Оптимізація термічної обробки лопаток газових турбин: застосування технології термального дифузіону та високотемпературної шламової маски

Як сучасне ключове енергомеханічне обладнання, покращення ефективності газотурбін є критичним для використання енергії та промислового розвитку. Щоб підвищити продуктивність газових турбін, дослідники приймають різні заходи щодо дизайну та вибору матеріалів для турбінних лопаток. Оптимізація дизайну лопаток, вибір нових високотемпературних матеріалів та нанесення на поверхню лопатки високотемпературних захисних покриттів (наприклад, покриття NiCoCrAlY) можуть значно підвищити ефективність роботи газових турбін. Ці покриття отримали широке визнання серед науковців-матеріалозnavців через простоту реалізації, зрозумілість принципу і ефективність.

Тим не менш, лопатки газових турбин, які працюють довгий час у високотемпературних середовищах, стикаються з проблемою міжфазного дифузії елементів між покриттям і підложем, що негативно впливає на ефективність покриття. Для розв'язання цієї проблеми технологія термічної обробки поверхні, така як застосування високотемпературних захисних покриттів і установка бар'єрних шарів, може ефективно покращити високотемпературну стійкість та тривалість лопаток, що, у свою чергу, покращує ефективність та надійність усього газового турбіна.

Переваги технології теплової дифузії та захисного пастозного матеріалу

Технологія термальної дифузії використовується у високотемпературній модифікації поверхні з 1988 року. Ця технологія може утворювати тонку карбонізовану шар на поверхні матеріалів, що містять вуглець, таких як сталь, нікелевий сплав, алмазний сплав і тверді сплави, значно споживчуючи поверхню обробляного матеріалу. Матеріали, піддані термальній дифузії, мають більшу твердість та відмінну сопротивлення витримуванню та оксидуванню, що може значно збільшити строк служби рисового металевого штампів, формувальних інструментів, ролевих формувальних інструментів тощо до 30 разів.

У виготовленні авіадвигунів процес термального опрацювання турбінних лопаток є ключовим для покращення продуктивності двигуна. Нововведена маска-паста компанії Dalian Yibang спеціально розроблена для процесів високотемпературного дифузійного охочування і може забезпечити хорошу захисту у екстремальних середовищах, перевищуючи 1000 ° C, таким чином значно покращуючи продуктивність виробництва та стабільність процесу.

Висока температурна стійкість: Маскувальна глина добре проявляє себе в процесах дифузного нанесення покриття при температурах більше 1000 ° C, уникнення ризику змʼякшення традиційних матеріалів маскування при високих температурах та забезпечення надійності покриття.

Не потрібне нанесення покриття з никелевої фольги: У порівнянні з традиційними методами, маскувальна глина не потребує додаткового покриття никелевою фольгою, що спрощує етапи операцій і заощаджує час праці та матеріальні витрати.

Швидке затвердження: При кімнатній температурі маскувальна глина починає затвердjęвати вже через 15 хвилин і повністю затвердjęє протягом години, значно скорочуючи цикл виробництва і роблячи процес намакання та поштовхування ефективнішим.

Проста операція та легке вилучення: Оператори можуть легко вилучити затвердjęну маскувальну глину твердим пластиковим ножем, що зменшує складність процесу та вимоги до навичок управління.

Висока ефективність роботи: маскуюча глина використовує рішення "суха порошкова форма + коробка". Одна коробка може виконати маскувальну роботу приблизно 10 деталей, що значно підвищує ефективність та надійність процесу.

Сценарії застосування важкісних газотурбін головним чином включають наземне забезпечення електроенергією, промислове та бутове опалення, тому кінцеве призначення турбіни виражається у вихідній потужності валу, що приводить генератор для виробництва електрики, і певній температурі викиду (для нижньострумних відновлювальних котлів та парових турбин). При проектуванні газотурбіни необхідно враховувати як одинарний, так і комбінований цикли. Газотурбіни більше зосереджені на ефективності виробництва електроенергії та готовому продукті або його вартісній ефективності, досліджуючи тривалі та надійні матеріали, довгі терміни технічного обслуговування та інтервали. Проектування літаків фокусується на відношенні тяги до ваги. Продукт повинен бути проектований максимально легкою та компактною конструкцією, а тяга, яку він створює, повинна бути максимально великою. Це одинарний цикл, тому матеріали, які використовуються, є більш "елітними". При цьому при проектуванні більше уваги приділяється паливної економічності при низькій навантаженості. Все ж таки, літаки проводять більшу частину часу у стратосфері, а не під час старту.

Насправді, якісно обидва авіаційні двигуни та наземні газові турбіни є жемчужинами промисловості через складність виготовлення, довгий цикл НДІ та широкий спектр залучених галузей. Проте вони мають різні акценти та виклики через різні області застосування. У світі дуже мало компаній або установ, які можуть виробляти важкі газові турбіни та авіаційні двигуни, такі як GE Pratt & Whitney в США, Siemens в Німеччині, Rolls-Royce в Великобританії, Mitsubishi в Японії тощо, оскільки це стосується перетину багатьох дисциплін, системного дизайну, матеріалів, процесів та виготовлення ключових компонентів, з великими інвестиціями, довгим часом та повільними результатами. Згадані вище компанії також пережили довгий період розвитку, щоб еволюціонувати та покращувати свої продукти до поточного рівня, з меншими витратами, вищою продуктивністю та надійністю, а також зменшеними викидами.