טורבינות גז עומדות כנכסים קריטיים בדור כוח ותעופה, מה שהופך דלק לאנרגיה מכנית עם יעילות יוצאת דופן.אבל אפילו עיצוב טורבינות מתקדם ביותר לאבד חלק ניכר מהביצועים שלהם כדי להדליף את החותם העבר - הרכיבים המכילים נוזלי עבודה בלחץ גבוה.אבל אלה, לעתים קרובות מפוטרים כמו בלתי נמנע, יכולים לבודד יעילות כוללת במספר נקודות, לתרגם למליוני דולרים בדלק מבוזבז ולהגדיל את הסיכוי למכוניות אנרגיה אקטיבית יותר מאשר לפחמות יתר על פני כדוריות פעיל.

אתגר ה-Leakage in Gas Turbines

כדי להבין מדוע חומרי חידוש החותם, יש קודם כל להעריך את תנאי התפעול בתוך טורבינת גז.לחץ פריקור יכול לעלות על 30 בר, וטמפרטורות הבעירה עולה באופן שגרתי על 1,500 מעלות צלזיוס. Seals חייב למנוע אוויר בלחץ גבוה גזים של גזי הדבקה מבריחה לאורך פירורים, בין רכיבי לוחצים ורכיבי ענישה מסתובבים, ובתוך ניכויים על ידי מחזור הבעירה, צמצום המסה ולהפחית את הדחף ישיר על מנת לדחוס.

מדוע אובדן הקפאה הוא כל כך יקר

לנקאז בטורבינה גז מייצג עבודה אבודה.עבור כל 1% של זרימת הפרשות דחוסים המעבירה את סעיף טורבינות, צריכת הדלק הספציפית יכולה להגדיל ב-0.5–1% בהתאם לתכנון המנוע.במשך 20 שנה, טורבינת גז של 100 מ"ג עשויה לשרוף תוספת של 200,000 טון דלק עקב דליפות בלבד - עלות של טביעות רגל עצמן, כמו גם דליפות פחמן דו"מים, כאשר הן יכולות להפחית את הביצועים הישירים של פחמן, כאשר הן מחוסמות, באופן יחסי, כאשר הן מחוסמות, באופן יחסי, הן מייצרות דמי פליטות פחמן, אפילו ירידה משמעותית, כאשר הן מחוספסת הפחמן, כאשר הן מחוספסת הפחמן, כאשר הן מחוספסת שומן, כאשר הן מחוספסת משקל, כאשר הן מייצרות רגל, הן מייצרות רגל, הן מייצרות רגל, באופן יחסי, אם הן מייצרות רגל, באופן יחסי, באופן יחסי, באופן יחסי, כאשר הן יכולות להפחית את עלויות של פחמן, כאשר הן יכולות להפחית את עלויות של פחמן, באופן יחסי, באופן יחסי, באופן יחסי, כאשר הן מחוספסת משקל נמוך יותר מחוספסת משקל נמוך יותר של פחמן, כאשר הן מחוספסת שומן, כאשר הן מייצרות פחמן, כאשר

טכנולוגיות חותם מסורתיות ומגבלותיהן

(א) חתימות שימשו את התעשייה במשך עשרות שנים, אך כל אחד מהם בא עם חסרונות ידועים לשמצה (FLT:0) שיפורים נוקשים של גזימור (FLT) ב- 1 (Ralphs) ב- 1 בינואר – סדרה של סנפירים מנטרולטיביים שיוצרים נתיב חמקמק ועוצמתי יותר, אך הם אינם פועלים למעשה עם התרחבות מהירה יותר, אלא גם עם עלייה מהירה יותר של אור רכה, אך ורקפת.

טכנולוגיות חותם חדשניות

Recent advances in materials science, manufacturing, and control systems have enabled a new generation of seals that address the fundamental limitations of older designs. Three technologies stand out in particular: carbon ring seals, active magnetic bearings, and hybrid seal configurations.

