התקדמות מחקר וטנדים של פיתוח טורבינות גז כבדות והכיסויים התרמיים שלהם (4)

תכונות מפתח של תכשיט חום לטורבינה גז

בגלל העובדה שהפעולה של טורבינות גז קרקעיות היא בדרך כלל בסביבה מורכבת, והמחזור של תחזוקה הוא ארוך, הוא יכול להגיע עד 50,000 שעות. לכן, כדי לשפר את טכנולוגיית הקוטר החום של טורבינת הגז ולהאריך את תקופת החיים של הקוטר החום, בשנים האחרונות, חוקרים ביצעו מחקרים רבים על התכונות המפתח של הקוטר החום, כמו חוסר היכולת להפיץ חום, התנגדות לאוקסידציה, התנגדות לשבבים תרמיים ועמידות בפני קריסה תחת CMAS. ביניהם, המחקר והתקדמות של קוטרים חמים בהיבטים של חוסר הפצת חום, התנגדות לאוקסידציה וההתנגדות לשבבים תרמיים הם יחסית מלאים, אך ההתנגדות לקריסת CMAS יחסית חסרה. באותו הזמן, קריסת CMAS הפכה למצב כשל עיקרי של קוטרים חמים, מונעת את התפתחות הטורבינות הבאות של הגז עם הביצועים הגבוהים ביותר. לכן, חלק זה מroduce תחילה מבוא קצר על חוסר הפצת החום, התנגדות לאוקסידציה וההתנגדות לשבבים תרמיים של קוטרים חמים, ואז מתמקד בהתקדמות המחקר של מנגנון קריסת CMAS וטכנולוגיה להגנה על קוטרים חמים בחלק 4.

תכונת חימום חשמלי

עם התפתחותה של התעשייה, טורבינות גז ביצוע גבוה הצבו דרישות גבוהות יותר לטמפרטורת כניסה של הטורבינה. לכן, חשובה מאוד שיפור החימום העצמי של תכשיטי הבARRIER תרמיים. החימום העצמי של תכשיטי הבARRIER תרמיים קשור לתרכובת, המבנה והתהליך של הכנת התכשיט. בנוסף, הסביבה של שימוש בתכשיטי הבARRIER תרמיים תשפיע השפיע גם על ביצועי החימום העצמי שלהם.

הנפיצה الحرמית משמשת בדרך כלל כמפתח הערכה לביצועי חימום החמצון של שכבות חסימת חום. ליו יאנקואן ועמיתיו [48] הכינו שכבה של YSZ עם הוספת 2 מול.% Eu3+ באמצעות תהליך APS, ובשונה מ-SZ שכבת YSZ, התוצאות הראו שהנפיצה החורמת של שכבה זו הייתה נמוכה יותר, כלומר, חימום השכבה עם הוספת 2 מול.% Eu3+ היה טוב יותר. נמצא כי התכונות החלליות והגיאומטריות של הפורים בשכבה משפיעות בצורה רבה על ההולכת החום [49]. סון ועמיתיו [50] ביצעו מחקר השוואה על ההולכת החום והמודולוס אלסטיות של שכבות חסימת חום עם מבני פורים שונים. התוצאות הראו שההולכת החום והמודולוס האלסטיות של שכבה זו ירדו עם ירידת גודל הפורים, וככל שהפרוסתיות גבוהה יותר, כך ההולכת החום נמוכה יותר. מספר מחקרים הראו שאף על פי שהכיסויים של EB-PVD יש להם יכולות חימום טובות יותר בהשוואה ל-APS, זה בגלל שה-APS יש לו פרוסתיות גבוהה יותר והנפיצה החורמת שלו נמוכה יותר [51]. רץ'-שייב ועמיתיו [52] בדקו את השפעת עובי השכבה של PYSZ EB-PVD על ההולכת החום, והתוצאות הראו שהעובי השכבה של PYSZ EB-PVD משפיע בצורה משמעותית על ההולכת החום שלו, כלומר גם העובי השכבה הוא אחד המרכיבים החשובים המשפ השפיעו על ביצועי חימום החמצון של שכבה זו. תוצאות המחקר של גונג קייסינג ועמיתיו [53] גם הראו שבטווח העובי של שימושים מעשיים, הביצועים של חימום החמצון של השכבה פרופורציונליים לעובי שלה וההבדל הטמפרטורי הסביבתי. אף על פי שהביצועים של חימום החמצון של שכבה זו ישתפרו עם עליית העובי, כאשר העובי ממשיך להיראות עד ערך מסוים, קל לגרום לקונצנטרציה של מתחים בשכבה, מה שיגרום לכשל מוקדם. לכן, כדי לשפר את ביצועי חימום החמצון של השכבה ולהאריך את חיי השירות שלה, יש לנהל את עובי השכבה בצורה הגיונית.

