W turbinach gazowych, Odlewanie ze stopu stali o wysokiej temperaturze jest jedną z podstawowych technologii produkcji ostrzy turbin i komponentów komory spalania. Składniki te muszą wytrzymać ekstremalne warunki pracy, w tym wysoką temperaturę, wysokie ciśnienie, gazy korozyjne i naprężenie mechaniczne.
Zastosowanie łopat turbiny
Wymagania dotyczące środowiska pracy i wydajności
Ostrza turbiny są jednym z najbardziej krytycznych składników w turbinach gazowych, bezpośrednio narażonych na przepływ gazu o wysokiej temperaturze, a temperatura może być tak wysoka jak 1000 ° C lub więcej.
Odlewy stali ze stopową temperaturą muszą mieć następujące właściwości:
Odporność na wysoką temperaturę: zdolność do utrzymania siły i stabilności w środowisku wysokiej temperatury przez długi czas.
Odporność na pełzanie: Zapobiegaj odkształceniu tworzyw sztucznych w warunkach wysokiej temperatury i wysokiego naprężenia.
Odporność na utlenianie: odporność na utlenianie wysokiej temperatury i unikaj tworzenia kruchej warstwy tlenku na powierzchni.
Odporność na zmęczenie termiczne: radzenie sobie z częstymi cyklami startowymi i flukturacjami temperatury.
Wybór materiału
Stop w wysokiej temperaturze na bazie niklu:
Najczęściej stosowany materiał o doskonałej wytrzymałości w wysokiej temperaturze, odporności na utlenianie i odporność na pełzanie.
Wspólne oceny obejmują Inconel 718, Inconel 625, CMSX-4 itp.
Superalloys oparty na kobalcie:
Ma wyższą odporność na utlenianie i odporność na korozję i nadaje się do stosowania w wyjątkowo żrących środowiskach.
Wspólne ocen obejmują Haynes 188, Mar-M 509 itd.
Superalloys na bazie żelaza:
Ma niższy koszt, ale jego odporność na temperaturę jest nieco gorsza od stopów na bazie niklu i kobaltu i nadaje się do obszarów średniej temperatury.
Proces odlewania
Casting inwestycyjny
Odlewy inwestycyjne jest głównym procesem produkcji ostrzy turbin, które mogą osiągnąć złożone kształty i wysoką precyzję.
Za pomocą form ceramicznych produkowane są ostrza wolne od wad poprzez odlewanie inwestycyjne.
Wewnętrzne kanały chłodzenia (takie jak puste ostrza) można wytwarzać w celu poprawy wydajności rozpraszania ciepła.
Kierunkowe zestalenie (DS)
Kontrolując kierunek zestalania, ziarna rosną w określonym kierunku, zmniejszając liczbę granic ziaren, a tym samym poprawiając odporność na pełzanie.
Odlewanie pojedynczych kryształów (SC)
Ostrza pojedynczych kryształów nie mają granic ziaren, mają wyższą wytrzymałość na wysoką temperaturę i odporność na pełzanie i są pierwszym wyborem dla wysokiej klasy ostrzy turbinowych.
Obróbka powierzchniowa
Technologia powlekania:
Powłoka barierowa termiczna (TBC): Materiały ceramiczne (takie jak tlenek cyrkonu) są pokryte na powierzchni ostrza, aby zmniejszyć temperaturę podłoża i przedłużyć żywotność usług.
Powłoka przeciwutleniająca: takie jak powłoka glinu lub powłoka McRalal (metalowa chrom aluminiowa yttr) w celu zwiększenia zdolności przeciwutleniających.
Projekt chłodzenia:
Temperatura powierzchni ostrza jest zmniejszona poprzez wewnętrzne kanały chłodzenia i technologię chłodzenia zewnętrznego filmu powietrznego.
Zastosowanie komponentów komory spalania
Wymagania dotyczące środowiska pracy i wydajności
Składniki komory spalania są bezpośrednio w kontakcie z gazami spalinowymi o wysokiej temperaturze i są poddawane pod wysokim ciśnieniem i pożywkami korozyjnymi (takimi jak siarczki i tlenki azotu).
Główne wymagania dotyczące wydajności obejmują:
Oporność w wysokiej temperaturze: zdolność do wytrzymania temperatur spalania powyżej 1500 ° C.
Odporność na korozję: odporność na erozję przez produkty spalania.
Stabilność strukturalna: Utrzymuje kształt geometryczny niezmieniony pod wysoką temperaturą i wysokim ciśnieniem.
Wybór materiału
Stop w wysokiej temperaturze na bazie niklu: szeroko stosowany w komponentach komory spalania, o doskonałej wytrzymałości w wysokiej temperaturze i właściwościach przeciwutleniających.
Wspólne oceny obejmują Inconel 617, Hastelloy X itp.
Stopy w wysokiej temperaturze oparte na kobalcie:
Stosowane na obszarach o wysokiej temperaturze w komorach spalania, z lepszą odpornością na korozję.
Proces odlewania
Casting precyzyjny:
Służy do wytwarzania złożonych wkładek komory spalania, rur ognia i innych komponentów.
Dzięki optymalizacji procesu odlewania grubość ściany składników zapewnia jednolite, a stężenie naprężeń termicznych jest zmniejszone.
Spawanie i montaż:
W przypadku dużych elementów komory spalania zwykle przyjmuje się odlewanie segmentowe i spawanie.
Obróbka powierzchniowa
Powłoka barierowa termiczna (TBC):
Powłoka ceramiczna jest nakładana do wewnętrznej ściany komory spalania w celu zmniejszenia temperatury podłoża i poprawy odporności na ciepło.
Powłoka przeciwutleniająca:
Popraw odporność na utlenianie komponentów komory spalania i przedłużyć żywotność usług.
Projekt chłodzenia:
Składniki komory spalania są zwykle projektowane z porowatymi strukturami chłodzenia w celu zmniejszenia temperatury poprzez chłodzenie filmu i chłodzenie konwekcyjne.
Zalety odlewu stali o wysokiej temperaturze
Zdolność produkcji złożonych kształtów
Odlew stali o wysokiej temperaturze może wytwarzać złożone geometrie, takie jak puste struktury i kanały chłodzące łopatki turbinowe.
Ta umiejętność ma kluczowe znaczenie dla optymalizacji wydajności komponentów (takich jak poprawa wydajności chłodzenia).
Zastosowanie materiałów o wysokiej wydajności
Stal stopowy o wysokiej temperaturze ma doskonałą wytrzymałość wysokotemperaturową, odporność na utlenianie i odporność na pełzanie, które mogą zaspokoić potrzeby ekstremalnych warunków pracy turbin gazowych.
Długie życie i niezawodność
Poprzez zaawansowane procesy odlewania i technologie oczyszczania powierzchni, odlewy stali stopowej w wysokiej temperaturze mogą działać stabilnie i przez długi czas w środowiskach wysokiego temperatury, pod wysokim ciśnieniem i korozyjnym.
Zastosowanie odlewania stali o wysokiej temperaturze w turbinach gazowych znajduje głównie odzwierciedlenie w produkcji łopat turbiny i komponentów komory spalania. Technologie te spełniają nie tylko potrzeby ekstremalnych warunków pracy turbin gazowych, ale także promują postęp technologiczny w dziedzinach lotniczych i energii.
