Теплозащитное покрытие: защита активной зоны лопаток газовых турбин, работающих в тяжелых условиях
Тяжелая газовая турбина из-за относительно высокой эффективности преобразования тепловой работы является наиболее основным оборудованием в области выработки энергии и привода судов, поскольку технология разработки тяжелой газовой турбины высокого уровня чрезвычайно сложна, поэтому тяжелую газовую турбину также называют энергетическое сердце китайской промышленности и судостроения. На данный момент Китай успешно разработал тяжелую газовую турбину класса 50 МВт и с нуля добился прорыва в создании тяжелой газовой турбины F-класса мощностью 50 МВт. В настоящее время Китай совершенствует конструкцию трех основных систем сверхмощных газовых турбин, реализуя триединство: проектирование прототипа, производство оборудования и поставка испытаний. Китай также стал пятой страной в мире, полностью освоившей проектирование и технологию производства газовых турбин большой мощности.
термобарьерное покрытие
Теплозащитное покрытие обычно состоит из металлического связующего нижнего слоя и керамического поверхностного слоя, а связующий нижний слой обычно изготавливается из сплава MCrAlY (M представляет собой Ni, Co или Ni+Co), который в основном отвечает за многочисленные эффекты. переходного термического несоответствия, стойкости к окислению и коррозии, в то время как керамический поверхностный слой обычно изготавливается из стабильного Y2O3 ZrO2, который в основном играет роль теплоизоляции. Благодаря хорошей стойкости к высокотемпературному окислению, эрозионной стойкости и теплоизоляционным характеристикам, оно стало одним из самых передовых высокотемпературных защитных покрытий для наземных тяжелых газовых турбин в стране и за рубежом.
С развитием авиационной промышленности тяговооруженность газотурбинных двигателей становится все выше и выше, а температура на входе в турбину становится все выше и выше. Согласно истории исследований материалов в стране и за рубежом, довольно сложно улучшить устойчивость турбинных лопаток к высоким температурам за счет повышения температуры использования материалов за короткий период времени. Реальный метод заключается в нанесении термобарьерного покрытия на подложку лопатки турбины для повышения температуры ее использования. Будущее развитие технологии термобарьерных покрытий будет сосредоточено на следующих аспектах:
(1) Ключевым моментом является исследование новой системы материалов термобарьерного покрытия, подходящей для сверхзвукового двигателя следующего поколения, и поиск керамических материалов с лучшей фазовой стабильностью, более низкой скоростью спекания и теплопроводностью, которые могут заменить ZrO2.
(2) Оптимизация и исследование механизма материала и процесса подготовки существующей системы покрытия, включая состав связующего слоя Y, выбор нового стабильного оксида керамики YSZ, улучшение и оптимизация микроструктуры покрытия, а также а также дальнейшее изучение технологии градиентного покрытия с целью улучшения рабочей температуры, срока службы и теплоизоляционных характеристик покрытия.
(3) Исследование теплоизоляционного эффекта теплозащитного покрытия, состояние теплоизоляции покрытия, то есть градиент температуры, проверяется посредством экспериментального моделирования и сочетается с теорией теплопередачи в соответствии с теплопроводностью. материала покрытия, ожидаемого теплоизоляционного эффекта и рабочей среды компонентов горячего конца, чтобы обеспечить основу для разумного расчета толщины покрытия и указать направления для улучшения покрытия.
(4) Для дальнейшего изучения модели прогнозирования срока службы термобарьерного покрытия, если термобарьерное покрытие наносится на части газотурбинного двигателя с высоким риском, необходимо создать систему прогнозирования срока службы двигателя для обеспечения безопасности. Таким образом, дальнейшее изучение механизма разрушения термобарьерного покрытия, механического поведения в условиях эксплуатации и т. д. позволит создать относительно идеальную модель прогнозирования срока службы, позволяющую точно оценить срок службы покрытия и обеспечить надежную гарантию на срок службы покрытия. практическое применение термобарьерного покрытия.
(5) Разработать новую технологию тестирования характеристик покрытия, особенно технологию неразрушающего контроля, чтобы точно охарактеризовать силу сцепления между покрытием и подложкой, степень растрескивания покрытия, степень фазового изменения и другие свойства, чтобы лучше контролировать качество покрытия.
Газовые турбины для тяжелых условий эксплуатации занимают ключевую позицию в области производства энергии и судового привода благодаря своей эффективной способности преобразования тепла и работы. Являясь одной из ключевых технологий, термобарьерное покрытие (TBC) играет важную роль в повышении рабочей температуры и продлении срока службы лопаток турбины. Китай добился значительных успехов в этой области, успешно освоив проектирование и производство газовых турбин большой мощности. Теплозащитное покрытие обычно состоит из нижнего слоя, связанного металлом, и керамического поверхностного слоя, из которых нижний слой в основном выполняет роль переходного термического несоответствия, стойкости к окислению и коррозии, в то время как поверхностный слой в основном выполняет теплоизоляционный эффект. . Будущие исследования будут сосредоточены на разработке новых систем материалов, оптимизации существующих процессов нанесения покрытий, улучшении теплоизоляции, создании моделей прогнозирования срока службы и разработке новых методов тестирования характеристик покрытий для дальнейшего улучшения характеристик и надежности покрытий.
