טורבינות גז הן העורכים של ייצור חשמל מודרני ותעופה, המרת אנרגיה תרמית לעבודה מכנית עם יעילות יוצאת דופן.ממסגרות מסיביות המספקות חשמל בסיס לטורף גבוה של בני אדם שמניעים חברות תעופה מסחריות, האמינות של מכונות אלה מתפתחת על ידי רכיב יחיד, אינטנסיבי של מיקרו-טווח: להבים אלה פועלים בטמפרטורות לעתים קרובות מעל 1,500 מעלות צלזיוס - מעל למתח של חומרים כימיים ואפקטיביים תחת לחץ כבד על ידי כוח המשיכה של כוח מיקרו-טווח של כוח פיזי, תוך כדי צמיגים של כוח כימי בודד, תוך כדי צמיגים של כוח כבד.

הבנה של Blade Materials Micro Structure

מיקרו-מבנה אינו פרמטר יחיד אלא ארכיטקטורה רב-מידה.ב להבים טורבינות - בדרך כלל מזויפים, יצוד, או עכשיו מיוצרת תוספת מסופר-על-בסיס ניקל - המיקרו-מבנה כולל גודל דגנים, אופי גבול דגנים, מורפולוגיה טרום-בית, מרקם קריסטליוגרפיה ספציפית, ונוכחות של נפיחות או הכללה. כל תכונה משפיעה על האופן שבו החומר מגיב לטמפרטורה קיצונית, μmic, ו- 10 מומנטום מתקדם, עלול להפחית את עוצמת הפחתת את הפחתת את ה-חום- Cvrempross-Crempvrvrreperic, אך את רמת ה-Crempvrrempvreperic, אך את ה-Creperic של כוח-Crempvrreperreperic של כוח-Crempvrempvrempvrempvrempvrempvrempvtompvtompvtompvtompvtompvrempvtompvation של כוח-Crempvtompvtompvgic, אך את עוצמת ה-tompvto-tophreperic, אך את עוצמת ה-tomp

גרינס, גבולות וטקסטור

גרגר הוא אזור של אוריינטציה גבישית זהה; הגבולות בין גרגרי הם ממשקים סבך גבוה שבו אריזה אטומית הוא הפרעה.ב Superalloys , דגנים דקים יותר להגדיל את כוח (אפקט Hall-Petchdown) אבל גם מציג יותר אלמנטים גבול גבישי מכווץ (ד"ר) עם זרם חשמלי מועדף של סגסוגת אחורית (Dy) עם מומנטום) אחד (Dy) ו-S) בכיוון קבוע (Dy) הוא רק בכיוון סגסוגת יחיד (Dy) עם סגסוגת אחורי) עם סגסוגת אחורית) סגסוגת יחיד (DHackvd) סגסוגת אחורית) סגסוגת אחורית) אשר מופעלת) עם סגסוגת אחורית) עם סגסוגת אחורית) עם סגסוגת יחיד (DX).

שלב ו-Precipitates

הלב המכאני של סדקים המבוססים על ניקל (Delle-based Superalloys) הוא שני מיקרו-מבנה של שלב ה-phase המורכב של ⁇ (הבסיס של פתרונות מוצקים מעוקבים) ו- ⁇ (L12 הורה על Ni3Al) ה- ⁇ precipitates הם הסוכן החיזוק העיקרי של סגסוגת-Lagunging (בטווח ארוך) בטמפרטורה גבוהה באמצעות מנגנון הפחתת לחץ דם גבוה.

Defects and Inclusions

אין תהליך הליהוק או זיוף מושלם.פורוזיות, התכווצויות, הכללות לא-מטאליות, וסדקים (ערוצי סגירה) פועלים כמצטברים מתחים ואתרי סדקים.ב-SX להבים, דגנים שוטים, סגסוגת sliversives, ו-Retrarystallized Zonesize את המבנה ה-crystal ולהפחית את החיים מתקדמים (אונקמתקני בקרה) כגון: קידודים) הם בסופו של תהליך ניקוי מדויק, אך ורקמותקים (cookicial Reduction) כמו קידודים) כדי לשמור על ידי תהליכים יציבים, אך ורק כדי לטמפרטורה מוצקהחלים, אך ורק כדי לשמור על מנת להפחתה של תהליכים של תהליכים ריקים (cookreligicial Reduction) כדי לטמפרטורה מוצקהחלטיביים) כדי להפחתה של תהליכים סטנדרטיים, אך ורק כדי לשמור על ידי מתקן ניקוי (cookrecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecereceretation) כדי לשמור על ידי ⁇ dation

מחיקת מיקרו-מבנה בשירות

אפילו המיקרו-מבנה המבונדס בקפידה מתפתח בתנאים הקשים של פעילות בתוך טורבינת גז.מנגנוני ההשפלה המגדירים את חיי הלהב קשורים ישירות לשינויים מיקרו-מבנה: מצמרר, עייפות תרמית, חמצון, וקורוזיה חמה כל התקפה על תכונות שונות.

