Optimierung der Wärmebehandlung von Gasturbinenschaufeln: Anwendung thermischer Diffusionstechnologie und Hochtemperatur-Schutzton

Als modernes Schlüsselfahrzeug für mechanisches Equipment ist die Effizienzsteigerung von Gasturbinen entscheidend für die Energieverwendung und industrielle Entwicklung. Um die Leistung von Gasturbinen zu verbessern, haben Forscher verschiedene Maßnahmen in Bezug auf den Entwurf und die Materialauswahl der Turbinenschaufeln ergriffen. Durch die Optimierung des Schaufelentwurfs, die Auswahl neuer hochtemperaturfester Materialien und das Beschichten der Schaufeloberfläche mit Hochtemperaturschutzbeschichtungen (wie NiCoCrAlY-Beschichtung) kann die Arbeits-effizienz von Gasturbinen erheblich gesteigert werden. Diese Beschichtungen werden von Materialwissenschaftlern geschätzt, da sie einfach umzusetzen sind, im Prinzip einfach und effektiv.

Turbogaslaufradschaufeln, die über einen langen Zeitraum in Hochtemperaturumgebungen betrieben werden, stehen jedoch dem Problem der Interdiffusion von Elementen zwischen Beschichtung und Substrat gegenüber, was sich erheblich auf die Beschichtungsleistung auswirken wird. Um dieses Problem zu lösen, kann die Oberflächenhärte-Technologie, wie das Aufbringen von Hochtemperatur-Schutzbeschichtungen und das Einrichten von Diffusionsbarrierschichten, die Widerstandsfähigkeit bei hohen Temperaturen und die Lebensdauer der Schaufeln effektiv verbessern, wodurch die Betriebs-effizienz und Zuverlässigkeit der gesamten Gasturbine gesteigert wird.

Vorteile der Wärmediffusionstechnologie und des Schildungsanstrichs

Die Thermaldiffusionstechnologie wird seit 1988 bei Hochtemperatur-Oberflächenmodifizierung eingesetzt. Diese Technologie kann eine dünne kohlenstoffhaltige Schicht auf der Oberfläche von Kohlenstoffmaterialien wie Stahl, Nickellegierung, Diamantlegierung und Hartmetall bilden, was die Oberfläche des verarbeiteten Materials erheblich härter macht. Materialien, die durch Thermaldiffusion behandelt wurden, weisen eine höhere Härte sowie hervorragende Verschleiß- und Oxidationsbeständigkeit auf, wodurch sich die Lebensdauer von Reismetallstanzwerkzeugen, Formwerkzeugen, Walzformwerkzeugen usw. um bis zu 30 Mal erhöhen lässt.

Im Flugtriebwerksbau ist der Wärmebehandlungsprozess der Turbinenschaufeln entscheidend für die Verbesserung der Triebwerksleistung. Das neu eingeführte Maskierpulver von Dalian Yibang wurde speziell für Hochtemperatur-Diffusionsschichtprozesse entwickelt und bietet einen guten Schutz in Extremumgebungen über 1000 ° °C, wodurch die Produktivität und Prozessstabilität erheblich verbessert werden.

Hohe Temperaturstabilität: Das Maskierlehm zeigt gute Leistungen in Hochtemperatur-Diffusionsbeschichtungsprozessen über 1000 ° C, wobei das Risiko vermieden wird, dass traditionelle Maskiermaterialien bei hohen Temperaturen weich werden und die Zuverlässigkeit der Beschichtung gesichert ist.

Keine Nickelfolienbeschichtung erforderlich: Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden benötigt der Maskierlehm keine zusätzliche Nickelfolienbeschichtung, was die Arbeitsgänge vereinfacht und Arbeitszeit sowie Materialkosten spart.

Schnelle Vulkanisierung: Bei Raumtemperatur beginnt der Maskierlehm bereits nach 15 Minuten zu vulkanisieren und ist innerhalb von 1 Stunde vollständig vulkanisiert, was den Produktionszyklus erheblich verkürzt und den Tropf- und Pinselvorgang effizienter macht.

Einfache Handhabung und leichte Entfernung: Betreiber können den festgewordenen Maskierlehm leicht mit einem harten Kunststoffmesser entfernen, wodurch die Prozesskomplexität verringert und die Anforderungen an die Fertigkeiten reduziert werden.

Hohe Arbeitswirksamkeit: Das Maskierungs-Mud verwendet die "Trockenpulver + Box"-Lösung. Eine Box kann die Maskierungsarbeit von etwa 10 Teilen abschließen, was die Effizienz und Zuverlässigkeit des Prozesses erheblich steigert.

Die Anwendungsszenarien von schweren Gasturbinen liegen hauptsächlich in der Bodenstromerzeugung, industriellen und Wohnheizungen, so dass das Endziel der Turbine sich in der Wellleistung widerspiegelt, die den Generator antreibt, um Strom zu erzeugen, und eine bestimmte Abgas temperatur (für nachgelagerte Abwärmeboiler und Dampfturbinen). Beim Design einer Gasturbine muss sowohl auf den Einzelertrag als auch auf den Kombiertertrag geachtet werden. Gasturbinen legen mehr Wert auf die Effizienz der Stromerzeugung und die Kosten-Nutzen-Relation des Produkts und streben nach haltbaren und zuverlässigen Materialien, langen Wartungszyklen und langen Intervallen. Das Design von Flugtriebwerken konzentriert sich auf das Schub-Gewichts-Verhältnis. Das Produkt sollte so leicht und klein wie möglich gestaltet werden, und der erzeugte Schub sollte so groß wie möglich sein. Es handelt sich um einen Einzelertrag, daher werden bei den verwendeten Materialien mehr "high-end"-Anforderungen gestellt. Gleichzeitig wird beim Design stärker auf den Kraftstoffverbrauch bei Niedriglastbetrieb geachtet. Immerhin verbringen Flugzeuge die meisten ihrer Zeit in der Stratosphäre und nicht beim Start.

Tatsächlich sind sowohl Flugzeugtriebwerke als auch bodengestützte Gasturbinen die Kronjuwelen der Industrie aufgrund der Herstellungserschwerungen, des langen Forschungs- und Entwicklungszyklus sowie der Vielzahl an beteiligten Branchen. Dennoch haben sie unterschiedliche Schwerpunkte und Herausforderungen aufgrund ihrer unterschiedlichen Anwendungsbereiche. Es gibt nur sehr wenige Unternehmen oder Institutionen weltweit, die schwere Gasturbinen und Flugzeugtriebwerke herstellen können, wie GE Pratt & Whitney in den USA, Siemens in Deutschland, Rolls-Royce im Vereinigten Königreich, Mitsubishi in Japan usw., da dies die Schnittmenge vieler Disziplinen betrifft, wie Systemdesign, Materialien, Verfahren sowie Fertigung von Schlüsselkomponenten, mit großen Investitionen, langer Dauer und langsamen Ergebnissen. Die oben genannten Unternehmen haben ebenfalls eine lange Entwicklungsdauer durchlaufen, um ihre Produkte auf das aktuelle Niveau zu entwickeln und zu verbessern, mit geringeren Kosten, höherer Leistung und Zuverlässigkeit sowie reduzierten Emissionen.