Investigation on the impact fatigue characteristics of compressor valve leaves

Abstract

Kompresör valf yaprakların istenilen çarpma hızlarında darbe yorulması testlerinin yapılabilmesi için, özgün otomatik darbe yorulması test sistemi tasarlandı ve üretildi. Darbe yorulması karakteristiklerinin incelenmesini için tasarlanan temassız tahrikli otomatik test sistemi çatlak algılama ve sistemi otomatik olarak durdurabilmektedir. Çatlak algılama tekniği mikrofon ve veri toplama sistemi ile beraber çalışmaktadır. Darbe yorulması deneylerinde sertleştirilmiş ve temperlenmiş karbon valf yaprağı çeliği, molibden ile alaşımlanmış martensit paslanmaz krom çeliği ve yeni paslanmaz çeliği olarak üç farklı numune kullanılmıştır.Kompresör valf yapraklarının darbe yorulması ömrü çeşitli çarpma hızları için elde edilmiştir. Tasarlanan sıcaklık kontrol kabininde, çalışma sıcaklığın karbon çeliği numunesinin darbe yorulması ömrüne olan etkisi incelenmiştir. Valf yapraklarının preslenme operasyonu sonucunda soğuk şekil vermeden dolayı yaprak kenarları keskin formdadır. Bu sebepten dolayı, keskin köşeleri yuvarlatmak, üretimden dolayı oluşan küçük kusurları ortadan kaldırmak ve basma artık gerilme oluşturmak için tamburlama operasyonu uygulanmaktadır. Test numunelerinin kenar radyüsü karakterize edilmiştir ve tamburlama süresi darbe yorulması ömrü ile ilişkilendirilmiştir. Buna ek olarak, kompresörün çalışma şartlarındaki değişiklikler ve diğer elemanların tasarımına bağlı olarak oluşan asimetrik çarpma davranışı incelenmiştir. Numuneler üzerinde mikroskobik ve metalografik gözlemler yapılmıştır. Darbe yorulması kusuru valf yapraklarının kenarında, valf yaprağı ve valf tablası temas yüzeyinde başladığı görülmektedir. Çatlak ilerleme sonuçları sunulmuştur. Tanıtılan test sistemi ve metodoloji, enerji tüketimi ve valf yapraklarının ömrünü göz önüne alınarak belirlenen kompresör performansı anlamında valf yapraklarının tasarım optimizasyonu sürecine yol gösterecektir.

A unique automated impact fatigue test system has been designed and produced, which enables to carry out impact fatigue tests of the compressor valve leaves under the desired impact velocities. The test system serves investigations on the impact fatigue characteristics with the ability of crack detection and as the subsequent step of terminating the test system. The crack detection technique incorporates a microphone and a data acquisition system with a non-contact actuation. The impact fatigue experiments were performed on hardened and tempered carbon flapper valve strip steel Sandvik 20C, martensitic stainless chromium steel alloyed with molybdenum Sandvik 7C27Mo2 and Sandvik Hiflex®.The impact fatigue life was determined for various impact velocities. The influence of temperature on the impact fatigue life of Sandvik 20C was investigated in the designed temperature control cabin. Cold-worked edges of the valve leaves were sharpened due to the blanking operation of the valve leaves. Therefore, a tumbling operation is performed in order to round the sharp edges, remove the small manufacturing defects and introduce compressive residual stresses. The edge radius of the specimens was characterized and tumbling duration was correlated with the impact fatigue life. In addition, asymmetrical impact behavior due to the variation in working condition of compressor and the designs of other components were examined. Microscopic and metallographic observations were carried out. It was observed that the impact fatigue failure originated at the edge of the valve leaves on the contact surface of valve leaf and vale plate. The crack propagation results were also presented. The introduced test system and methodology guides the design optimization of valve leaves in terms of compressor performance due to energy consumption and lifetime of the valve leaf.