Otimização do tratamento térmico de pás de turbinas a gás: aplicação de tecnologia de difusão térmica e lama de proteção de alta temperatura

Como um equipamento mecânico de energia chave moderno, a melhoria da eficiência da turbina a gás é crucial para a utilização de energia e o desenvolvimento industrial. Para melhorar o desempenho das turbinas a gás, os pesquisadores tomaram várias medidas no design e na seleção de materiais das lâminas da turbina. Ao otimizar o design da lâmina, selecionar novos materiais resistentes a altas temperaturas e revestir a superfície da lâmina com revestimentos protetores de alta temperatura (como o revestimento NiCoCrAlY), a eficiência de trabalho das turbinas a gás pode ser significativamente melhorada. Esses revestimentos são favorecidos pelos cientistas de materiais porque são fáceis de implementar, simples em princípio e eficazes.

No entanto, as lâminas de turbina a gás que operam por um longo tempo em ambientes de alta temperatura enfrentam o problema de interdifusão de elementos entre o revestimento e o substrato, o que afetará seriamente o desempenho do revestimento. Para resolver esse problema, a tecnologia de tratamento térmico de superfície, como a aplicação de revestimentos protetores de alta temperatura e a configuração de camadas de barreira de difusão, pode efetivamente melhorar a resistência a altas temperaturas e a vida útil das lâminas, melhorando assim a eficiência operacional e a confiabilidade de toda a turbina a gás.

Vantagens da tecnologia de difusão de calor e da lama de blindagem

A tecnologia de difusão térmica tem sido usada em tratamento de modificação de superfície de alta temperatura desde 1988. Essa tecnologia pode formar uma fina camada carbonizada na superfície de materiais contendo carbono, como aço, liga de níquel, liga de diamante e carboneto cimentado, endurecendo significativamente a superfície do material que está sendo processado. Os materiais tratados por difusão térmica têm maior dureza e excelente resistência ao desgaste e à oxidação, o que pode aumentar muito a vida útil de matrizes de estampagem de metal de arroz, ferramentas de conformação, ferramentas de conformação de rolos, etc., em até 30 vezes.

Na fabricação de motores aeronáuticos, o processo de tratamento térmico das lâminas de turbina é crucial para melhorar o desempenho do motor. A pasta de mascaramento recém-introduzida pela Dalian Yibang é especialmente projetada para processos de revestimento por difusão de alta temperatura e pode fornecer boa proteção em ambientes extremos que excedem 1000°C, melhorando significativamente a eficiência da produção e a estabilidade do processo.

Estabilidade em alta temperatura: a lama de mascaramento tem bom desempenho em processos de revestimento por difusão em alta temperatura, excedendo 1000°C, evitando o risco de amolecimento dos materiais de mascaramento tradicionais em altas temperaturas e garantindo a confiabilidade do revestimento.

Não é necessário revestimento de folha de níquel: em comparação com os métodos tradicionais, a lama de mascaramento não requer revestimento adicional de folha de níquel, o que simplifica as etapas da operação e economiza tempo de mão de obra e custos de material.

Cura rápida: Em temperatura ambiente, a lama de mascaramento começa a curar em apenas 15 minutos e fica totalmente curada em 1 hora, encurtando significativamente o ciclo de produção e tornando o processo de imersão e escovação mais eficiente.

Operação simples e fácil remoção: os operadores podem remover facilmente a lama de mascaramento solidificada com uma faca de plástico rígido, reduzindo a complexidade do processo e os requisitos de habilidades operacionais.

Alta eficiência de trabalho: A lama de mascaramento adota a solução "pó seco + caixa". Uma caixa pode completar o trabalho de mascaramento de cerca de 10 partes, o que melhora significativamente a eficiência e a confiabilidade do processo.

Os cenários de aplicação de turbinas a gás de serviço pesado são principalmente fornecimento de energia de solo, aquecimento industrial e residencial, então o propósito final da turbina é refletido na potência de saída do eixo, acionando o gerador para gerar eletricidade e uma certa quantidade de temperatura de exaustão (para caldeiras de calor residual a jusante e turbinas a vapor). Ao projetar uma turbina a gás, é necessário levar em consideração o ciclo único e o ciclo combinado. As turbinas a gás se concentram mais na eficiência da geração de energia e no produto acabado ou na relação custo-benefício do produto, e buscam materiais duráveis ​​e confiáveis, longos ciclos de manutenção e longos intervalos. O projeto de motores de aeronaves se concentra na relação empuxo-peso. O produto deve ser projetado para ser o mais leve e pequeno possível, e o empuxo gerado deve ser o maior possível. É um ciclo único, então os materiais usados ​​são mais "de ponta". Ao mesmo tempo, ao projetar, mais ênfase é colocada na economia de combustível em operação de baixa carga. Afinal, as aeronaves passam a maior parte do tempo na estratosfera em vez de decolar.

Na verdade, tanto os motores de aeronaves quanto as turbinas a gás terrestres são as joias da coroa da indústria devido à dificuldade de fabricação, longo ciclo de P&D e ampla gama de indústrias envolvidas. No entanto, eles têm diferentes focos e diferentes desafios devido a diferentes campos de aplicação. Existem muito poucas empresas ou instituições no mundo que podem produzir turbinas a gás e motores de aeronaves de serviço pesado, como a GE Pratt & Whitney nos Estados Unidos, a Siemens na Alemanha, a Rolls-Royce no Reino Unido, a Mitsubishi no Japão, etc., porque envolve a intersecção de muitas disciplinas, design de sistema, materiais, processos e fabricação de componentes-chave, etc., com grandes investimentos, longo tempo e resultados lentos. As empresas acima mencionadas também passaram por um longo período de desenvolvimento para evoluir e melhorar seus produtos para o nível atual, com custos mais baixos, maior desempenho e confiabilidade e menores emissões.