ההשפעה של חומרים מלנר קאמרית ב-Combustion Chamber על תוחלת החיים של המנוע וביצועים

ביצועי המנוע וארוכותיות מושפעים עמוקות מהחומרים המשמשים ב-Cobustion Celler. these liners פועלים באחת הסביבות הקיצוניות ביותר בתוך מנוע, טמפרטורות ארוכות טווח שיכולות לעלות על 2000 מעלות צלזיוס ביישומים בעלי ביצועים גבוהים מסוימים, יחד עם לחצים שעלולים להגיע למאות פרקטיקות של התעשייה, בחירת חומר כלי רכב משפיע ישירות על ניהול תרמי, יושרה מכנית, חבות, ויעילות כוללת כמו לחץ רגולטורי וביקוש לשרירים יעילים יותר, לא היה יותר, ולא פחות ממנועי לחץ על חומרים אלה.

הבנתם של עבריינים

תנאי תפקוד והפעלה

ה- combustion Cell er, הידוע גם כ- cylinder שרוול cylinder במנועי reciprocating, או מלצר בעירה טורבינות גז, משמש כחומה הפנימית המכילה את תהליך הבעירה.תפקידים העיקריים שלה הם לספק משטח חתומה עבור טבעות piston או להבים טורבינות, כדי להקל על העברת חום מן הגזים החמים למערכת הקירור, ולעמוד בפני תרכובת ברזל, ולהוביל לאפקטים מתקדמים, אך עשוי להיות מסגסוגת ברזל, אך בדרך כלל, אך עשוי להיות מסגסוגת מתקדמת של פלדה, אך עשוי להיות מסגסוגת ברזל, אך עשוי להיות מסגסוגת מסגסוגת עשוי להיות מסגסוגת עשוי להיות מסגסוגת מסגסוגת עשוי להיות מסגסוגת.

תנאי התפעול הם אכזריים: במנוע רכב טיפוסי, טמפרטורות גז שיא נע בין 1200 מעלות צלזיוס ל 1500 מעלות צלזיוס, בעוד שבקובוס מנוע סילון, טמפרטורות יכולות להגיע 1800 מעלות צלזיוס מחזורי לחץ להציג לחץ מכני מחזורי, והסביבה הכימית כוללת מינים תגובתיים כגון חמצן, תחמוצות חנקן, תרכובות sulfur, ו- vapor מים, בכל טמפרטורה גבוהה.

דרישות חומריות

חומר אידיאלי של כלי חייב להיות התכונות הבאות:

  • (ב) ,0) , מגמת ההיתוך גבוהה ויציבות תרמית 1 (FLT:1) לעמוד בטמפרטורות הבעירה שיא ללא התכה או שינוי שלב עובר.
  • (ב) ,0) , התנהגות תרמית מותאמת (FLT:1), כדי להעביר ביעילות חום מאזור ההבעירה למערכת הקירור, למנוע כתמים חמים.
  • [ה]הכוח הגבוה בטמפרטורות גבוהות יותר של 1:1] - להתנגד לעיוות תחת לחץ והתרחבות תרמית לא תואמת.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) התנגדות וחיכוך נמוך 1FLT - כדי למזער את הנפיחות והלבש נגד טבעות פיסטון או להבים טורבינות.
  • (ב) ,0) יציבות של קונסולת 1 (FLT) – לשמור על סלקציה על החיים של המנוע.
  • (ב) ,0) ,החומרה והעלות-יעילות של LT:1 - כדי לאפשר ייצור בקנה מידה.

המסחר מחוץ לנכסים אלה הוא האתגר המרכזי בבחירת החומר.לדוגמה, מוליכות תרמית גבוהה מגיעה לעתים קרובות עלות של כוח עתיר מופחת, כפי שנראה בסגסוגת נחושת.בדרך כלל, קרמיקה מציעה התנגדות תרמית יוצאת דופן, אבל הם שופע וקשה למכונה.הבנת אלה חילופי הסחר הוא חיוני עבור מעצבים.