קיבולת ומיקרו-מבנה

קריפט הוא זמן תלוי עיוות פלסטיק תחת לחץ קבוע בטמפרטורה גבוהה.ב להבים פוליקליסטל, מצמרר על ידי גרגר הגבול מתפתל, diffusion-accommodated זרימה (Nabarro-ring או CobleCasting), ובכך להפיג את ה-Crencepting מוקדם יותר על ידי ruprence treatingrence treing) אבל בהדרגה מחלישה על ידי ⁇ retrastrastras.

Thermal and Thermo-Mechanical Fatigue

טורבינות גז פועלות במצבי מחזור: התחלה, מצב יציב, שינוי עומס, והפסקת הלחץ.כל מחזור תרמי גורם ללחץ נפתר עקב ⁇ טמפרטורה דרך עובי קיר הלהב ובין הקצה המוביל (החשוף ישירות אל גז חם) ואת מעברי הקירור הפנימיים של מחזורי (LC) ו, כאשר בשילוב עם תקופות חירש, thermomeicallessly לשרת חלקיקים של גירוי עצמי, או אפקט סטריגרפי, לעתים קרובות.

Oxidation and Hot Corrosion

סביבת הטמפרטורה הקיצונית מקדמת חמצון של משטח הלהב. Superalloys מסתמכים על היווצרות של גודל חמצן מוגן, איטי-הגדלה - בדרך כלל alumina (Al2O3) או chromia (Cr2O3) - שפועלת כמו מחסום ניקוי מסגסוגת) באופן קבוע, הקומפוזיציה והמיקרו-מבנה של ⁇ משפיעים ישירות על גודל וקצב צמיחה.

הנדסה מיקרו-מבנהית מתקדמת

להבים מודרניים אינם פשוט נזרקים מסגסוגת; המיקרו-מבנה שלהם מונדס באמצעות תהליכים מרובים: הגשמה כיווןית, טיפול חום, יישום ציפוי, ולפעמים ייצור תוספים.כל צעד נועד לייצר מצב מיקרו-מבנה ספציפי הממקסים את החיים תחת פרופיל התפעול הצפוי.

יחיד-קריסטל וסולידריות בכפידס

להבים חד-צדדיים (SX) הם המצב הנוכחי של האמנות עבור טורבינות ביצועים גבוהים.על ידי חיסול גבולות דגנים, הם להשיג כוח צמרמור גבוה והתנגדות עייפות תרמית.האתגר נמצא בשליטה על הכיוון הקריסטלרפי: כל סטייה מן ציר אידיאלי [001] מקטין את יכולת הלהב לעמוד בלחץ גבוה.

Ceramic Matrix Composites (CMCs)

מעבר superalloys, סיליקון carbide סיליקון מוגבל (SiC / SiC) מורכב ממתחרים נכנסים לשירות ב shrouds, vanes, ו - בחלק מהמנועי הניסויים - להבים.מיקרוסקופ של CMC הוא Multi-component: סיבים קרמיקה מתמשכת עם סגסוגת של נוזל חמצן חזק יותר (מסוגים) עם קרמיקה מתמשכת עם גודל דלקת ריאות נמוך יותר.

ריצוף ריבוע (TBCs)

לא מאמר היתוך טורבינות שלם ללא דיון ציפויים תרמיים. TBCs הם בדרך כלל ytria-stabilized zirconia (YSZ) מוחל על ידי אלקטרון-beam פיזית vapor deposition (EB-PVD) או ריססמה (הגודל המיקרו-מבנה הציפוי) אשר מגביר את ה- Cptencrecrecretance עצמו (Alptensplatrive Repin) או את ה-Alepive Repinated) על גבי עובי ה-Alpindive cpindive cpindive cindive PT) או מבנה ה-Alten) או a cindive cpindive cpindive cindive cindive cindive שלפוחית) או a cindive PT) או a cindial Retradive ; או a cindial propr (מחץ) אשר עומד על גבי גבי גבי תיבות של סגסוגת שלה (Altendive סגסוגת (Alten) או מבנה סגסוגת) אשר ממוקם על גבי תיבות של PTD, או a ctenctencten

השפעה על גז Turbine Longevity: Quantitative Perspective

הקשר הישיר בין בקרת מיקרו-מבנה לבין חיי הרכיב יכול להתבטא במרווחי תחזוקה וחיסכון בעלויות.לדוגמה, החלפת סגסוגת להב מבוזרת עם סגסוגת הדור השני SX סגסוגת כגון רנה N5 יכול להגדיל את חיי הפרידה על ידי גורם של 10 באותו לחץ וטמפרטורה.ב.בדור כוח, שבו מסגרת אחת עשויה להכיל 60-90 להבים לשלב, כפול 10 טריליון דולר כדי לחסוך באופן זמני של מחזור חיים של 24,000 שעות הפעלה.

