Toplotna zaščitna prevleka: Zaščita sredice lopatic plinske turbine v težkih pogojih
Težka plinska turbina je zaradi sorazmerno visoke učinkovitosti pretvorbe toplotnega dela najpomembnejša oprema na področju proizvodnje energije in pogona ladij, saj je razvojna tehnologija visoke ravni težke plinske turbine izjemno kompleksna, zato je težka plinska turbina znana tudi kot srce kitajske industrije in ladjedelništva. Doslej je Kitajska uspešno razvila težko plinsko turbino razreda 50 MW in iz nič dosegla preboj pri 50 MW težki plinski turbini razreda F. Kitajska trenutno izpopolnjuje konstrukcijo treh glavnih sistemov težkih plinskih turbin, pri čemer uresničuje trojstvo zasnove prototipa, proizvodnje opreme in dostave testov. Kitajska je postala tudi peta država na svetu, ki je popolnoma obvladala načrtovanje in proizvodno tehnologijo težkih plinskih turbin.
toplotno zaščitni premaz
Toplotna zaščitna prevleka je običajno sestavljena iz kovinske vezne spodnje plasti in keramične površinske plasti, vezna spodnja plast pa je običajno izdelana iz zlitine MCrAlY (M je Ni, Co ali Ni+Co), ki je v glavnem odgovorna za številne učinke prehodne toplotne neusklajenosti, odpornosti proti oksidaciji in odpornosti proti koroziji, medtem ko je keramična površinska plast običajno izdelana iz Y2O3 stabilnega ZrO2, ki ima predvsem vlogo toplotne izolacije. Zaradi dobre odpornosti proti oksidaciji pri visokih temperaturah, odpornosti proti eroziji in lastnosti toplotne izolacije je postal eden najnaprednejših visokotemperaturnih zaščitnih premazov za težke plinske turbine na tleh doma in v tujini.
Z razvojem letalske industrije postaja razmerje potiska in teže turbinskega motorja čedalje višje, temperatura vstopa v turbino pa čedalje višja. Glede na zgodovino raziskav materialov doma in v tujini je precej težko izboljšati visokotemperaturno odpornost turbinskih lopatic s povečanjem temperature uporabe materialov v kratkem času. Izvedljiva metoda je nanos toplotno zaščitne prevleke na podlago turbinske lopatice, da se poveča njena delovna temperatura. Prihodnji razvoj tehnologije premazov s toplotno zaporo se bo osredotočil na naslednje vidike:
(1) Ključna je raziskava o novem sistemu materiala za prevleko s toplotno pregrado, primernem za nadzvočni motor naslednje generacije, in iskanje keramičnih materialov z boljšo fazno stabilnostjo, nižjo stopnjo sintranja in toplotno prevodnostjo, ki lahko nadomestijo ZrO2.
(2) Študija optimizacije in mehanizma materiala in postopka priprave obstoječega sistema prevleke, vključno s sestavo sloja vezi Y, izbiro novega stabilnega oksida keramike YSZ, izboljšanjem in optimizacijo mikrostrukture prevleke, kot tudi nadaljnje preučevanje tehnologije gradientnega premaza, da bi izboljšali delovno temperaturo, življenjsko dobo in toplotno izolacijo premaza.
(3) Raziskave učinka toplotne izolacije prevleke s toplotno zaporo, stanje toplotne izolacije prevleke, to je temperaturni gradient, se testira z eksperimentalno simulacijo in v kombinaciji s teorijo prenosa toplote glede na toplotno prevodnost materiala prevleke, pričakovan učinek toplotne izolacije in delovno okolje komponent vročega konca, da se zagotovi podlaga za razumno načrtovanje debeline prevleke in zagotovijo smernice za izboljšanje prevleke.
(4) Za nadaljnjo proučitev modela napovedovanja življenjske dobe toplotne zaščitne prevleke, če se toplotno zaščitna prevleka nanese na dele turbinskega motorja z visokim tveganjem, je treba vzpostaviti sistem za napovedovanje življenjske dobe motorja, da se zagotovi varnost. Zato nadaljnja študija mehanizma odpovedi toplotne pregrade in mehanskega obnašanja v delovnih pogojih itd. vzpostavi razmeroma popoln model napovedovanja življenjske dobe, da se natančno oceni življenjska doba prevleke in zagotovi zanesljivo jamstvo za praktična uporaba toplotno zaščitnega premaza.
(5) Razviti novo tehnologijo testiranja učinkovitosti prevleke, zlasti tehnologijo nedestruktivnega testiranja, za natančno karakterizacijo vezne sile med prevleko in podlago, stopnjo razpokanosti prevleke, stopnjo fazne spremembe in druge lastnosti, tako da boljši nadzor nad kakovostjo premaza.
Težke plinske turbine zavzemajo osrednji položaj na področju proizvodnje energije in pomorskega pogona zaradi svoje učinkovite zmogljivosti pretvorbe toplote in dela. Kot ena od ključnih tehnologij igra toplotna zaščitna prevleka (TBC) pomembno vlogo pri izboljšanju delovne temperature in podaljševanju življenjske dobe turbinskih lopatic. Kitajska je na tem področju dosegla izjemen napredek, saj je uspešno obvladala načrtovanje in proizvodnjo težkih plinskih turbin. Toplotna zaščitna prevleka je običajno sestavljena iz kovinsko vezane spodnje plasti in keramične površinske plasti, od katerih spodnja plast v glavnem prevzema vlogo prehodne toplotne neusklajenosti, odpornosti proti oksidaciji in odpornosti proti koroziji, medtem ko ima površinska plast predvsem učinek toplotne izolacije . Prihodnje raziskave se bodo osredotočile na razvoj novih materialnih sistemov, optimizacijo obstoječih postopkov nanašanja premazov, izboljšanje toplotne izolacije, vzpostavitev modelov za napovedovanje življenjske dobe in razvoj novih tehnik testiranja učinkovitosti premazov za nadaljnje izboljšanje delovanja in zanesljivosti premazov.