התנגדתנגדות לאוקסידציה

תחת תנאי חמצון בטמפרטורה גבוהה, שכבה של TGO נוצרת בקלות בתוך הקוטר החום. השפעה של TGO על הקוטר החום [54] יש לה שני צדדים: מצד אחד, TGO שנוצר יכול למנוע את התפשטות האוקסיגן פנימה ולקטוע את ההשפעה החיצונית על חמצון המטריצה של הסплав. מצד שני, עם התעבה הדרגתית של TGO, עקב מודולוס האלסטיות הגבוה שלו וההבדל הגדול בין מקדם הרחיבה החם שלו לשכבה הדביקה, גם יצרו לחץ גדול במהלך תהליך הירידת הטמפרטורה, מה שיגרום לנפילת השכבה במהירות. לכן, כדי להאריך את חיי השMUX של הקוטר החום, יש לטפל בהאצה בשיפור התנגדות החמצון של הקוטר.

XIE ואחרים [55] בדקו את תהליך ההיווצרות והצמיחה של TGO, שהופרד לרוב לשני שלבים: ראשית, נוצרה שכבה צפופה α -שכבת Al2O3 נוצרה על השכבה המחברת, ולאחר מכן נוצר אוקסיד מעורב חלול בין השכבה החרצית ל- α -Al2O3. התוצאות מראות שהחומר העיקרי שגורם לפיצוצים {?} {?} {?} {?} {?} {?} {?} {?} {?} {?} {?} {?} {?} {?} {?} {?} {?} {?} {?} {?} α -Al2O3. ליו ועמיתיו [56] הציעו שיטה משופרת להימול את קצב הגידול של TGO באמצעות ניתוח מספרי של התפתחות הלחץ בשני מדרגות, כדי לחזות באופן מדויק את חייהם של כיסויים תרמיים. לכן, עובי TGO יכול להיות בקרה בצורה יעילה על ידי בקרת קצב הגידול של אוקסידים מעורבים פוריים מזיקים, כדי להימנע מתקלה מוקדמת של כיסויים תרמיים. התוצאות מראות שהגידול של TGO יכול להיחשב על ידי שימוש בכיסוי תרמי דו-ספקי, Deposition של שכבה מגנת על פני הכיסוי ושיפור שיפור צפיפות פני השטח של הכיסוי, ובכך לשפר את התנגדות האוקסידציה של הכיסוי עד一定程度. אנ ועמיתיו [57] השתמשו בטכנולוגיה APS כדי להכין שני סוגי כיסויים תרמיים: התנהגות ההיווצרות וההגדלה של TGO נחקרו באמצעות מבחני אוקסידציה איזותרמית בטמפרטורה של 1,100 ℃ . הראשון הוא תכשיט כפול של חומר קרמי YAG/YSZ (DCL TBC) והשני הוא תכשיט יחיד של חומר קרמי YSZ (SCL TBC). תוצאות המחקר מראות שההיווצרות והצמיחה של תהליך TGO עוקבות את חוקי התרמודינמיקה, כפי שמוצגים בדיאגרמה 5: לפי נוסחאות (1) ~ (8), נוצר Al2O3 בראשונה, ולאחר מכן חמצון יוני Y יוצר שכבה דקה מאוד של Y2O3 על פני שכבת TGO של Al2O3, והשתיים מגיבות זו עם זו כדי ליצור Y3Al5O12. כאשר יון אלומיניום מופחת לערך מסוים, אז המרכיבים מתכתיים אחרים בשכבת הקישור חומצים לפני ואחרי כדי ליצור אוקסידים מעורבים (Cr2O3, CoO, NiO ואוקסידים ספינליים וכו'), ראשית נוצרים Cr2O3, CoO, NiO, ואז הם מגיבים עם (Ni, Co) O ו-Al2O3 כדי ליצור (Ni, Co) Al2O4. (Ni, Co) O מגיבים עם Cr2O3 כדי ליצור (Ni, Co) Al2O4. בהשוואה ל-SCL TBC, קצב ההיווצרות והצמיחה של TGO ב-DCL TBC איטי יותר, ולכן יש לו תכונות mejores antioxidantes בטמפרטורות גבוהות. Xu Shiming ועמיתיו [58] השתמשו בספוטרינג מגנטי כדי להטיל סרט על פני השכבה של 7YSZ. לאחר טיפול חום, α -שכבת Al2O3 נוצרה על ידי תגובה במקום. המחקר הראה שה α -שכבת Al2O3 שנוצרה על פני השכבה יכולה לשפר את התנגדות האוקסידציה של השכבה על ידי מניעת דיפוזיון של יונים של חמצן. פנג ועמיתיו [59] הראו שריבוי לייזרי של פני השכבה של קוטינג YSZ ב-APS יכול לשפר את התנגדות האוקסידציה של השכבה, בעיקר כי ריבוי לייזרי יכול לשפר את הדחיסה של הקוטינג, מה שמאוחר את צמיחת TGO.