טביעות רגל פחמן

חותמות טבעת פחמן מורכבות מטבעות חד או יותר של פחמן ברמה גבוהה - לעתים קרובות מוזנח עם מתכות או חזרות עבור כוח נוסף - כי לרכוב על פיר רוטינג. חומר פחמן הוא self-lubricating, מציע מוליכות תרמית מעולה, ויכול לעמוד בטמפרטורות עד 600 מעלות בשירות רציף (וגבוה יותר בהתפרצויות קצרות).

מסובבים פחמן מתקדמים כוללים עכשיו ממלאי סיליקון ומבנים פחמן פחמן דומיים שדוחפים את תקרת הטמפרטורה אפילו גבוה יותר, התאמת הדרישות של הדור הבא של טורבינות קומבטור יציאה.קצב הבלבש נמוך, ומכיוון שטבעת הפחמן לובשת מעדיף - הגנה על הפיר רוטטור יקר יותר - עלייה של עלויות פחמן נמוכות יותר.

דובים מגנטיים פעילים

נושאים מגנטיים פעילים (AMB) מייצגים עזיבה רדיקלית מחתימות מגע: הם מבטלים מגע פיזי לחלוטין.במקום להסתמך על שמן או לחץ גז כדי לתמוך במשקל רוטטור, AMBs להשתמש אלקטרומגנטים הנשלטים על ידי חיישנים ובקרים דיגיטליים כדי להציף את הרקב בשדה מגנטי באופן פעיל.עם מגע פיזי, אין שום מגע, אין חיכוך, ואין צורך במערכות שמן lubricating כי יכול להיות משוחרר ואפקטיבי של תפקוד מדויק כל כך מתואם עם לחץ דם זה הוא למעשה, הוא בטוח, עם לחץ דם, הוא בטוח, והוא בטוח, עם כוח אמיתי, 000, 000, הוא בטוח, 000, הוא בטוח, 000, 000, הוא בטוח, הוא בטוח, 000, הוא יעיל, עם כוח רפלקציה, 000.

AMBs כבר בשימוש בהצלחה בדחיסות תעשייתיות ורחבים במשך שנים, אבל היישום שלהם טורבינות גז הוא יחסית לאחרונה.האתגר הוא שילוב אותם לתוך דינמיקות ריקטור קיימות ו במערכות בקרה להשפילות במהירות גבוהה, עתירה גבוהה של קו טורבינות. Prototype מתקנים הוכיחו הפחתה של 50–70% מעל מחסנים מעבדה על המיקום של צריכת שמן, בתוספת הילוך מגנטי של חומרים תחזוקה, אשר נמצאים תחת לחץ דם מגנטית, אשר נמצאים תחת לחץ דם גבוה, אשר נמצאים תחת מערכת תחזוקה, אשר נמצאים תחת לחץ דם מגנטית של חומרים מחוסמת, אשר נמצאים תחת לחץ דם מגנטית של חומרים מחמצן, אשר נמצאים תחת לחץ דם של חומרים מדלקת ריאות, אשר נמצאים תחת לחץ דם, אשר נמצאים תחת לחץ דם של חומרים מגנטית, אשר נמצאים תחת לחץ דם גבוה, אשר נמצאים תחת לחץ דם של חומרים מצמצם, אשר נמצאים תחת לחץ דם של חומרים מדלקת ריאות, אשר נמצאים תחת לחץ דם גבוה, אשר נמצאים תחת לחץ דם גבוה, אשר נמצאים תחת לחץ דם של חומרים מטבולית, אשר נמצאים תחת לחץ דם גבוה של חומרים מחמצן של חומרים מחמצן, אשר נמצאים תחת לחץ דם של חומרים מצמצם את רמת צריכת דלקות, אשר נמצאים תחת לחץ דם של חומרים מטבולית,

עיצובים היברידיים

אף טכנולוגיה של חותם יחיד לא עובדת הכי טובה תחת כל מצב של איטום היברידי משלבת שני מנגנונים או יותר להתאמה כדי לנצל את נקודות החוזק של כל אחד מהם תוך הקטנת החולשות.

