V plynových turbínach, odlievanie ocele s vysokou teplotou je jednou zo základných technológií pre výrobu lopatiek turbíny a komponentov spaľovacej komory. Tieto komponenty musia vydržať extrémne pracovné podmienky vrátane vysokého teploty, vysokého tlaku, korozívnych plynov a mechanického napätia.
Aplikácia lopatiek turbíny
Pracovné prostredie a požiadavky na výkonnosť
Čepele turbíny sú jednou z najdôležitejších zložiek plynových turbín, priamo vystavených prietoku plynu s vysokým teplotou a teplota môže byť až 1000 ° C alebo viac.
Odliatky z legovaného zliatiny s vysokou teplotou musia mať tieto vlastnosti:
Vysoká teplotná odolnosť: Schopnosť udržiavať pevnosť a stabilitu v prostredí s vysokou teplotou po dlhú dobu.
Odolnosť proti vzniku: Zabráňte plastickej deformácii v podmienkach vysokej teploty a vysokého stresu.
Oxidačná odolnosť: odolajte oxidácii vysokej teploty a vyhnite sa tvorbe krehkej vrstvy oxidu na povrchu.
Odolnosť proti únave tepelnej únavy: Zariadiť sa s častými cyklami štartového zastavenia a kolísaniami teploty.
Výber materiálu
Zliatina vysokej teploty na báze niklu:
Najčastejšie používaný materiál s vynikajúcou pevnosťou vysokej teploty, oxidačným odporom a odolnosťou proti tečenia.
Medzi bežné známky patrí Inconel 718, Inconel 625, CMSX-4, atď.
Super zliatiny založené na kobalte:
Má vyššiu oxidačnú odolnosť a odolnosť proti korózii a je vhodný na použitie v extrémne korozívnych prostrediach.
Bežné známky zahŕňajú Haynes 188, mar-M 509, atď.
Super zliatiny založené na železa:
Má nižšie náklady, ale jej teplotný odpor je mierne horší ako odpor na báze niklu a zliatiny na báze niklu a kobaltu a je vhodný pre oblasti strednej teploty.
Odovzdanie
Odlievanie investícií
Investičné odlievanie je hlavným procesom výroby lopatiek turbíny, ktoré môžu dosiahnuť zložité tvary a vysokú presnosť.
Pomocou keramických foriem sa čepele bez defektov vyrábajú prostredníctvom odliatkov investícií.
Interné chladiace kanály (napríklad duté čepele) sa môžu vyrábať na zlepšenie účinnosti rozptylu tepla.
Smerová tuhosť (DS)
Ovládaním smeru tuhnutia rastliny rastú v špecifickom smere, znižujú počet hraníc zŕn, a tým zlepšujú odpor tečenia.
Single Crystal Casting (SC)
Čepele s jedným kryštálom nemajú hranice zŕn, majú vyššiu vysokú pevnosť teploty a odolnosť proti tepla a sú prvou voľbou pre špičkové lopatky turbíny.
Ošetrenie povrchom
Technológia povlaku:
Tepelná bariérová povlaky (TBC): Keramické materiály (ako je oxid zirkónia) sú potiahnuté na povrchu čepele, aby sa znížila teplota substrátu a predĺžila životnosť.
Antioxidačné povlaky: napríklad povlak hliníka alebo mcraly (kovový chrómový hliník YTTRIum) na zvýšenie antioxidačnej schopnosti.
Chladiaci dizajn:
Povrchová teplota čepele je znížená prostredníctvom vnútorných chladiacich kanálov a technológie chladenia vonkajšieho vzduchu.
Aplikácia komponentov spaľovacej komory
Pracovné prostredie a požiadavky na výkonnosť
Komponenty spaľovacej komory sú priamo v kontakte s plynnými spaľovacími plynmi s vysokým teplotou a sú vystavené vysokému tlakovému a korozívnemu médiu (ako sú sulfidy a oxidy dusíka).
Hlavné požiadavky na výkon zahŕňajú:
Vysoká teplota odporu: schopné vydržať teploty spaľovania nad 1500 ° C.
Odolnosť proti korózii: Odolajte erózii pomocou produktov spaľovania.
Štrukturálna stabilita: udržiava geometrický tvar nezmenený pri vysokej teplote a vysokom tlaku.
Výber materiálu
Vysokoteplotná zliatina na báze niklu: široko používaná v komponentoch spaľovacej komory, s vynikajúcou pevnosťou s vysokou teplotou a antioxidačnými vlastnosťami.
Bežné známky zahŕňajú Inconel 617, Hastelloy X atď.
Zliatiny vysokej teploty na báze kobaltu:
Používa sa vo vysokoteplotných oblastiach v spaľovacích komorách s lepšou odolnosťou proti korózii.
Odovzdanie
Presné obsadenie:
Používa sa na výrobu komplexných vložiek spaľovacích komôr, plameňových trubíc a ďalších komponentov.
Optimalizáciou procesu odlievania je zabezpečená rovnomerná hrúbka steny komponentov a zníži sa koncentrácia tepelného napätia.
Zváranie a montáž:
Pre veľké komponenty spaľovacej komory sa zvyčajne prijímajú segmentované odlievanie a zváranie.
Ošetrenie povrchom
Termálna bariéra povlaky (TBC):
Keramický povlak sa aplikuje na vnútornú stenu spaľovacej komory na zníženie teploty substrátu a zlepšenie tepelného odporu.
Antioxidačný náter:
Zlepšite oxidačnú odolnosť komponentov spaľovacej komory a predĺžte životnosť.
Chladiaci dizajn:
Komponenty spaľovacej komory sú obvykle navrhnuté s poréznymi chladiacimi štruktúrami, aby sa znížila teplota chladením filmu a konvekciou.
Výhody odlievania ocele s vysokou teplotou zliatiny
Schopnosť výroby komplexných tvarov
Odlievanie ocele s vysokou teplotou zliatiny môžu produkovať komplexné geometrie, ako sú duté štruktúry a chladiace kanály turbínových čepelí.
Táto schopnosť je rozhodujúca pre optimalizáciu výkonu komponentov (napríklad zlepšenie efektívnosti chladenia).
Uplatniteľnosť vysokovýkonných materiálov
Vysokoteplotná zliatinová oceľ má vynikajúcu pevnosť vysokej teploty, oxidačný odpor a odolnosť voči tečúcim, čo môže uspokojiť potreby extrémnych pracovných podmienok plynových turbín.
Dlhá životnosť a spoľahlivosť
Prostredníctvom pokročilých procesov odlievania a technológií povrchovej úpravy môžu odliatky s vysokým teplotou zliatiny z legovaného zliatiny pracovať stabilne a dlhú dobu vo vysokom teplote, vysokom tlaku a korozívnom prostredí.
Aplikácia odlievania ocele s vysokou teplotou zliatiny v plynových turbínach sa odráža hlavne vo výrobe lopatiek turbíny a komponentov spaľovacej komory. Tieto technológie spĺňajú nielen potreby extrémnych pracovných podmienok plynových turbín, ale podporujú aj technologický pokrok v oblasti letectva a energie.
