Optymalizacja obróbki cieplnej łopatek turbiny gazowej: zastosowanie technologii dyfuzji cieplnej i wysokotemperaturowego płynu ekranującego Polska

Jako nowoczesny kluczowy sprzęt mechaniczno-energetyczny, poprawa wydajności turbiny gazowej ma kluczowe znaczenie dla wykorzystania energii i rozwoju przemysłu. Aby zwiększyć wydajność turbin gazowych, naukowcy podjęli różne środki w zakresie projektowania i doboru materiałów łopatek turbin. Poprzez optymalizację projektu łopatki, wybór nowych materiałów odpornych na wysokie temperatury i powlekanie powierzchni łopatki powłokami ochronnymi odpornymi na wysokie temperatury (takimi jak powłoka NiCoCrAlY), wydajność pracy turbin gazowych może zostać znacznie poprawiona. Naukowcy zajmujący się materiałami preferują te powłoki, ponieważ są łatwe do wdrożenia, proste w zasadzie i skuteczne.

Jednakże łopatki turbin gazowych, które działają przez długi czas w środowiskach o wysokiej temperaturze, napotykają problem interdyfuzji pierwiastków między powłoką a podłożem, co poważnie wpływa na wydajność powłoki. Aby rozwiązać ten problem, technologia obróbki cieplnej powierzchni, taka jak nakładanie powłok ochronnych wysokotemperaturowych i tworzenie warstw bariery dyfuzyjnej, może skutecznie poprawić odporność na wysokie temperatury i żywotność łopatek, poprawiając tym samym wydajność operacyjną i niezawodność całej turbiny gazowej.

Zalety technologii dyfuzji ciepła i osłonowej zawiesiny

Technologia dyfuzji cieplnej jest stosowana w obróbce powierzchni w wysokiej temperaturze od 1988 roku. Technologia ta może tworzyć cienką zwęgloną warstwę na powierzchni materiałów zawierających węgiel, takich jak stal, stop niklu, stop diamentu i węglik spiekany, znacznie hartując powierzchnię przetwarzanego materiału. Materiały poddane obróbce dyfuzją cieplną mają wyższą twardość i doskonałą odporność na zużycie i utlenianie, co może znacznie wydłużyć żywotność matryc do tłoczenia ryżu, narzędzi formujących, narzędzi do profilowania rolkowego itp. nawet 30-krotnie.

W produkcji silników lotniczych proces obróbki cieplnej łopatek turbiny ma kluczowe znaczenie dla poprawy wydajności silnika. Nowo wprowadzona przez Dalian Yibang mata maskująca została specjalnie zaprojektowana do procesów powlekania dyfuzyjnego w wysokiej temperaturze i może zapewnić dobrą ochronę w ekstremalnych warunkach przekraczających 1000°C, co znacznie poprawia wydajność produkcji i stabilność procesu.

Wysoka stabilność temperaturowa: Błoto maskujące sprawdza się dobrze w procesach powlekania dyfuzyjnego w wysokiej temperaturze przekraczającej 1000°C, co pozwala uniknąć ryzyka mięknięcia tradycyjnych materiałów maskujących w wysokich temperaturach i gwarantuje niezawodność powłoki.

Brak konieczności stosowania powłoki z folii niklowej: W porównaniu z tradycyjnymi metodami, masa maskująca nie wymaga dodatkowej powłoki z folii niklowej, co upraszcza kroki operacyjne i oszczędza czas pracy oraz koszty materiałów.

Szybkie utwardzanie: W temperaturze pokojowej masa maskująca zaczyna utwardzać się już po 15 minutach i osiąga pełne utwardzenie w ciągu 1 godziny, co znacznie skraca cykl produkcyjny i sprawia, że ​​proces zanurzania i nakładania pędzlem jest bardziej wydajny.

Prosta obsługa i łatwe usuwanie: Operatorzy mogą łatwo usunąć zestalony osad maskujący za pomocą twardego plastikowego noża, co zmniejsza złożoność procesu i wymagania dotyczące umiejętności operacyjnych.

Wysoka wydajność pracy: Błoto maskujące przyjmuje rozwiązanie „suchy proszek + pudełko”. Jedno pudełko może wykonać maskowanie około 10 części, co znacznie zwiększa wydajność i niezawodność procesu.

Scenariusze zastosowań ciężkich turbin gazowych to głównie zasilanie naziemne, ogrzewanie przemysłowe i mieszkaniowe, więc ostateczny cel turbiny odzwierciedla się w mocy wyjściowej wału, napędzaniu generatora w celu generowania energii elektrycznej i określonej temperaturze spalin (w przypadku kotłów na odzysk ciepła i turbin parowych). Podczas projektowania turbiny gazowej konieczne jest uwzględnienie zarówno cyklu pojedynczego, jak i cyklu kombinowanego. Turbiny gazowe koncentrują się bardziej na wydajności wytwarzania energii i produkcie końcowym lub opłacalności produktu, a także dążą do trwałych i niezawodnych materiałów, długich cykli konserwacji i długich odstępów. Projektowanie silników lotniczych koncentruje się na stosunku ciągu do masy. Produkt powinien być zaprojektowany tak, aby był jak najlżejszy i najmniejszy, a generowany ciąg powinien być jak największy. Jest to cykl pojedynczy, więc użyte materiały są bardziej „wysokiej klasy”. Jednocześnie podczas projektowania większy nacisk kładzie się na oszczędność paliwa przy pracy przy niskim obciążeniu. W końcu samoloty spędzają większość czasu w stratosferze, a nie startują.

W rzeczywistości zarówno silniki lotnicze, jak i naziemne turbiny gazowe są klejnotami w koronie przemysłu ze względu na trudności w produkcji, długi cykl badawczo-rozwojowy i szeroki zakres zaangażowanych branż. Mają jednak różne cele i różne wyzwania ze względu na różne obszary zastosowań. Na świecie jest bardzo niewiele firm lub instytucji, które mogą produkować ciężkie turbiny gazowe i silniki lotnicze, takie jak GE Pratt & Whitney w Stanach Zjednoczonych, Siemens w Niemczech, Rolls-Royce w Wielkiej Brytanii, Mitsubishi w Japonii itp., ponieważ wiąże się to z przecięciem wielu dyscyplin, projektowaniem systemów, materiałami, procesami i produkcją kluczowych komponentów itp., przy dużych inwestycjach, długim czasie i powolnych wynikach. Wspomniane powyżej firmy doświadczyły również długiego okresu rozwoju, aby ewoluować i ulepszać swoje produkty do obecnego poziomu, przy niższych kosztach, wyższej wydajności i niezawodności oraz niższych emisjach.