חומרים נפוצים בשימוש ב Combustion Chamber Liners

ברזל ופלדה Alloys

ברזל קסטה היה סוס העבודה המסורתי עבור צילינדרים במנועי בעירה פנימית במשך יותר ממאה שנים. Gray הטיל ברזל, במיוחד, מציע התנגדות לבישה טובה בשל נוכחות של פתיתי גרפיטי שפועלת כמו סיכה מוצקה, כמו גם למנועי מוליכות תרמית סבירה (~40–60 W/mK) ועלויות נמוכות יותר.

בעוד ברזל חולץ פלדה נשאר בשימוש נרחב, מוליכות תרמי שלהם הוא רק מתון, ואת צפיפות שלהם מוסיף משקל. יתר על כן, הם רגישים קורוזיה של מוצרי הבעירה חומצית, במיוחד במנועי שריפת דלקים עתירי גבוה.

תגית: Alloys

Copper ו ⁇ שלה בולט עבור מוליכות תרמית יוצאת דופן שלהם (עד 400 W / mK עבור נחושת טהורה), אשר הוא בערך 10 פעמים כי של ברזל יצוקה. נכס זה מאפשר פירוק חום מהיר, צמצום טמפרטורות מלייזר ו mitig עייפות תרמי במנועי נחושת בהצלחה. copper-beryllium וסגסוגת נחושת-chroconium מציעים כוח משופר ללבוש התנגדות גבוהה עם נוזל חום גבוה, עם עומסי חום גבוהה, עם עודף גבוה, גם כן, עם עודף חום גבוה.

Superalloys מבוסס ניקל

עבור הסביבות התובעניות ביותר - כגון קוטור של טורבינות גז ומנועי דיזל ביצועים גבוהים - ניקל מבוסס על Superalloys לשלוט העליון. Alloys כמו Inconel 718, Haynes 230, ו Nimonic 90 לשמור על כוח גבוה, חמצון עמידות על עלות גבוהה, והתנגדות רפלקטיבית בטמפרטורות מתקרבות 1000-20C. ההרכב שלהם בדרך כלל כולל כרום (להתנגדות חמצון), ואלומיניום איטי, כמו גם מתחמי קירור נמוך), ואפקטים ריקים (recerecerecerecerecereicreicrecerecereicial) ו-Ricrecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecereicreicreicreicreicreicreicreicreicial Recapreicreicreicreicreicreicial) ו-Rine) אבל לעתים קרובות, אך חיזוק של מומנטום (Rine) אבל לחץ דם אחוריים אחוריים אחוריים של מומנטום (Ricrecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecereicrece

אלומיניום Alloys

⁇ אלומיניום הם אטרקטיביים עבור צפיפות נמוכה שלהם ואת מוליכות תרמית גבוהה (150-200 W / mK) הם משמשים כמה מנועי משקל, במיוחד מנועים מחוץ לboard וקטן שני סטרוק קטן.עם זאת, נקודת ההיתוך הנמוכה של אלומיניום (~660 ° C), עמידות ללבוש גרועה, ומקדם גבוה של התרחבות תרמית להגביל את השימוש שלה כמו חומר אלומיניום.

Ceramic Coatings and thermal Barrier Coating

במקום להשתמש בקוורי קרמיקה מוצקים, שהם יותר מדי מלוטשים עבור רוב המנועים, ציפויי מחסום תרמי (TBCs) החלים על תת-שכבות מתכת הפכו נפוצים.חומר TBC הנפוץ ביותר הוא ytria-stabilized zirconia (YSZ), אשר מופעל על ידי שלפוחית השתן של פחות או אלקטרו-bemBC מאפשר נפיחות פיזית של YSZ יש התנהגות תרמית נמוכה מאוד (2 / mcre), אשר מאפשר להפחית את צריכת מתכת נמוכה יותר.