  • (FLT:0Brush-labyrinth היברידיs:cioFLT:1) A Labyrinth fin ואחריו חותם מצחצוח.המבוך שובר טיפות לחץ גדולות; החותם המברשת מטפל הנותרים דליפות לחץ נמוך, גבוה בשפע, צמצום ללבוש גלימה.
  • (FLT:0) הקרבון טבעתי-אקטיבי של ההיברידיים: אנדרל 1 (AFP) A Carbon Ring Seal הוא בשילוב עם אדזואלקטרי או הידראולי אשר מאמת את המיקום הרדיואקטיבי של הטבעת בהתבסס על עקירה רוטורית, צמצום כוח מגע תוך שמירה על דליפת דליפת נמוך.
  • (FLT:0) מחסנים מורכבים של מטריה: energizer מעיין מתכת מוקף elastomer עתיר-הטמפרטורה גבוהה (למשל, פלואו פחמן או מתחם מבוסס סיליקון) , elastomer מספק חותם קונפורמי חזק, בעוד האלמנטים מבטיחים יציבות ממדית תחת לחץ.

עיצובים היברידיים הם בעלי יכולת אישית: חותם יכול להיות מכוון ללחץ הספציפי, הטמפרטורה, ופרופילי ניקוי של שלב מנוע נתון.המורכבות הנוספת מוצדקת על ידי הישגי הביצועים - שיפורים משמעותיים של 30-50% על החותמות חד-טכנולוגיה הטובה ביותר הם נפוצים, והיברידיים לעתים קרובות להשיג מרווחי שירות ארוכים יותר כי העומסים משותפים בין רכיבים שונים.

פריצות דרך טכנולוגיות במדע החומרי

הביצועים של כל חותם בסופו של דבר מוגבל על ידי החומרים שממנו הוא נעשה.ההתפתחויות האחרונות בקרמיקה עתירה גבוהה, מרוכבים, וטכנולוגיות ציפוי פני השטח מאפשרות לאטום לפעול במשטרים שנחשבו בעבר לבלתי אפשריים.

High-Temperature Ceramics ו- Composites

Ceramics כגון סיליקון nitride, alumina, ו zirconia מציעים כוח עתירי גבוה במיוחד עמידות קורוזיה ושחיתות קורוזיה, אבל קרמיקה מסורתית הם brittle.הפיתוח של מקרמות קרמיקה (CMCs) - במיוחד אלה עם סיבי סיליקון-carbide במטרת סיליקון - יש להתגבר על טבעות סגסוגת CMC זה יכול לפעול ב טמפרטורות נמוכות יותר מ טמפרטורות Cvide.

טיפול פנים וכיסויים

גישה נוספת היא ליישם ציפויים מתקדמים לחומרי חותם קונבנציונליים.ציפוי מחסום הרחם (TBCs) של yttria-stabilized zirconia להפחית את הטמפרטורה שנראה על ידי מבנה החותם הבסיסי, המאפשר שימוש של פחות זול, חזק יותר substrates. Wear-resistant ציפויים - כגון tungsten-caride cobalt ו-romi-bide - על ידי סוללות מתכת חום כהה (Ric) מעצימה נמוכה מאוד, 000) או ציפוי פחמן (DLC)

השפעה על Turbine Performance and Lifecycle

אימוץ טכנולוגיות החותם החדשניות הללו מתרגמת ישירות לשיפורים הניתנים למדידה בפעילות טורבינות ובכלכלת תחזוקה.

