Estimation des durées de vies des aubes du premier étage d’une turbine à gaz haute pression

Yasmina Assoul,

Samira Benbelaid,

Vera Šijaèki - Žeravèiæ,

Gordana Bakiæ,

Miloš Ðukiæ,

 

A la suite des défaillances précoces enregistrées par les équipes d’entretien, des aubes du premier étage d’un turboréacteur de la compagnie aérienne nationale, cette étude concerne la détermination du temps de fonctions sures de ces éléments. Le premier étage de la turbine est soumis simultanément aux effets des gaz  émanant de la chambre de combustion, à des variations de températures très élevées, à un environnement très agressif ainsi qu’aux effets de la force centrifuge dans le cas des aubes rotor. Ces paramètres combinés induisent des contraintes très élevées, conduisant à des mécanismes de dommages complexes, dont principalement la fatigue due aux effets des contraintes mécaniques fluctuantes, la fatigue thermo mécanique causée par la variation de température et la corrosion due à la réactivité du métal avec les éléments contenus dans les gaz de combustion. La détermination des durées de vies nécessite l’estimation des contraintes dans les aubes par rapport à beaucoup de variables qui sont considérées toutes déterministes dans cette étude. L’effet du transfert de chaleur autre le métal des aubes et les gaz chauds est pris en considération. Les contraintes totales sont calculées pour les deux types d’aubes en tenant compte de l’effet thermique et de l’effet mécanique. Le cycle de contrainte subi par les aubes est retrouvé pour les différentes étapes d’un vol de deux heurs, en tenant compte de la variation des propriétés physiques avec la température. Les durées de fonction sures sont retrouvées par deux approches différentes. La détermination des vies sures à partir du modèle de l’initiation du dommage et à la durée de vie totale jusqu’à la rupture totale grâce au modèle de tolérance du dommage tenant compte du mécanisme de la progression du défaut et de l’effet de la corrosion par piqûres. L’application est faite pour des aubes stator et rotor du turbo réacteur dont le matériau est le NI 738. Ces éléments sont des éléments potentiels pour la sûreté fonction du moteur. Le risque induit par une défaillance est évalué. Les résultats obtenus sont étudiés afin de prendre une décision soit à une nouvelle conception ou à des procédures de maintenance appropriées.

Mots clés: turbine, turbine à gaz, aube, fatigue des matériaux, fluage, corrosion par piqûres, durée de vie, prédiction de sûreté.


 

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