turbiny gazowej na podstawie barwy ich powierzchni. Problemy badań i eksploatacji techniki lotniczej. [Evaluation of the condition of gas turbine blades based on their surface colour. Problems of research and aircraft technology operation]. Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych 2012 [Publishing and Printing House of the Air Force Institute of Technology 2012]; (8): 11-33.
• 5. Błachnio J, Spychała J, Pawlak W, Zasada D. The attempt to assess the technical condition of a gas turbine blade when information on its operating condition is limited. Journal of KONBIN 2014; 2(30): 75-86, http://dx.doi.org/10.2478/jok-2014-0016.
• 6. Błachnio J, Kułaszka A, Zasada D. Degradation of the gas turbine blade coating and its influence on the microstructure state of the superalloy. Journal of KONES 2015; 22(2): 17-24, http://dx.doi.org/10.5604/12314005.1165385.
• 7. Ciszewski A, Chodorowski J. Aviation materials science. Warsaw Technical University, Warsaw, 2003.
• 8. Dubiel B. Microstruktural changes during creep of single-crystalline nikel-base superalloys. Kraków: University of Science and Technology Press, 2011.
• 9. Góral M, Swadźba L, Moskal G, Jarczyk G, Aguilard J. Diffusion aluminide coatings for TiAl intermetallic turbine blades. Intermetallics 2011; 19(5): 744-747, http://dx.doi.org/10.1016/j.intermet.2010.12.015.
• 10. Hernas A. Creep resistance of steel and alloys. Gliwice: Silesian Technical University, 1999.
• 11. Hodor K. Gradient structure of surface layer of Ni- and Fe+Ni-based alloys. Doctor's thesis. Kraków: Academy of Mining and Metallurgy, 2002.
• 12. Kułaszka A, Giewoń J. Report No 28 and No 73. Warsaw: Air Force Institute of Technology, 2014.
• 13. Majka H, Sieniawski J. Research of kinetics and coagulation of γ' phase in nickel superalloy EI-867. Archive of Materials Science 1998;4(4): 237-254.
• 14. Mikułowski B. Heat and creep resistant alloys - superalloys. Kraków: Editions Academy of Mining and Metallurgy, 1997.
• 15. Pawlak W, Błachnio J. On the need to maintain homogenous temperature field within the working agent at the intake of a jet engine turbine. Journal of KONES 2014; 21(1): 205-213, http://dx.doi.org/10.5604/12314005.1134099.
• 16. Paton B. Creep resistance of cast nickel alloys and protection thereof against oxidation. Kiev: Naukowa Dumka, 1997.
• 17. Poznańska A. Lifetime of aircraft engine blades made of EI-867 alloy upon aspect of non-uniform distortion and structural changes. Doctor's thesis. Rzeszów Technical University, 2000.
• 18. Reed R. C. The Superalloys. Fundamentals and applications. Cambridge: Cambridge University Press, 2006, http://dx.doi.org/10.1017/CBO9780511541285.
• 19. Scheibel J, White C, Yoo M. Met. Trans. 1985; 16A: 651, http://dx.doi.org/10.1007/BF02814239.
• 20. Sieniawski J. Criteria and methods of evaluation of materials for elements of aircraft turbine engines. Technical University Rzeszów, 1995.
• 21. Swadźba L, Formanek B, Maciejny A. Corrosion damage and regeneration of aluminide coatings on aircraft turbine blades. Materials Science and Engineering. 1989; A121:407-412, http://dx.doi.org/10.1016/0921-5093(89)90794-6.
• 22. Tajra S, Otani R. The theory of high-temperature strength of materials. Mietałurgija, Moscow,1986.