Ceramic Matrix Composites (CMCs)

סרמריצה קצרה, במיוחד סיבים סיליקון במטריקס סיליקון (SiC / SiC), מייצגים את קצה הדחייה של חומרים כלי רכב רחב יותר של סיליקון, הם מציעים יכולת טמפרטורה גבוהה מאוד (עד 1400 מעלות צלזיוס באטמוספירה של חמצון), ירידה נמוכה של צריכת דלק (כ שליש של ניקלודי), והתנגדות תרמית טובה עקב סיבים לטווח הארוך, בעיקר על ידי CMCFretretretretances) מנועים חשמליים (C) של מנועים חשמליים של דלקים חשמליים (כ-C) נמוך יותר, במיוחד, 000) של מנועים חשמליים (כ-C) של דלק אחוריים חשמליים (כ-C) ו-CF) של מנועים חשמליים (כ-R.

אבקה מתכתיורגיה וחומרים מתקדמים

חומרים ממושמעים פונקציונליים (FGMs) הם מורכבים שבו ההרכב והנכסים משתנים באופן מרחבי.לדוגמה, כלי נשק יכול להיות בעל שכבה פנימית עמידת לביש (כמו מתכת מורכבת קרמיקה) ושכבה חיצונית קשה מאוד התנהגותית מאוד (כמו נחושת) חומרים אלה יכולים להיות מיוצרים באמצעות אבקת מתכת, ייצור תוספת, או ריסוס תרמיים FGMs מציעים את הפוטנציאל לייעל תכונות מרובות, בו זמנית ייצור ולהוביל מינרלים גבוהים כדי לשפר את ה-FL.

השפעה על ביצועי המנוע וארוכות

ניהול קדחתני ויעילות

מוליכות תרמית של חומר כלי התקשורת משפיעה ישירות על פרופיל הטמפרטורה בתא הבעירה. A מאוד מוליכי התנהגותי (למשל, נחושת) במהירות תמצית חום מהגז, הורדת טמפרטורות הבעירה שיא בעוד זה יכול להפחית את פליטת NOx ולשפר את יעילות הדחיסה של מנועים מודרניים (למשל הגדלת יעילות קירור) על ידי קירור צריכת הדלק, גם מפחית יעילות תרמית כי יותר חום הוא איבד את קריר יותר מאשר להיות מומרה נמוכה, אבל יעילות קירור נמוכה יותר.

ללבוש מכניזם ותוחלת חיים

חומר לין משפיע באופן משמעותי על שיעורי הלבוש. Abrasive wear from hard חלקיקים (למשל, soot, ash) ו adhesive wear rate (scuffing) בין טבעות פירסט הם המנגנונים העיקריים. גרף של קסטיליה מספק סגסוגת מוצק חסימת שומן עם מחסנים חזקים יותר (מפחיתים את חומר סיכה גבוהה יותר), אבל נמוך מודרני (sulfated ashphosicicicicic), cert) כדי להגדיל את צריכת דלקים חומצי מתכת גבוהה יותר.

אוקסידציה וקורוזיה

גזי ריכוז מכילים חמצן, מים vapor, ומינים חומציים אשר תוקפים חומרים אינריום.קברזל טפסים בקנה מידה תחמוצת הגנה, אבל בטמפרטורות גבוהות זה יכול לספ, חשיפת מתכת טריה. Sulir בצורות דלק sfuric חומצה על מנת הדבקה של Ctrazate מינרלים, במיוחד עם לחץ כימי חזק יותר, אבל מול סגסוגת מים גבוהה.

חיים שומניים וגמישות

עייפות חמורה - עקב מחזורי חימום חוזרים וקירור - היא מצב כשלון נפוץ בקוים. חומרים עם diffusivity תרמית גבוהה (התנהגותית שנייה מחולקת על ידי זמני צפיפות מסוימת חום, k /( ⁇ Cp) ניסיון שילוב טמפרטורה נמוכה יותר ⁇ טמפרטורה ולכן ירידה בלחץ תרמי.

