Since fracture surface presents clear evidence to describe the circumstances of material failure event, analysis of fracture surface should provide plenty of useful information for failure prevention. Thus if we extract proper information from the fracture surface, the safety evaluation, for plant component could be more accurate. In general, the chaotic morphology of fracture surface is determined by the degree of material degradation as well as by other factors such as type of load, geometry of specimen, notch condition, microstructure of material and environment. In this research, we developed a fractal analysis technology for the fracture surface of aged turbine rotor steel based on the slit-island technique using an image analyzer. Moreover the correlation between the fractal dimension and the aging time was studied.
This paper presents the thermohydrodynamic analysis of tilting journal pad bearings supporting a power turbine rotor applied to a 250 kW super-critical $CO_2$ cycle. In the analysis, the generalized Reynolds equation and 3D energy equation are solved to predict oil film temperature and the 3D heat conduction equation is solved for pad temperature. The power turbine rotor is supported by two tilting pad bearings consisting of five pads with an oil supply block between the pads. Copper backing pads with higher thermal conductivity compared to steel backing pads are adopted to improve thermal management. The predicted maximum pad temperature is around $55^{\circ}C$ which is approximately $15^{\circ}C$ higher than oil supply temperature. In addition, the predicted minimum film thickness is 50 mm at a rotating speed of 5,000 rpm. These results indicate that there is no issue in the thermal behavior of the bearing. An operation test is performed with a power turbine module consisting of a power turbine, a reduction gear and a generator. Thermocouples are installed at the 75% position from the leading edge of the pad to monitor pad temperature. The power turbine uses compressed air at a temperature of $250^{\circ}C$ in its operation. The steady state pad temperatures measured in the test show good agreement with the predicted temperatures.
High temperature alloy steel such as Ni-Cr-Mo-V material has excellent properties of high strength and high heating resistance. It has been used for several military weapon components such as gun barrel of a warship, turbine rotor and turbine disk for nuclear power plant. Being curious about this material required excellent wear resistance and durability in extreme environmental conditions. A dry wear test at the ambient air and Ar gas conditions in the room temperature were performed in this study. What's more a lubricant wear test at different temperature was conducted. In addition that DLC was coated on Ni-Cr-Mo-V alloy steel substrate with a thickness of $3{\mu}m$, a property of it was compare with lubricant conditions. All the coefficient of friction and wear volume, comparing with DLC coated specimens. The test parameters were selected as follows: 10 N for normal load; 80 rpm for sliding wear speed; and 300 m for the sliding wear distance.
When crack are detected in aged turbine rotors of power plants, information on fracture resistance of the aged material at operating temperature is needed for determination of critical loading condition and residual life of the turbine. In this study, fracture toughness (J$_lc$) and tearing modulus(T$_mat$) of virgin and thermally degraded 1Cr-1Mo-0.25V steel, which is one of the most widely used rotor steels, were measured at 538.deg. C according to ASTM E813 and ASTM E1152, respectively. Five kinds of specimen with different degradation levels were prepared by isothermal aging heat treatment at $630^{\circ}C.$ It was observed that J$_lc$ and T$_mat$ value decreased as the degradation level increased. Analysis of microstructures using a scanning electron microscope showed that the decrement of J$_lc$ is related to segregation of impurities at grain boundaries. It was also verified that the DC electric potential drop method is accurate and reliable for crack length monitoring at elevated temperature.
The creep behaviors of 1%Cr-Mo-V and 12%Cr steam turbine rotor steels under static or cyclic load were examined at 600 and $700^{\circ}C$. The relationship between these two kinds of phenomena was studied and the experimental results were summarized as follows: 1) It is confirmed that the cyclic creep strain dependent on time is more available for creep, behavior analysis according to frequency change than that dependent on number of cycles, and the static creep, the special case of cyclic creep with stress ratio of 1 can be also more effectively analyzed by time-dependence. 2) The steady cyclic creep rate vs. the steady static creep rate, increases according to the increase of stress ratio, and this phenomena may occur on occasion of the decrease of the internal stress. 3) The initial strain affects on all the creep properties of the transient region, the steady state region and the rupture time in cyclic creep as well as static creep, and the quantitative relationships among them exist.
