Verbetering van de prestaties van lucht- en ruimtevaartovergangskanalen met geavanceerde hittebestendige legeringen Nederland

Overgangsgedeelte: de sleutelbrug die de verbrandingskamer en de turbine verbindt

De vorm van het overgangsgedeelte is meestal een geleidelijk veranderende pijp. De dwarsdoorsnede neemt geleidelijk toe van de compressor naar de verbrandingskamer. Dit komt doordat de luchtstroomsnelheid en druk bij de compressoruitlaat hoog zijn en het nodig is om de luchtstroomsnelheid te verlagen door de dwarsdoorsnede te vergroten, zodat de luchtstroom beter kan worden gemengd met de brandstof en stabiel kan worden verbrand in de verbrandingskamer. De lengte varieert afhankelijk van het algehele ontwerp en de prestatievereisten van de gasturbine. Over het algemeen moet het lengteontwerp rekening houden met de uniforme overgang van de luchtstroom en het minimaliseren van drukverlies.

Omdat het overgangsgedeelte bestand moet zijn tegen hoge temperaturen en druk, met name het overgangsgedeelte van de uitlaat van de verbrandingskamer naar de turbine, moet het bestand zijn tegen het schuren van verbrandingsgas met hoge temperaturen. Daarom worden er meestal hittebestendige legeringsmaterialen gebruikt, zoals legeringen op nikkelbasis. Wat betreft het productieproces kan precisiegiettechnologie worden gebruikt om ervoor te zorgen dat het binnenoppervlak glad is en de wrijvingsweerstand van de luchtstroom wordt verminderd. Tegelijkertijd zullen sommige overgangsgedeelten ook het ontwerp van interne koelkanalen aannemen om de temperatuur van de componenten te verlagen door koellucht in te voeren om de structurele integriteit en stabiele prestaties in omgevingen met hoge temperaturen te garanderen.

Tijdens de overgang van de compressor naar de verbrandingskamer is de hoofdfunctie het aanpassen van de snelheid en druk van de luchtstroom. De luchtstroomsnelheid bij de compressoruitlaat is hoog, terwijl de verbrandingskamer een relatief lage snelheid luchtstroom nodig heeft om voldoende menging en stabiele verbranding van brandstof en lucht te garanderen. De overgangssectie vermindert de luchtstroomsnelheid en de druk verandert dienovereenkomstig om te voldoen aan de vereisten van de verbrandingskamerinlaat door zijn geleidelijk veranderende dwarsdoorsnede. Van de verbrandingskamer naar de turbine moet de overgangssectie het gas met hoge temperatuur en hoge snelheid gelijkmatig de turbine laten binnenkomen om ervoor te zorgen dat de turbine efficiënt energie uit het gas kan halen. 

Het ontwerp van de overgangssectie is cruciaal om een ​​gelijkmatige luchtstroom te garanderen. In een gasturbine vereisen zowel de menging van brandstof en lucht in de verbrandingskamer als het werkproces van het gas in de turbine een gelijkmatige luchtstroomverdeling. Ongelijke luchtstroom kan leiden tot problemen zoals onvolledige verbranding, lokale oververhitting of ongelijkmatige kracht op de turbinebladen. De overgangssectie geleidt de luchtstroom om gelijkmatig door speciale interne structuren te stromen, zoals geleideschoepen en geleidelijke wandvormen, waardoor de prestaties en betrouwbaarheid van het gehele gasturbinesysteem worden verbeterd.

Het overgangsgedeelte tussen de verbrandingskamer en de turbine heeft direct invloed op de werkprestaties van de turbine. Als het overgangsgedeelte het gas met hoge temperatuur niet gelijkmatig in de turbine kan geleiden, worden de turbinebladen blootgesteld aan ongelijkmatige thermische en mechanische spanning. Dit zal niet alleen de efficiëntie van de turbine verminderen, maar kan ook schade aan de turbinebladen veroorzaken en de levensduur van de gasturbine verkorten. Bovendien zal het drukverlies in het overgangsgedeelte ook de gasdruk bij de turbine-inlaat beïnvloeden, waardoor de werkcapaciteit van de turbine wordt beïnvloed.