עמידות בפני הלם תרמי

כשרכיבי הקצה החמים של טורבינות גז כבדות בשימוש בסביבה בטמפרטורה גבוהה, הם מתקלים לעתים קרובות בהלם תרמי שנגרם על ידי שינוי מהיר בטמפרטורה. לכן, ניתן להגן על חלקי התארכוס על ידי שיפור ההתנגדות להלם תרמי שלcoatת הגנה תרמית. ההתנגדות להלם תרמי של coatת הגנה תרמית נבדקת בדרך כלל באמצעות מבחן מחזור תרמי (הלם תרמי), שבו הוא מוחזק בהתחלה בטמפרטורה גבוהה במשך זמן מסויים, ולאחר מכן מוסר כדי להקרין או להטמיד במים - זה מחזור תרמי אחד. ההתנגדות להלם תרמי של coatת הגנה תרמית מוערכת על ידי השוואה של מספר המחזורים התרמיים שהcoat עבר לפני הכשל. מחקרים הראו כי coatת הגנה תרמית עם מבנה דרגתי מציעה התנגדות טובה יותר להלם תרמי, בעיקר בגלל שהעובי של coatת הגנה תרמית עם מבנה דרגתי קטן יותר, מה שאפשר לדחות את המתח התרמי בcoat [60]. ZHANG ועמיתיו [61] ביצעו מבחני מחזור תרמי בטמפרטורה של 1,000 ℃ על שלוש צורות של תכשיטים, קווי ורשתות במכסים תרמיים שקיבלו על ידי חידוש לייזר של מכס תרמי NiCrAlY / 7YSZ, וביצעו מחקר של התנגדות ההלם התרמי של המגבות啧נפוץ והדגמים בשלוש צורות שונות לאחר הטיפול בלייזר. התוצאות מראות שהדגם נקודה יש לו התנגדות הלם תרמית הטובה ביותר והחיים המחזוריים שלו גדול פי שניים מזה של הדגם הפוזר. עם זאת, ההתנגדות להלם התרמי של הדגמים הקוים והרשתיים גרועה יותר מהדגמים הפוזרים, כפי שמוצג בדמות 6. בנוסף, מספר רב של מחקרים הראו כי כמה חומרי מכס חדשים בעלי התנגדות טובה להלם תרמי, כמו SrAl12O19 [62] שהוצע על ידי ZHOU ואחרים, LaMgAl11O19 [63] שהוצע על ידי LIU ואחרים, ו-Sm2 (Zr0.7Ce0.3) 2O7 [64] שהוצע על ידי HUO ואחרים. לכן, כדי לשפר את ההתנגדות להלם התרמי של המכס התרמי, מלבד עיצוב ותיכנון המכס, ניתן למצוא ולפתח חומרים חדשים עם התנגדות טובה להלם תרמי.