Kaasuturbiinin siipien lämpökäsittelyn optimointi: lämpödiffuusioteknologian ja korkean lämpötilan suojamudan käyttö Suomi

Nykyaikaisena avainvoimamekaanisena laitteena kaasuturbiinien hyötysuhteen parantaminen on ratkaisevan tärkeää energiankäytön ja teollisuuden kehityksen kannalta. Kaasuturbiinien suorituskyvyn parantamiseksi tutkijat ovat toteuttaneet erilaisia ​​toimenpiteitä turbiinien siipien suunnittelussa ja materiaalivalinnassa. Optimoimalla siipien suunnittelua, valitsemalla uusia korkeita lämpötiloja kestäviä materiaaleja ja pinnoittamalla terän pinta korkeita lämpötiloja suojaavilla pinnoitteilla (kuten NiCoCrAlY-pinnoitteella), kaasuturbiinien työtehoa voidaan parantaa merkittävästi. Materiaalitutkijat suosivat näitä pinnoitteita, koska ne ovat helppoja toteuttaa, periaatteessa yksinkertaisia ​​ja tehokkaita.

Kuitenkin kaasuturbiinien siivet, jotka toimivat pitkään korkeissa lämpötiloissa, kohtaavat elementtien diffuusio-ongelman pinnoitteen ja alustan välillä, mikä vaikuttaa vakavasti pinnoitteen suorituskykyyn. Tämän ongelman ratkaisemiseksi pintalämpökäsittelytekniikka, kuten korkeiden lämpötilojen suojapinnoitteiden levittäminen ja diffuusiosulkukerrosten asettaminen, voi parantaa tehokkaasti terien kestävyyttä korkeissa lämpötiloissa ja käyttöikää, mikä parantaa siipien käyttötehokkuutta ja luotettavuutta. koko kaasuturbiini.

Lämmön diffuusioteknologian ja suojalietteen edut

Lämpödiffuusioteknologiaa on käytetty korkean lämpötilan pintakäsittelyssä vuodesta 1988. Tämä tekniikka voi muodostaa ohuen hiiltyneen kerroksen hiiltä sisältävien materiaalien, kuten teräksen, nikkeliseoksesta, timantiseoksesta ja sementoidusta karbidista, pinnalle, mikä kovettaa merkittävästi hiilen pintaa. käsiteltävä materiaali. Lämpödiffuusiolla käsitellyillä materiaaleilla on korkeampi kovuus ja erinomainen kulutuskestävyys ja hapettumisenkestävyys, mikä voi merkittävästi pidentää riisimetallin leimaussuulakkeiden, muotoilutyökalujen, rullamuovaustyökalujen jne. käyttöikää jopa 30 kertaa.

Lentokoneen moottoreiden valmistuksessa turbiinien siipien lämpökäsittelyprosessi on ratkaisevan tärkeä moottorin suorituskyvyn parantamiseksi. Dalian Yibangin äskettäin käyttöön otettu peiteliete on suunniteltu erityisesti korkean lämpötilan diffuusiopinnoitusprosesseihin ja se voi tarjota hyvän suojan äärimmäisissä ympäristöissä yli 1000°C, mikä parantaa merkittävästi tuotannon tehokkuutta ja prosessin vakautta.

Korkean lämpötilan stabiilisuus: Peittomuta toimii hyvin korkean lämpötilan diffuusiopinnoitusprosesseissa, jotka ylittävät 1000°C, jolloin vältetään perinteisten peitemateriaalien pehmeneminen korkeissa lämpötiloissa ja varmistetaan pinnoitteen luotettavuus.

Nikkelifoliopinnoitetta ei tarvita: Perinteisiin menetelmiin verrattuna peitemuta ei vaadi ylimääräistä nikkelifoliopinnoitetta, mikä yksinkertaistaa käyttövaiheita ja säästää työaikaa ja materiaalikustannuksia.

Nopea kovettuminen: Huoneenlämmössä peitemuta alkaa kovettua vain 15 minuutissa ja kovettuu täysin 1 tunnissa, mikä lyhentää merkittävästi tuotantosykliä ja tekee kasto- ja harjausprosessista tehokkaamman.

Yksinkertainen käyttö ja helppo irrotus: Käyttäjät voivat helposti poistaa jähmettyneen peitemutan kovalla muoviveitsellä, mikä vähentää prosessin monimutkaisuutta ja käyttötaitojen vaatimuksia.

Korkea työteho: Peittomuta ottaa käyttöön "kuivajauhe + laatikko" -ratkaisun. Yhdellä laatikolla voidaan suorittaa noin 10 osan peittotyö, mikä parantaa merkittävästi prosessin tehokkuutta ja luotettavuutta.

Raskaiden kaasuturbiinien sovellusskenaariot ovat pääasiassa maasähkönsyöttöä, teollisuus- ja asuinlämmitystä, joten turbiinin lopullinen tarkoitus heijastuu akselin lähtötehoon, generaattorin ohjaamiseen tuottamaan sähköä ja tietyssä määrässä pakokaasuja. lämpötila (jäljempänä hukkalämpökattiloissa ja höyryturbiineissa). Kaasuturbiinia suunniteltaessa on otettava huomioon sekä yksikierto että yhdistetty sykli. Kaasuturbiinit keskittyvät enemmän sähköntuotannon tehokkuuteen ja valmiiseen tuotteeseen tai tuotteen kustannustehokkuuteen ja tavoittelevat kestäviä ja luotettavia materiaaleja, pitkiä huoltojaksoja ja pitkiä huoltovälejä. Lentokoneiden moottoreiden suunnittelussa keskitytään työntövoiman ja painon suhteeseen. Tuote tulee suunnitella mahdollisimman kevyeksi ja pieneksi ja syntyvän työntövoiman tulee olla mahdollisimman suuri. Se on yksi sykli, joten käytetyt materiaalit ovat "high-end". Samaan aikaan suunnittelussa painotetaan enemmän polttoainetaloutta matalalla kuormituksella. Loppujen lopuksi lentokoneet viettävät suurimman osan ajastaan ​​stratosfäärissä nousun sijaan.

Itse asiassa sekä lentokoneiden moottorit että maassa toimivat kaasuturbiinit ovat teollisuuden kruunun jalokiviä valmistuksen vaikeuden, pitkän T&K-syklin ja monien mukana olevien teollisuudenalojen vuoksi. Niillä on kuitenkin erilaiset painopisteet ja erilaiset haasteet erilaisista sovellusalueista johtuen. Maailmassa on hyvin vähän yrityksiä tai laitoksia, jotka pystyvät valmistamaan raskaita kaasuturbiineja ja lentokoneiden moottoreita, kuten GE Pratt & Whitney Yhdysvalloissa, Siemens Saksassa, Rolls-Royce Isossa-Britanniassa, Mitsubishi Japanissa jne. ., koska siihen liittyy monien tieteenalojen risteys, järjestelmäsuunnittelu, materiaalit, prosessit ja avainkomponenttien valmistus jne., suurilla investoinneilla, pitkällä aikavälillä ja hitailla tuloksilla. Yllä mainitut yritykset ovat myös kokeneet pitkän kehitysjakson kehittääkseen ja parantaakseen tuotteitaan nykytasolle alhaisemmilla kustannuksilla, korkeammalla suorituskyvyllä ja luotettavuudella sekä pienemmillä päästöillä.