Ottimizzazione del trattamento termico delle pale delle turbine a gas: applicazione della tecnologia di diffusione termica e del fango di schermatura ad alta temperatura Italia

Come moderna apparecchiatura meccanica di potenza chiave, il miglioramento dell'efficienza della turbina a gas è fondamentale per l'utilizzo dell'energia e lo sviluppo industriale. Per migliorare le prestazioni delle turbine a gas, i ricercatori hanno adottato varie misure nella progettazione e nella selezione dei materiali delle pale della turbina. Ottimizzando la progettazione delle pale, selezionando nuovi materiali resistenti alle alte temperature e rivestendo la superficie delle pale con rivestimenti protettivi ad alta temperatura (come il rivestimento NiCoCrAlY), l'efficienza di lavoro delle turbine a gas può essere notevolmente migliorata. Questi rivestimenti sono preferiti dagli scienziati dei materiali perché sono facili da implementare, semplici in linea di principio ed efficaci.

Tuttavia, le pale delle turbine a gas che operano a lungo in ambienti ad alta temperatura affrontano il problema dell'interdiffusione di elementi tra il rivestimento e il substrato, che influirà seriamente sulle prestazioni del rivestimento. Per risolvere questo problema, la tecnologia di trattamento termico superficiale, come l'applicazione di rivestimenti protettivi ad alta temperatura e l'impostazione di strati barriera alla diffusione, può migliorare efficacemente la resistenza alle alte temperature e la durata utile delle pale, migliorando così l'efficienza operativa e l'affidabilità dell'intera turbina a gas.

Vantaggi della tecnologia di diffusione del calore e della sospensione schermante

La tecnologia di diffusione termica è stata utilizzata nel trattamento di modifica superficiale ad alta temperatura dal 1988. Questa tecnologia può formare un sottile strato carbonizzato sulla superficie di materiali contenenti carbonio come acciaio, lega di nichel, lega di diamante e carburo cementato, indurendo significativamente la superficie del materiale in lavorazione. I materiali trattati tramite diffusione termica hanno una durezza maggiore e un'eccellente resistenza all'usura e all'ossidazione, che può aumentare notevolmente la durata di vita di stampi per stampaggio di metalli di riso, utensili di formatura, utensili di profilatura a rulli, ecc., fino a 30 volte.

Nella produzione di motori aeronautici, il processo di trattamento termico delle pale delle turbine è fondamentale per migliorare le prestazioni del motore. La nuova poltiglia di mascheratura introdotta da Dalian Yibang è appositamente progettata per i processi di rivestimento a diffusione ad alta temperatura e può fornire una buona protezione in ambienti estremi superiori a 1000°C, migliorando così significativamente l'efficienza produttiva e la stabilità del processo.

Stabilità alle alte temperature: il fango di mascheratura funziona bene nei processi di rivestimento a diffusione ad alta temperatura superiori a 1000°C, evitando il rischio di ammorbidimento dei materiali di mascheratura tradizionali ad alte temperature e garantendo l'affidabilità del rivestimento.

Non è necessario alcun rivestimento in lamina di nichel: rispetto ai metodi tradizionali, il fango di mascheratura non richiede un ulteriore rivestimento in lamina di nichel, il che semplifica le fasi operative e consente di risparmiare tempo di manodopera e costi dei materiali.

Polimerizzazione rapida: a temperatura ambiente, il fango di mascheratura inizia a polimerizzare in soli 15 minuti e si polimerizza completamente entro 1 ora, riducendo notevolmente il ciclo di produzione e rendendo più efficiente il processo di immersione e spazzolatura.

Funzionamento semplice e rimozione facile: gli operatori possono rimuovere facilmente il fango di mascheratura solidificato con un coltello di plastica dura, riducendo la complessità del processo e le competenze operative richieste.

Elevata efficienza di lavoro: il fango di mascheratura adotta la soluzione "polvere secca + scatola". Una scatola può completare il lavoro di mascheratura di circa 10 parti, il che migliora significativamente l'efficienza e l'affidabilità del processo.

Gli scenari applicativi delle turbine a gas per impieghi gravosi sono principalmente l'alimentazione elettrica a terra, il riscaldamento industriale e residenziale, quindi lo scopo finale della turbina si riflette nella potenza di uscita dell'albero, che aziona il generatore per generare elettricità e una certa quantità di temperatura di scarico (per caldaie a recupero di calore a valle e turbine a vapore). Quando si progetta una turbina a gas, è necessario tenere conto sia del ciclo singolo che del ciclo combinato. Le turbine a gas si concentrano maggiormente sull'efficienza della generazione di energia e sul prodotto finito o sulla redditività del prodotto, e perseguono materiali durevoli e affidabili, lunghi cicli di manutenzione e lunghi intervalli. La progettazione dei motori aeronautici si concentra sul rapporto spinta-peso. Il prodotto dovrebbe essere progettato per essere il più leggero e piccolo possibile e la spinta generata dovrebbe essere la più grande possibile. È un ciclo singolo, quindi i materiali utilizzati sono più "di fascia alta". Allo stesso tempo, durante la progettazione, si pone maggiore enfasi sul risparmio di carburante in condizioni di basso carico. Dopotutto, gli aerei trascorrono la maggior parte del loro tempo nella stratosfera piuttosto che decollare.

In effetti, sia i motori aeronautici che le turbine a gas terrestri sono i gioielli della corona dell'industria a causa della difficoltà di produzione, del lungo ciclo di R&S e dell'ampia gamma di settori coinvolti. Tuttavia, hanno obiettivi e sfide diverse a causa dei diversi campi di applicazione. Ci sono pochissime aziende o istituzioni al mondo in grado di produrre turbine a gas e motori aeronautici per impieghi gravosi, come GE Pratt & Whitney negli Stati Uniti, Siemens in Germania, Rolls-Royce nel Regno Unito, Mitsubishi in Giappone, ecc., perché comporta l'intersezione di molte discipline, progettazione di sistemi, materiali, processi e produzione di componenti chiave, ecc., con grandi investimenti, tempi lunghi e risultati lenti. Le aziende sopra menzionate hanno anche sperimentato un lungo periodo di sviluppo per evolvere e migliorare i loro prodotti fino al livello attuale, con costi inferiori, prestazioni e affidabilità più elevate ed emissioni inferiori.