מגמות עתידיות בחומרי מלנר של Combustion Chamber Liner

חומרים מתקדמים של Ceramic ו Hybrid

הכונן ליעילות גבוהה יותר ופליטות היברידיות נמוכות יותר דוחף טמפרטורות של טמפרטורות של בעירה יותר ויותר גבוה.בטורבינות גז, התקדמות במתחמי קרמיקה (CMCs) מאפשרת לטמפרטורות טורבינות מעל 1700 מעלות צלזיוס ללא אוויר קירור, אשר משפר באופן דרסטי את היעילות התרמית.עבור מנועי קידוד Reciprocating, סיליקון חסום (Si3N4) ו- carbide סיליקון) הם נחקרים כמו monoicial לכדי קרמיקה גבוהה.

ננודור וחכם מתקפלים

ציפויים תרמיים ממובנים (nano-TBCs) מציעים מוליכות תרמית נמוכה יותר ונוקשות גבוהה יותר מאשר ציפויים קונבנציונליים. על ידי שילוב חלקיקים או שימוש ברסס פלזמה, החוקרים יכולים ליצור ציפויים עם גבולות דק יותר splater וציפוי גבוה יותר של phon-scattering cc-straating (Gadolinium zconate) ו-Hybate (Gd2Z2Z2) הם מעל חומרים רגישים יותר של פחמן-Hide (החלומיים) כמו CRMIObate פחמן-Sbate פחמן-D-D-D-Hide) יותר מאשר cc-D-Hide יעיל יותר מאשר חומרים מתקדמים יותר מאשר נוגדנים עצמיים יותר מאשר חומרים מתקדמים יותר מאשר cc-D-D-D-D-D-D-Side יעיל יותר מאשר נוגדנים עצמיים יותר מאשר נוגדנים עצמיים יותר מאשר נוגדנים עצמיים יותר מאשר נוגדנים יעיל יותר מאשר נוגדנים עצמיים מתקדמים יותר מאשר נוגדנים עצמיים יותר מאשר נוגדנים עצמיים יותר מאשר נוגדנים עצמיים מתקדמים יותר מאשר נוגדנים עצמיים מתקדמים יותר מאשר נוגדנים עצמיים יותר מאשר פגזים יותר מאשר פגזים מתקדמים יותר מאשר פגזים מתקדמים יותר מאשר סוללות פגזי

תוספת ייצור ואופטימיזציה עיצוב

ייצור אדקטי (AM), או הדפסה תלת-ממדית, הוא מהפכה בהדקת לייזר סלקטיבית (SLM) מאפשר ערוצי קירור פנימיים מורכבים התואמים את צורת האינר, קידוד העברת חום וצמצום הלחץ התרמי. AM גם מאפשר חומרים סטנדרטיים של מחזור חומרים עדיין מתאימים לרכיבי הרכב הכבדים על פני הקיר - ממשטח פנימי דמוי קרמיקה ועד שכבת חיצוני מאוד התנהגותית.

מסקנה

החומר של כלי הבעירה הוא הרבה יותר מאשר רק פרטים הנדסיים; הוא מאפשר מפתח של ביצועי מנוע, יעילות, וארוכותיות. מברזל מסורתי ופלדה ועד superalloys מתקדמים ניקל, ציפויים קרמיקה, ומדליקת קרמיקה, כל חומר מספק איזון ברור של חומרים גמישים, מכניים וכימיקליים.אין שום חומר אוניברסלי מושלם - הבחירה האופטימלית תלויה בדרישות התפעוליות, דרישות מתקדמות יותר, לחץ על ידי מנועים, לחץ חיצוני יעיל יותר, לחץ על ידי חומרים מתקדמים יותר, לחץ על ידי חומרים מתקדמים יותר, לחץ יעיל יותר, לחץ יעיל יותר, חומרים מתקדמים יותר, לחץ על ידי חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר, מבטיח יעיל יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר, לחץ על ידי חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים, יעיל יותר, יעיל יותר, חומרים מתקדמים יותר, יעיל יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר, יעיל יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר