טורבינות גז פועלות תחת כמה מהתנאים התובעניים ביותר שנמצאו בדור כוח ותעופה.מכונות אלה חייבות לעמוד בטמפרטורות קיצוניות שיכולות לעלות על 1,400 מעלות צלזיוס בחלק החם, גזי בעירה אגרסיבית, ולחצים מכניים גבוהים יותר.לאורך זמן, סביבות חמורות אלה לצורות מרובות של השפלה, עם קורוזיציה חמה כי הוא אחד המנגנונים היוקרתיים והיקרים ביותר של ימינו.

מדע קורוזיה חמה בגז טורבינס

קורוזיה חמה היא צורה של חמצון מואצת המתרחשת כאשר מלחים מלוטנים - באופן חד משמעי נתרן sulfate (NaveFLT:02FLT:1SOFLT:24403FLT) או תרכובות וניל (טמפרטורה) - ספוגה על משטחים חמים להגיב עם משקל הגנה חמצני, אלה מקורם מלחים ודלקים קרינת סוג (דלקתיים) הוא בדרך כלל קרינת מים).

(ב) ב[[18]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

התפתחות של מאחזים מוגנים עבור גז טורבינס

מנועי טורבינות גז מוקדמים בשנות החמישים וה-60 הסתמך על ציפויים פשוטים של אלומיניום (Alluminide diffusion החלים על ידי מלטציה.ציפוי אלה יצרו שכבה עשירה באלומיניום דק שיכולה לפתח alumina מגן (AlFLT:02phsFLT:1OFLT:2FLT 3:2FLT 3) בטמפרטורה גבוהה, המציע שיפור משמעותי על פני עודף לא מבוקר, כמו גם מגבלות מהירות של מלח, לעומת זאת, 000, לעומת זאת, היו עמידות לטמפרטורות חדירות קשות, כמו גם לטמפרטורות חד פעמיות, כמו גם לטמפרטורות חדירות קשות, אך ורקדות.

בשנות ה-70 וה-80, הצגת ציפויים ממושכים, במיוחד MCrAlY (שם M עומד ניקל, קובלט או ברזל), הביא שינוי צעד בביצועים.ציפויים אלה יכולים להיות מותאמים בהרכב כדי לספק התנגדות חמצון והתנגדות קורוזית חמה, והם יכולים להיות מיושם על ידי פלסמה או אלקטרונים-be פיזית deapposition (B-D-R) עם טמפרטורות מתוחכמות מתקדמות עם קרמיקה של דלק מגנטית, עם טמפרטורות מתוחכמות גבוהה יותר עם קרמיקה, אשר מופעלות, עם טמפרטורות מתוחכמות גבוהה יותר עם קרמיקה, עם קרמיקה, עם טמפרטורות מתוחכמות גבוהה יותר ויותר.

סוגים מרכזיים של קנאות מתקדמות ומכניזם שלהם

ריצוף ריבוע (TBCs)

ציפויי מחסום ארסיים הם הפתרון הנפוץ ביותר להגנה על רכיבים של ניתוח חם טורבינות גז מודרנית.מערכת טיפוסי TBC מורכבת ממעיל העליון קרמיקה, לרוב ytria-stabilized zirconia (YSZ) ב 6-8 wtulation מתחת לטמפרטורה של YFLT:02FLT:2FLT:2LT3, ו-APT2K2, לעתים קרובות, חום חום (R) נמוך מעל 100 גרם).

המעיל נאס"א ממלא תפקיד כפול: הוא חייב לדבוק תת-קרקעית העל-סגולה תוך יצירת סקאלה יציבה, איטי-הגדלה של CMAS (בדרך כלל oxide, TGO) כי אג"ח כימי למעיל העליון של הקרמיקה.הרכב של מעיל האג"ח הוא קריטי עבור עמידות של גלורג'ט (למשל, גבוה MMCA) עם ציפוי גבוה של MCS (nC) נמוך (C) עם סגסוגת CYCYCY) עם סגסוגת עם אטומים (CYCYCO) עם אטומים (CYCYCYCOD) עם סגסוגת נמוכה יותר (הפחתת סגסוגת CYCO) עם סגסוגת CYCOTY) עם צמיגים נמוכה יותר (למשל, לעומת אטומים) עם סגסוגת CYFYCOTYRYRYO) עם אטומים גבוה (nCYCOTYCOTYO) עם אטומים גבוה (הפחתת סגסוגת CYCOTUMFYR.

קואטים של גדר הסביבה (EBCs)

כמו מעצבי טורבינות גז לדחוף לכיוון טמפרטורות של טמפרטורות יותר ויותר בשימוש של משקל, קרמיקה עתירה גבוהה מטריקס מטריקס (CMCs), ציפוי מתכתי מסורתי להיות לא מספיק. CMCs, בדרך כלל סיליקון carbide (SiC) מטמון כוח גבוה SiC רכיבי CTP, רגישים למיתון בנוכחות של מים vapor combustion גזים - תופעה הנגרמת על ידי סוג של לחץ כימי מסוג CR (C2) במיוחד הגנה במיוחד עבור חומר הגנה (C) הם רגישים ל-CVal) של חומר הגנה מפני לחץ הסביבה של חומר CLT2.

(ב) ,ב- EBCs משתמשים בחומרים כגון אחה נדיר של אגם (למשל, ytterbium disilicate, YbteauFLT:02vyFLT:1SiFLT:2reas, 000 ליטר מים רגילים, 000 כגון סיליקון 3OFLT: 7FLT:5) ו- mullite אלה להציג מטריה נמוכה חמצן, 000, 000 , 000 סגסוגת מגנטית, 000, 000, 000 קומפקטית, 000 , 000 קומפקטית, 000 קומפקטית, 000 , 000 , 000 , 000 קומפקטית יותר קומפקטית, 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 ⁇ ⁇ , 000 ⁇ , 000 , 000 , 000 , 000 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Aluminide ו MCrAlY Coatings

אפילו ללא מעיל קרמיקה, ציפויים מתכתיים ודיפוזיה הם חיוניים עבור יישומים לטווח בינוני, כמו מעילי אג"ח במערכות TBC. Aluminide מיוצרים על ידי דילול אלומיניום לתוך משטח superalloy, יצירת אזור של NiAl או cobalt-aluminide עלייה של תפקוד חום-corrosion שלהם מגיע מן היכולת ליצור סוג של אורוריד:2Fredide מוגבל של חומר חמצן מוגבל:

(הציפויים של MCrAlY מציעים גמישות רבה יותר של ציפויים של MCFure. על ידי התאמת היחס של ניקל, cobalt, chromium, אלומיניום, ו ytrium (או אלמנטים אחרים של reactive כגון Hafnium או סיליקון), מהנדסים יכולים להתאים את הציפוי עבור משטרי קירור ספציפיים (למשל, ציפוי NiCorAlY עם 12-14% ו-HFine) מספק עלייה מהירה של חומר חום (Oxtine) ו-HFine).

שיטות ייצור ויישומים

הביצועים של כל ציפוי מתקדם קשור באופן אינטימי לתהליך המשמש ליישם אותו.הגאומטריה התובענית של להבים טורבינות - עם ערוצי קירור פנימיים מורכבים, קצוות שביל דק וצורות אוויר - טכניקות ציפוי חומרים שיכולים להפקיד שכבות אחידות ללא חסימת חורים קירור או גרימת עיוות.

אלקטרון-באם מחיקה פיזית (EB-PVD) היא השיטה המועדפת ליישום המעילים המובילים TBC ללהבות טורבינות אוויר-מנועיות (EB-PVD) הוא לייצר שבב, מיקרו-מין סובלני עמיד מאוד לנפיחות במהלך רכיבה תרמית CSP (התהליך מתבצע בתא ריק שבו אלקטרון ממיס קרמיקה; vorapdens יקרים יותר מפצעיטיסות אוויריות), אך הם יותר מאשר רכיבים קלים יותר מאשר לכיסויים גבוהים יותר.

עבור מעילי אג"ח ו MCrAlY overlays, עתירי oxy-דלק (HVOF) ריסוס הפך את תקן התעשייה. HVOF מייצרת מאוד צפופים, ציפויים נמוכים עם כוח אג"ח גבוה וחוספס על פני כדוריות חלקיקים גבוהה (עד 800 m /s) להפחית את הזמן מתכת מלוטמת הוא חשופים אוויר, מקטין נפיחות מינימלית וציפוי של תהליך ניקוי כימי עדיין יכול להשפיע על סגסוגת אחת.

יתרונות ביצועים וניסיון שדה

יישום ציפויים מתקדמים מתורגמים ישירות ליתרונות תפעוליים מוחשיים.אחד היתרונות המשמעותיים ביותר הוא העלייה בטמפרטורת הלטבינה (TIT) אשר מופעלת על ידי TBCs. A גבוה יותר TIT משפר ישירות את היעילות התרמודינמית של מחזור Brayton: עבור כל 100 מעלות צלזיוס ב-TIT, יעילות נטו של טורבינות גז משולב של מחזור יכול לעלות עד 2 עד 3 נקודות.

קורוזיה חמה היא גורם מוביל של חומרים לא מוצפים בתחנות כוח.מחקרי שדה הוכיחו כי להבים מוגנים עם ציפוי ממונע שנבחר כראוי MCrAlY יכול לפעול עבור 50 000 עד 100 000 שעות לפני הדורש שיפוץ, בעוד כיבים לא ממונעים באותו הסביבה עלולים להיכשל כמה עד 10 000 שעות השקעה.

מגמות עתידיות ודרכים מחקר

ננודור ועמודות

אחד הגבולות הפעילים ביותר במדעי הציפוי הוא ההנדסה של מיקרו מבנים ב nanoscale. ננוקריסטלליין YSZ ציפויים, המיוצר על ידי ריסוס פלזמה השעיה או פלסמה טרום פלסמה, יכול להשיג אפילו מוליכות תרמית נמוכה יותר (בהנחה 0.8 W / mK) ונוקשות גבוהה יותר מאשר YSZ. האזור הגדול של דגנים בשפע גם מספק אתרים עבור סדק, הגדלת ציפוי תרמי כדי לדגום ביעילות כדי לדגמי לחץ דם חם יותר מאשר למתחם ביעילות קרמיקה, הם מסוגלים גם כן קרמיקה קרמיקה מצופה יותר קרמיקה קרמיקה מצופה יותר קרמיקה קרמיקה מצופה קרמיקה מצופה קרמיקה קרמיקה קרמיקה מצופה יותר קרמיקה .

מחיאות כפיים

מושגים עצמיים שואפים להאריך את חיי הציפוי על ידי סדקים ללאטום אוטונומיים שפותחו במהלך השירות.עבור TBCs, זה יכול לכלול שילוב microcapsules המכיל סוכן זכוכית - כגון בורון או תרכובות מבוסס סיליקון - בשכבה הקרמיקה עדיין יכול לשפר את הציפוי המקומי של סדקים, למרות כי קפסולות ruptures, שחרור הסוכן הריפוי, אשר חמצון וממלא את הציפוי הקיבולת גבוהה של הדור הבא של ריצוף האלומיניום, לאחר מצופה.

Ceramics ו- High-Entropy Alloys

(ב) ,החיפוש אחר חומרים חדשים של ציפוי (הכוללים) הוא [[המאה ה-20]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]

מודלים ל-Comting Design

למידת מכונות ותרמודינמיקה חישובית משמשים יותר ויותר להאיץ את התגלית של פורמולות ציפוי חדשות.מודלים יכולים לחזות את יציבות השלב של ציפוי מועמד בסביבה נתונה של דלק, קינטיקה diffusion של אלמנטים במהלך השירות, ואת ההסתברות של ציפוי תחת רכיבה תרמי על אופניים. גישה חישובית זו מפחיתה את מספר הבדיקות האמפיריות הדרושות ומאפשרת לחוקרים לחקור וריאציות מצופה להיות ניסויים על ידי אינטגרציה גבוהה של שיטות ניסוי זה רק עם הדבקה.

מסקנה

ציפויים מתקדמים אינם רק תוספת של רכיבי טורבינות גז; הם מהווים אלמנט עיצוב אינטגרלי המגדיר את המעטפה הביצועית של המנוע כולו.על ידי יצירת הגנה בקנה מידה רב נגד קורוזיה חמה - באופן מיידי מעצימה את ה-MCRate, חסימת כימית של תקיפת מלח, ולחצים מצטברים מכניים של אנרגיה, ציפויים אלה מאפשרים טורבינות לדחוף את גבולות המדע המוכחים, כמו גם גמישות מתקדמת, ומאובטחת של מערכות פיתוח עצמיות גבוהה, תוך שמירה על פני השטח, תוך שמירה על פני השטח, תוך שמירה על יעילות גבוהה של יעילות גבוהה של יעילות גבוהה של יעילות גבוהה של יעילות גבוהה של מערכות פיתוח עצמי, וגמישות גבוהה של מערכות אבטחה גבוהה של יעילות גבוהה של יעילות גבוהה של יעילות גבוהה של אנרגיה מתקדמת של אנרגיה מתקדמת של יעילות גבוהה של אנרגיה מתקדמת, וגמישות גבוהה של אנרגיה מתקדמת של יעילות גבוהה של אנרגיה מתקדמת של אנרגיה מתקדמת.