U plinskim turbinama, Visoko temperaturna legura od lijevanog čelika jedna je od temeljnih tehnologija za proizvodnju lopatica turbina i komponenti komore za izgaranje. Te komponente moraju izdržati ekstremne radne uvjete, uključujući visoku temperaturu, visoki tlak, korozivne plinove i mehanički stres.
Primjena turbinskih noževa
Radno okruženje i zahtjevi za izvedbu
Turbinske lopatice jedna su od najkritičnijih komponenti u plinskim turbinama, izravno izložena protoku plina visoke temperature, a temperatura može biti čak 1000 ° C ili više.
Visoka temperaturna legura od čeličnih odljeva mora imati sljedeća svojstva:
Visoka temperaturna otpornost: Sposobnost održavanja čvrstoće i stabilnosti u okruženju visoke temperature duže vrijeme.
Otpornost na puzanje: Spriječite plastičnu deformaciju pod visokim temperaturama i uvjetima visokog naprezanja.
Oksidacijska otpornost: Oduprite se oksidaciji visoke temperature i izbjegavajte stvaranje krhkog oksidnog sloja na površini.
Toplinski otpor umora: nositi se s čestim ciklusima start-stop i temperaturnim fluktuacijama.
Odabir materijala
Legura visoke temperature na bazi nikla:
Najčešće korišteni materijal s izvrsnom snagom visoke temperature, oksidacijskom otpornošću i otpornošću na puzanje.
Uobičajene ocjene uključuju Inkonel 718, Inkonel 625, CMSX-4, itd.
Superaloys sa sjedištem u kobaltu:
Ima veću otpornost na oksidaciju i otpornost na koroziju, a pogodan je za upotrebu u izuzetno korozivnim okruženjima.
Uobičajene ocjene uključuju Haynes 188, Mar-M 509, itd.
Superalloys na bazi željeza:
Ima niže troškove, ali temperaturni otpor malo je inferiorni od legure na bazi nikla i kobalta, a pogodan je za područja srednje temperature.
Postupak lijevanja
Casting
Casting ulaganja glavni je postupak za proizvodnju lopatica turbina, koji mogu postići složene oblike i visoku preciznost.
Koristeći keramičke kalupe, noževi bez oštećenja proizvode se ulaganjem.
Unutarnji kanali za hlađenje (poput šupljih noževa) mogu se proizvesti za poboljšanje učinkovitosti rasipanja topline.
Upravljanje usmjeravanja (DS)
Kontroliranjem smjera očvršćivanja, zrna raste u određenom smjeru, smanjujući broj granica zrna i na taj način poboljšavajući otpornost na puzanje.
Jednostruki kristalni lijevanje (SC)
Jednostruke kristalne lopatice nemaju granice zrna, imaju veću visoku temperaturu i otpornost na puzanje, a prvi su izbor za noževe turbine vrhunske turbine.
Površinski obrada
Tehnologija premaza:
Toplinski premaz (TBC): Keramički materijali (poput cirkonijevog oksida) obloženi su na površini lopatice kako bi se smanjila temperatura supstrata i produžila radni vijek.
Prevlačenje protiv oksidacije: kao što je aluminidni premaz ili mcraly (metalni kromov aluminij ytrium) premaz kako bi se poboljšala sposobnost antioksidacije.
Dizajn hlađenja:
Površinska temperatura oštrice smanjuje se unutarnjim kanalima za hlađenje i vanjskim tehnologijom hlađenja zraka.
Primjena komponenti komore za izgaranje
Radno okruženje i zahtjevi za izvedbu
Komponente komore za izgaranje izravno su u kontaktu s plinovima za izgaranje visoke temperature i podvrgnute su visokom tlaku i korozivnom mediju (poput sulfida i dušičnih oksida).
Glavni zahtjevi za izvedbu uključuju:
Visoko temperaturni otpor: Sposoban izdržati temperature izgaranja iznad 1500 ° C.
Otpornost na koroziju: Oduprite se eroziji proizvodima izgaranja.
Strukturna stabilnost: održava geometrijski oblik nepromijenjen pod visokim temperaturama i visokim tlakom.
Odabir materijala
Legura visoke temperature na bazi nikla: široko se koristi u komponentama komore za izgaranje, s izvrsnom snagom visoke temperature i svojstvima protiv oksidacije.
Uobičajene ocjene uključuju Inkonel 617, Hastelloy X, itd.
Visokotemperaturne legure na bazi kobalta:
Koristi se u visokim temperaturama u komorama za izgaranje, s boljom otpornošću na koroziju.
Postupak lijevanja
Precizno lijevanje:
Koristi se za izradu složenih obloga komora za izgaranje, plamenskih cijevi i drugih komponenti.
Optimiziranjem postupka lijevanja, osigurava se da debljina stijenke komponenti bude ujednačena, a koncentracija toplinskog naprezanja smanjuje se.
Zavarivanje i montaža:
Za velike komponente komore za izgaranje obično se prihvaćaju segmentirano lijevanje i zavarivanje.
Površinski obrada
Toplinski premaz (TBC):
Keramički premaz primjenjuje se na unutarnji zid komore za izgaranje kako bi se smanjila temperatura supstrata i poboljšao toplinsku otpornost.
Premaz protiv oksidacije:
Poboljšajte oksidacijsku otpornost komponenti komore za izgaranje i proširite radni vijek.
Dizajn hlađenja:
Komponente komore za izgaranje obično su dizajnirane s poroznim strukturama hlađenja kako bi se smanjila temperatura kroz hlađenje filma i hlađenje konvekcije.
Prednosti lijevanja s visokim temperaturama od legiranja
Sposobnost proizvodnje složenih oblika
Visokotemperaturni odliveni čelični odljevi mogu proizvesti složene geometrije, poput šupljih konstrukcija i hladnih kanala turbinskih noževa.
Ova je sposobnost presudna za optimizaciju performansi komponenti (poput poboljšanja učinkovitosti hlađenja).
Primjenjivost materijala visokih performansi
Čelik s visokim temperaturama ima izvrsnu čvrstoću visoke temperature, otpornost na oksidaciju i otpornost na puzanje, što može zadovoljiti potrebe ekstremnih radnih uvjeta plinskih turbina.
Dug život i pouzdanost
Kroz napredne procese lijevanja i tehnologije površinskog obrade, odljevi s visokim temperaturama od čelika mogu djelovati stabilno i dugo vremena u visokoj temperaturi, visokoj tlaku i korozivnom okruženju.
Primjena visokotemperaturnog lijevanja od legiranja čelika u plinskim turbinama uglavnom se odražava na proizvodnju turbinskih lopatica i komponenti komore za izgaranje. Ove tehnologije ne samo da zadovoljavaju potrebe ekstremnih radnih uvjeta plinskih turbina, već i promiču tehnološki napredak u područjima zrakoplovstva i energije.
