Fracture assessment of flawed rotors : local vs. global approach

The burst of a turbine disc can cause catastrophic damage of the equipment and, more importantly, it can represent a mortal threat to anyone in the sphere of influence of the event. In the case of such a heavy component there is the possibility of occurrence of undetected flaws or, better, the need to identify the defect acceptability for the different rotor regions. In order to minimize the danger associated to a rotating component failure, more accurate predicting tools are required to ensure the damage tolerance of the components. This work presents the results of a numerical and analytical study on the assessment of the crack driving force for discs containing surface flaws. The aim is to provide a simple, though reliable, tool in order to be able to calculate the possible dangerous in-service speed for a rotating component and to ensure safety against the occurrence of overspeed events. A strain based and an R6-like flaw assessment procedures are adopted considering different assumptions in the definition of the critical speed and the analytical predictions are compared with the results of elastic-plastic finite element analysis of disc. In particular, the validity and potentiality of the proposed methods are proved for surface flaws in different positions in the disc.

Lo scoppio di un disco turbina può provocare danni catastrofi ci alle attrezzature e, soprattutto, può rappresentare una minaccia mortale per chiunque nella sfera d'influenza dell'incidente. Nel caso di un componente di questo tipo vi è la possibilità che siano presenti difetti non individuati o, meglio, vi è l'esigenza di determinare l'accettabilità di difetti in diverse regioni del rotore. Per ridurre al minimo il pericolo associato ad un guasto di un rotore, sono necessari strumenti predittivi più accurati per assicurare la tolleranza ai difetti dei componenti. Questo lavoro presenta i risultati di uno studio numerico e analitico sulla valutazione della crack driving force per dischi contenenti difetti superficiali. L'obiettivo è quello di fornire un semplice, sebbene affidabile, strumento per poter calcolare la possibile velocità limite di un componente rotante in servizio e per garantire la sicurezza contro il verificarsi di sovraccarichi dovuti ad aumenti incontrollati di velocità. Una procedura basata sulle deformazioni e una basata direttamente sulle velocità di rotazione, insieme con diverse definizioni di velocità critica, sono adottate per la valutazione di difetti e le previsioni analitiche sono confrontate con i risultati di simulazioni numeriche agli elementi finiti. In particolare, la validità e la potenzialità dei metodi proposti è stata provata per difetti superficiali in diverse posizioni del disco.