Optimalisatie van de warmtebehandeling van gasturbinebladen: toepassing van thermische diffusietechnologie en hogetemperatuur-afschermingsmodder Nederland

Als moderne mechanische apparatuur met een sleutelvermogen is verbetering van de efficiëntie van gasturbines cruciaal voor energiegebruik en industriële ontwikkeling. Om de prestaties van gasturbines te verbeteren, hebben onderzoekers verschillende maatregelen genomen in het ontwerp en de materiaalkeuze van turbinebladen. Door het ontwerp van de bladen te optimaliseren, nieuwe hittebestendige materialen te selecteren en het bladoppervlak te coaten met hittebestendige beschermende coatings (zoals NiCoCrAlY-coating), kan de werkefficiëntie van gasturbines aanzienlijk worden verbeterd. Deze coatings zijn favoriet bij materiaalkundigen omdat ze eenvoudig te implementeren, eenvoudig in principe en effectief zijn.

Gasturbinebladen die langdurig in omgevingen met hoge temperaturen werken, hebben echter te maken met het probleem van interdiffusie van elementen tussen de coating en het substraat, wat de coatingprestaties ernstig zal beïnvloeden. Om dit probleem op te lossen, kan oppervlaktewarmtebehandelingstechnologie, zoals het aanbrengen van beschermende coatings tegen hoge temperaturen en het opzetten van diffusiebarrièrelagen, de hogetemperatuurbestendigheid en levensduur van de bladen effectief verbeteren, waardoor de operationele efficiëntie en betrouwbaarheid van de hele gasturbine worden verbeterd.

Voordelen van warmtediffusietechnologie en afschermingsslib

Thermische diffusietechnologie wordt sinds 1988 gebruikt bij oppervlaktemodificatiebehandelingen met hoge temperaturen. Deze technologie kan een dunne gecarboniseerde laag vormen op het oppervlak van koolstofhoudende materialen zoals staal, nikkellegering, diamantlegering en hardmetaal, waardoor het oppervlak van het te verwerken materiaal aanzienlijk wordt verhard. Materialen die worden behandeld met thermische diffusie hebben een hogere hardheid en uitstekende slijtvastheid en oxidatiebestendigheid, wat de levensduur van rijstmetaalstempelmatrijzen, vormgereedschappen, rolvormgereedschappen, enz. aanzienlijk kan verlengen tot wel 30 keer.

Bij de productie van vliegtuigmotoren is het warmtebehandelingsproces van turbinebladen cruciaal voor het verbeteren van de motorprestaties. De onlangs geïntroduceerde maskeringsslurry van Dalian Yibang is speciaal ontworpen voor diffusiecoatingprocessen bij hoge temperaturen en kan goede bescherming bieden in extreme omgevingen van meer dan 1000°C, waardoor de productie-efficiëntie en de processtabiliteit aanzienlijk worden verbeterd.

Hoge temperatuurstabiliteit: Maskeringsmodder presteert goed in hogetemperatuurdiffusiecoatingprocessen van meer dan 1000°C. Hiermee wordt het risico vermeden dat traditionele afdekmaterialen bij hoge temperaturen zacht worden en wordt de betrouwbaarheid van de coating gewaarborgd.

Geen nikkelfoliecoating nodig: In vergelijking met traditionele methoden heeft de afplakmodder geen extra nikkelfoliecoating nodig, wat de operationele stappen vereenvoudigt en arbeidstijd en materiaalkosten bespaart.

Snelle uitharding: Bij kamertemperatuur begint de afplakmodder al binnen 15 minuten uit te harden en is binnen 1 uur volledig uitgehard. Hierdoor wordt de productiecyclus aanzienlijk verkort en verloopt het dompel- en borstelproces efficiënter.

Eenvoudige bediening en eenvoudig verwijderen: Operators kunnen de gestolde afdekvloeistof eenvoudig verwijderen met een hard plastic mes, waardoor de complexiteit van het proces en de vereisten voor bedieningsvaardigheden worden verminderd.

Hoge werkefficiëntie: De maskeringsmodder gebruikt de "droog poeder + doos"-oplossing. Eén doos kan het maskeringswerk van ongeveer 10 onderdelen voltooien, wat de efficiëntie en betrouwbaarheid van het proces aanzienlijk verbetert.

De toepassingsscenario's van zware gasturbines zijn voornamelijk grondstroomvoorziening, industriële en residentiële verwarming, dus het uiteindelijke doel van de turbine wordt weerspiegeld in het uitgangsvermogen van de as, het aandrijven van de generator om elektriciteit op te wekken, en een bepaalde hoeveelheid uitlaattemperatuur (voor downstream afvalwarmteketels en stoomturbines). Bij het ontwerpen van een gasturbine is het noodzakelijk om rekening te houden met zowel enkele cyclus als gecombineerde cyclus. Gasturbines richten zich meer op de efficiëntie van de stroomopwekking en het eindproduct of de kosteneffectiviteit van het product, en streven naar duurzame en betrouwbare materialen, lange onderhoudscycli en lange intervallen. Het ontwerp van vliegtuigmotoren richt zich op de stuwkracht-gewichtsverhouding. Het product moet zo licht en klein mogelijk worden ontworpen en de gegenereerde stuwkracht moet zo groot mogelijk zijn. Het is een enkele cyclus, dus de gebruikte materialen zijn meer "high-end". Tegelijkertijd wordt bij het ontwerpen meer nadruk gelegd op brandstofbesparing bij lage belasting. Vliegtuigen brengen immers het grootste deel van hun tijd door in de stratosfeer in plaats van op te stijgen.

In feite zijn zowel vliegtuigmotoren als grondgebonden gasturbines de juwelen in de kroon van de industrie vanwege de moeilijkheidsgraad van de productie, de lange R&D-cyclus en het brede scala aan betrokken industrieën. Ze hebben echter verschillende aandachtspunten en verschillende uitdagingen vanwege verschillende toepassingsgebieden. Er zijn maar weinig bedrijven of instellingen in de wereld die zware gasturbines en vliegtuigmotoren kunnen produceren, zoals GE Pratt & Whitney in de Verenigde Staten, Siemens in Duitsland, Rolls-Royce in het Verenigd Koninkrijk, Mitsubishi in Japan, enz., omdat het de kruising van vele disciplines, systeemontwerp, materialen, processen en productie van belangrijke componenten, enz. betreft, met grote investeringen, lange tijd en trage resultaten. De bovengenoemde bedrijven hebben ook een lange ontwikkelingsperiode doorgemaakt om hun producten te laten evolueren en verbeteren tot het huidige niveau, met lagere kosten, hogere prestaties en betrouwbaarheid en lagere emissies.