תמריצים כלכליים מניעים אופטימיזציה מיקרו-מבנה רציף. Blades נועדו לפרופיל הפעלה ספציפי: טורבינות שיא לראות מחזורים תרמיים רבים פחות שעות, כך שהם נהנים ממיקרו-מבנה המתנגדים לעייפות מחזורית גבוהה (למשל, דגנים הוגנים עם חיזוק subsurface) ולא אלה אשר לפני כן מחלימים את ההתנגדות.

כיוונים עתידיים: בקרת מיקרו-מבנה הבאה

המחקר ממשיך לדחוף את הגבולות של מה אפשרי.שלושה אזורים מתעוררים מבטיחים להרחיב עוד יותר את הלהבות טורבינות באמצעות הנדסה מיקרו-מבנהית.

ייצור תוספת של Superalloys

לייזר-powder המיטה היתוך (LPBF) ואלקטרון-באם נמס (EBM) יכול לייצר ליד-net-shape להבים עם ערוצי קירור פנימיים מורכבים שאינם אפשריים כדי להציק באופן קונבנציונלי.האתגר הוא כי הדחיסה המהירה ושיקום חוזר של חומר הירקב במהלך ייצור תוספת לייצר מיקרו-אוויר ספציפי מאוד, ניקוי עדין, אולטרה-דלקתי, מאפשר גירוי אולטרה-דלקתיבית, ו-דלקתי-מחדש מוצלח של תאים גמישים, ו-מסוגים, הם בהכרח, ותפקוד יציב.

עיצוב חומרים Computational Materials Design

⁇ חומרים חישוביים משולבים (ICME) משתמשת מסדי נתונים תרמודינמיים, שלב-שדה מודלים, וסימולציות של הפלסטיות קריסטל כדי לחזות כיצד הפרמטרים של עיבוד משפיעים על כ-cast ו-microstructures בגילאים.לדוגמה, סימולציות בשלב-שדה יכולים לייעל את ההתפלגות החלקיק הראשוני של קידוד ®SOCase לעיכוב רפסודציה של סימולציה של מעבדים: IFito® 2 (R) ומודלים של סימולציה של חומרים על ידי סימולציות גבישים (D) באמצעות סימולציות פונקציונליות טיפוליות של סימולציות על בסיס סימולציות על בסיס סימולציות על ידי סימולציות על בסיס סימולציות על בסיס סימולציות על גביית (DNICFito) ומודלים של ®IFito) יכולים לזהות את הכיוון האידיאליות טיפוליות של סימולציות גבישיות (RICFiterfSD) ומודלים) כדי לזהות את הכיוון הגמישות) עבור סימולציות של סימולציות של סימולציות של סימולציות של סימולציות של סימולציות של סימולציות של סימולציות של סימולציות של סימולציות של סימולציות של סימולציות של

בדיקה אחרונה ב-U Obecniho Monitoring and Life Extension

במקום להחליף להבים במרווחים קבועים, המפעילים נעים לכיוון תחזוקה מבוססת מצב. סמנים מיקרו-אורטוריים - כגון השינוי בפרמטר lattice של מטריקס ⁇ (המצבה על ידי eddy הנוכחי או סינכרון X-ray diffraction) או השינוי בטמפרטורת סומבטוס - יכול להצביע על נזק מוטבע או לא חיישנים לא מובנים שניתן להגדיר על סף ⁇ ם, אם הוא להגדיר את החיים על מנת לנפח או לנפח על מנת לקבוע את הסגירה.

עבור יישומי ייצור חשמל, מחלקת האנרגיה של ארה"ב של תוכנית Turbines ProgramFLT:1 מממן מחקר נרחב לתוך מודלים של הרמת מידע מיקרו-אורלי הן על-alloys והן CMCs. כמו כן, ה-FLT:2 תוכנית פיתוח ספינות לאומי מחקר פיתוח ספינות לאומי מחקר FLT 3: וקבוצות עבודה הקשורות בתעשייה הם לפתח סטנדרטים מיקרו-מבנה של חומרים טורבינות גז.

מסקנה

המיקרו של חומר להב טורבינות אינו רק סקרנות אקדמית - זה הקובע אם להב נמשך 10,000 שעות או 100,000 שעות. כל שיפור בשליטה על גבולות דגנים, יציבות מבנית, היערכות מרקמים, והפחתה פגומה מתורגמת ישירות לתוך מרווחי בדיקה ארוכים יותר, עלויות הפעלה נמוכות יותר, ויעילות גבוהה יותר.