The estimation of the remaining life for the aged components in power plant as well as chemical and peroleum plants has been recently coberned. The raw materials used in this syudy are the 1Cr-1Mo-0.25V rotor steel which intensified P and S compositions along with the nominal compositions of ASTM A470 standard. Five kinds of specimens with the different degradation levels were prepared by isothermal aging teat treatment at $630^{\circ}C$ The mechanical properties and fatigue strength of virgin and aged 1Cr-1Mo-0.25V rotor steel have been inbestigated through the hardness, tensile, fatigue test, SEM fractograph and EDS analysis at room temperature. Thus, the data of aged specimens were compared with those of virgin specimen to evaluate the aging effects. The main results obtained in this study are as follows; The decrease of the hardness due to degradation was distinguished until 50, 000hrs simulated service time. And is was confirmed that the considerable amount of P, Mn, Cr and S was precipitated at the grain boundary of aged material through the SEM and EDS analysis. The fatigue strength of 25, 000, 50, 000, 75, 000 and 100, 000hrs aged material was decreased 29.5%, 24.4%, 28.6%, 35.7% than that of virgin material at $10^7$ cycles of room temperature. The major cracks of virgin and aged materials initiated at the inclusions including Si, P and Mn compositions which were located at the outer periphery of the specimen.
손상된 ASTM A-470 class 8 고압 증기 터어빈 로터강의 수명 연장을 위해 보수 용접이 행하여졌다. SAW 용접부의 미세경도 측정결과 모재의 경도는 VHN 253이었으나 모재에 근접한 열영향부의 경도는 VHN 227로 떨어졌다. 이와 같이 경도가 떨어진 영역을 "연화층"이라 정의하였으며 약 0.5-0.6mm의 크기를 나타내었다. 한편 크립 파단 시험시 파괴는 연화층 부근에서 일어났으며 593.deg. C와 19Ksi(132 Mpa)에서 파단시간은 772.4hr이었다. 연화층의 크기를 줄이기 위해서 MIG 및 TIG 용접이 행하여졌는데 연화층 크기는 MIG의 경우 0.3-0.4mm이고, TIG의 경우에는 입열량의 크기에 따라 0부터 0.4mm의 크기를 나타내었다. 그러나 크립 파단시간은 연화층 크기가 작아질수록 감소하였다. 특히 TIG 용접부의 경우 크립 파단시간은 입열량과 밀접한 관계를 나타내었는데 입열량이 클수록 파단시간은 길어졌다. 대부분의 파괴는 ICHAZ에서 발생되었으나 입열량이 감소함에 따라 파단부는 CGHAZ으로 이동하였다. 파단면은 tearing과 dimple을 갖는 입내파괴를 나타내었다.파괴를 나타내었다.
This paper presents the structural model verification process of whole wind turbine blade including blade model which proposed in Part1 paper. The National Renewable Energy Laboratory (NREL) Phase VI wind turbine which the wind tunnel and structural test data has publicly available is used for the study. In the Part1 of this paper, the processes of structural model development and verification process of blade only are introduced. The whole wind turbine composed by blade, rotor, nacelle and tower. Even though NREL has reported the measured values, the material properties of blade and machinery parts are not clear but should be tested. Compared with the other parts, the tower which made by steel pipe is rather simple. Since it does not need any considerations. By the help of simple eigen-value analysis, the accuracy of structural stiffness and mass value of whole wind turbine system was verified by comparing with NREL's reported value. NREL has reported the natural frequency of blade, whole turbine, turbine without blade and tower only models. According to the comparative studies, the proposed material and mass properties are within acceptable range, but need to be discussing in future studies, because our material properties of blade does not match with NREL's measured values.
Miniaturized specimen technology is useful to characterize the mechanical behavior when it is difficult to sample the material enough for the test. In this study, two kinds of miniaturized Charpy impact specimens(i.e., miniaturized specimen with side groove and without side groove) of aged 1Cr- lMo-0.25V steel were prepared and tested. The relationship between the extent of degradation in terms of ductile brittle transition temperature(DBTT) and the fracture stress of 1Cr-1Mo-0.25V steel was established. The fracture stress obtained from miniaturized specimen without side groove turned out to be linearly related with the DBTT of standard specimen. Therefore the fracture toughness of aged turbine rotor steel might be evaluated by the fracture stress. In addition, the correlation between DBTT of standard specimen and that of miniaturized specimen was investigated. As the results of normalizing DBTT by maximum elastic tensile stress, the normalized DBTT of miniaturized specimen without side groove allows one to estimate that of standard specimen.
Miniaturized specimen technology is useful to characterize the mechanical behavior using a minimum volume of material, because it is almost impossible to sample the conventional specimen for the fracture toughness test without damage to equipment. Test material was 1Cr-1Mo-0.25V steel which was widely used for turbine rotor material. Two kinds of miniaturized impact specimens were prepared, i.e., miniaturized specimen with side groove and without side groove. The correlation between ductile brittle transition temperature(DBTT) of full size impact specimen and that of miniaturized impact specimen was made. The characteristics of miniaturized impact specimens technique as well as fracture stress were discussed. Finally, we concluded that the characteristics of fracture stress change on aging time were similar to that of DBTT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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