تحسين معالجة حرارة شفرات التوربين الغازي: تطبيق تقنية الانتشار الحراري والطين الحارس العالي درجة الحرارة

كمعدات ميكانيكية حديثة للطاقة الأساسية، يُعتبر تحسين كفاءة التوربين الغازي أمرًا بالغ الأهمية لاستخدام الطاقة والتنمية الصناعية. من أجل تحسين أداء التوربينات الغازية، اتخذ الباحثون العديد من التدابير في تصميم شفرات التوربين واختيار المواد. من خلال تحسين تصميم الشفرة، واختيار مواد مقاومة جديدة للحرارة العالية، وطلاء سطح الشفرة بطلاء واقٍ عالي الحرارة (مثل طلاء NiCoCrAlY)، يمكن تحسين كفاءة عمل التوربينات الغازية بشكل كبير. هذه الطلاءات تحظى بتقدير كبير من علماء المواد لأنها سهلة التنفيذ، بسيطة في المبدأ، وفعّالة.

ومع ذلك، فإن شفرات التوربينات الغازية التي تعمل لفترة طويلة في بيئات مرتفعة الحرارة تواجه مشكلة الانتشار المتبادل للعناصر بين الطبقة وال Substance، مما سيؤثر بشكل خطير على أداء الطبقة. من أجل حل هذه المشكلة، يمكن أن يحسن تكنولوجيا المعالجة الحرارية السطحية، مثل تطبيق طبقات حماية عالية الحرارة وإنشاء طبقات حاجز انتشار، بفعالية مقاومة درجات الحرارة العالية وعمر الخدمة للشفرات، وبالتالي تحسين كفاءة التشغيل وموثوقية التوربينات الغازية بالكامل.

مزايا تقنية الانتشار الحراري والبلاستر الحامي

تم استخدام تقنية الانتشار الحراري في معالجة تعديل السطحを超え درجات الحرارة منذ عام 1988. هذه التقنية يمكنها تكوين طبقة رقيقة متحجرة على سطح المواد التي تحتوي على الكربون مثل الفولاذ، سبيكة النيكل، سبيكة الماس وسبيكة الكاربيد، مما يزيد بشكل كبير من صلابة سطح المادة المعالجة. المواد المعالجة بواسطة الانتشار الحراري تتمتع بصلادة أعلى ومقاومة ممتازة للتآكل والتأكسد، مما يمكن أن يزيد بشكل كبير من عمر الأدوات الخشنة للمعادن، أدوات التشكيل، وأدوات تشكيل الدرفلة وغيرها، يصل إلى 30 مرة.

في تصنيع محركات الطائرات، تعتبر عملية المعالجة الحرارية للشرائح الدوارة حاسمة لتحسين أداء المحرك. تم تصميم معجون التغطية الجديد الذي قدمته شركة داليان ييبانغ خصيصًا لعمليات الطلاء بالانتشار العالي الحرارة ويمكنه توفير حماية جيدة في البيئات القصوى التي تتجاوز 1000 درجة °C، مما يحسن بشكل كبير كفاءة الإنتاج واستقرار العملية.

استقرار درجة الحرارة العالي: يعمل الطين الواقي بشكل جيد في عمليات التصنيع بالانتشار عند درجات حرارة تتجاوز 1000 درجة °م، مما يتجنب خطر تليين المواد الواقية التقليدية عند درجات الحرارة العالية ويضمن موثوقية الطبقة.

لا حاجة لطلاء غشاء النيكل: مقارنة بالطرق التقليدية، لا يتطلب الطين الواقي طبقة غشاء نيكل إضافية، مما يبسط خطوات التشغيل ويوفر الوقت والتكاليف.

تجفيف سريع: عند درجة حرارة الغرفة، يبدأ الطين الواقي بالتجفيف خلال 15 دقيقة فقط ويتم التجفيف الكامل خلال ساعة واحدة، مما يقلل بشكل كبير من دورة الإنتاج ويجعل عملية الغمس والطلاء أكثر كفاءة.

تشغيل بسيط وإزالة سهلة: يمكن للمشغلين إزالة الطين الواقي المتصلب بسهولة باستخدام سكين بلاستيكية صلبة، مما يقلل من تعقيد العملية والمتطلبات المتعلقة بمهارات التشغيل.

كفاءة عمل عالية: الطين القابل للتمويه يستخدم حل "مسحوق جاف + صندوق". يمكن لصندوق واحد إكمال عمل التمويه لنحو 10 أجزاء، مما يعزز بشكل ملحوظ كفاءة وموثوقية العملية.

تتمثل سيناريوهات تطبيق التوربينات الغازية الثقيلة بشكل أساسي في توفير الطاقة الكهربائية للأرض، والتدفئة الصناعية والمسكنية، وبالتالي فإن الهدف النهائي للتوربين يتمثل في قوة الإخراج المحورية، والتي تدفع المولد لإنتاج الكهرباء، بالإضافة إلى درجة حرارة العادم المناسبة (للاستخدام في المرجل الحراري والمراوح البخارية في المرحلة التالية). عند تصميم التوربين الغازي، يجب أخذ الدورة الواحدة والدورة المركبة في الاعتبار. ركزت التوربينات الغازية أكثر على كفاءة إنتاج الطاقة وفعالية المنتج أو تكلفته، مع السعي لتحقيق مواد متينة وموثوقة، ودورات صيانة طويلة وفترات زمنية ممتدة. أما تصميم محركات الطائرات فيركز على نسبة الدفع إلى الوزن. يجب تصميم المنتج ليكون خفيفاً وصغيراً قدر الإمكان، وأن يكون الدفع الناتج كبيراً قدر الإمكان. إنه دورة واحدة، لذلك تستخدم المواد الأكثر "رقياً". وفي الوقت نفسه، يتم التركيز أثناء التصميم على اقتصادية الوقود أثناء التشغيل بحمولات منخفضة. بعد كل شيء، تقضي الطائرات معظم وقتها في طبقة ozonosphere بدلاً من مرحلة الإقلاع.

في الواقع، كل من محركات الطائرات والتربيينات الغازية المستندة إلى الأرض هي الجوهرة في تاج الصناعة بسبب صعوبة التصنيع، ودورة البحث والتطوير الطويلة، والتنوع الكبير في القطاعات المعنية. ومع ذلك، لديهما تركيزات مختلفة وتحديات مختلفة نتيجة لاختلاف مجالات التطبيق. هناك عدد قليل جدًا من الشركات أو المؤسسات في العالم التي يمكنها إنتاج التربينات الغازية الثقيلة ومحركات الطائرات، مثل GE Pratt & Whitney في الولايات المتحدة، وSiemens في ألمانيا، وRolls-Royce في المملكة المتحدة، وميتسوبيشي في اليابان، وغيرها، لأن ذلك يشمل تقاطع العديد من التخصصات، تصميم الأنظمة، المواد، العمليات، وتصنيع المكونات الرئيسية، مع استثمارات ضخمة، وقت طويل، ونتائج بطيئة. وقد مرت الشركات المذكورة أيضًا بفترة طويلة من التطوير لتتحسن وتتطور منتجاتها إلى المستوى الحالي، مع تكلفة أقل، وأداء وكفاءة أعلى، وانبعاثات أقل.