Accessible Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter November 15, 2021

Metallurgical Failure Investigation of Fractured Dog Bone Seal Retainer Ring Fillet Welds in the Turbine Exhaust Casing of a Heavy-duty Gas Turbine Engine

Schadensuntersuchung gebrochener Kehlnähte des Sicherungsringes von Knorpelringen im Turbinenaustrittsgehäuse einer Großgasturbine
A. Neidel, T. Gädicke and S. Riesenbeck
From the journal Practical Metallography

Abstract

Short fillet welds used to fasten a large retainer ring to so-called dog bone seals failed in the turbine exhaust casing of a non-OEM heavy-duty gas turbine engine used for power generation. The subject fillet welds fractured due to high cycle fatigue loading. Neither weld imperfections nor any other material defects were found that could have contributed to the failure. It was concluded that an unfavorable design, specifying very short fillet welds for fastening the dog bone seal segments to the retainer ring, was the root cause of failure. In a purely static loading situation, this design would probably not have failed. However, in a dynamic loading scenario as is the case in any gas turbine engine exhaust, such a design is simply not sturdy enough.

Kurzfassung

An kurzen Kehlnähten zur Verbindung eines großen Sicherungsrings mit sogenannten Knorpelringen im Turbinenaustrittsgehäuse einer nicht mit Originalteilen ausgerüsteten Großgasturbine zur Stromerzeugung kam es zum Schadensfall. Durch HCF(high cycle fatigue)-Beanspruchung kam es zum Riss der besagten Kehlnähte. Es wurden weder Fehlstellen in den Schweißnähten noch sonstige Materialfehler entdeckt, die zum Schadensfall hätten beitragen können. Daraus wurde geschlossen, dass die Hauptursache für den Riss in einer ungünstigen konstruktiven Gestaltung lag, d. h. in sehr kurzen Kehlnähten zur Verbindung der Knorpelringsegmente mit dem Sicherungsring. Bei einer rein statischen Beanspruchung wäre es wahrscheinlich nicht zum Schadensfall gekommen. Gegenüber einer dynamischen Beanspruchung jedoch, wie sie bei diesem Turbinenaustrittsgehäuse vorliegt, ist eine solche konstruktive Gestaltung einfach nicht robust genug.

References / Literatur

[1] Neidel, A.; Gädicke, T.; Riesenbeck, S.: Internal Report BLN MT/2018/0189, Berlin, March 1, 2018 Search in Google Scholar

[2] Neidel, A.; Gädicke, T.; Riesenbeck, S.: Internal Report Addendum, BLN MT/2018/0189, Berlin, March 1, 2018 Search in Google Scholar

Received: 2020-03-03
Accepted: 2021-09-14
Published Online: 2021-11-15

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