יעילות תגמול

היתרון המיידי ביותר הוא צמצום קצב חום - כמות האנרגיה של דלק הנדרשת כדי לייצר קילווואט-שעה של חשמל.ניסויים שדה של החותמות חד-אקטיביות היברידית של פחמן-אקטיביות על טורבינת גז של 50 מ"מ הראו שיפור חום של 1.8%, שווה להפחית פליטות CO2 על ידי כ -2,000 טון בשנה עבור יחידה זו, יישום של CMCs לקצב בינוני של צריכת דלק מסוימת, אך בטווח של צריכת דלק גבוה (FC) לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, צריכת דלק גבוה יותר מ- 16%) או יותר מאשר צריכת דלק, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת יותר ממנועי סילון (כ- 16%) של צריכת דלק גבוה יותר, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, צריכת דלק בינוניים, לעומת זאת, לעומת צריכת דלק בינוניים משמעותיים בטווח של צריכת דלק בינוניים מתקדמים (כ-ידי צריכת דלק).

תחזוקה וגמישות

החותם המתקדמים גם מרחיבים מרווחי תחזוקה.טבעת פחמן ואיטום AMB חווים ללבוש מינימלי בהשוואה למברשת או לאתמות מעבדה, המאפשרים למפעילים לעבור מבדיקות 8,000 שעות עד 16,000 או אפילו 24,000 שעות בין יתר על המידה. AMBs לחסל את הצורך בתחזוקת מערכת שמן - אין שינויים שמן, ללא סינון, ללא סיכון של שריפות תרמיות, שבו לא מתוכנן יתר עלות של 15% ליום, אפילו ירידה של ירידה של ירידה של פחות מלמטה של 100 אלף דולר.

כיוונים עתידיים ואימוץ התעשייה

החידושים שנדונו אינם מקריות מעבדה; הם ממוצבים כיום.ג'נרל אלקטריק הציג חותמות טבעת פחמן על כמה מסגרות של טורבינות גז מסוג H-class שלה, שדיווחו על רווחי מחזור משולבים של 0.3 עד0.5 נקודות אחוז.סינס בחן נושאים מגנטיים פעילים בטורבינה גז תעשייתית SGT-800 שלה, ותעשיות כבדות מסובישושיות השיקה לאחרונה ערכת איטום היברידית עבור M50/1/M1 מנטרק אווירי תיבות של פחמן ו-R.

במבט קדימה, שלושה מגמות יזרזו אימוץ.ראשון, ייצור התוסף יאפשר ייצור של ג'ממות חותם עם מעברים קירור פנימיים ותכונות מעבדה מורכבות שלא היו אפשריות למכונה מפיסת יחיד, תאום דיגיטלי ואינטגרציה חיישן יאפשר ניטור מצב בזמן אמת של בריאות החותם, המאפשר תחזוקה חיזוי ולא מרווחים קבועים.

עם זאת, אתגרים נשארים.העלות העליונה של מערכות חותם מתקדמות גבוהה יותר מאשר שיטות קונבנציונליות, ומתקנים רטרופיט חייבים לנהל בקפידה דינמיקות רוטטור והתרחבות תרמית לאותמות. בדיקת Qualification עבור תעופה חייבת לעמוד בסטנדרטים קפדניים של בטיחות, להאריך מחזורי הסמכה.עדיין, הנהגים הכלכליים והסביבתיים חזקים מספיק כי התעשייה משקיעה בפתרונות חתומים רבים בעשור הבא, סביר להניח כי המדינה-of-the-art אלה יהיו שילוב של יחידות מגנטיות, כמו גם עם פחמן, כמו גם של פחמן סטנדרטיות, ויחידות מגנטיות, כמו גם עם יחידות מגנטיות, אשר יהיו יותר, ואווירהת, כמו גם עם יחידות מגנטיות, כמו גם עם סוללות, כמו גם עם סוללות, אשר יהיו משולבות, כמו גם עם סוללות, 000, 000, עם סוללות סטנדרטיות, ואווירהוריבות, עם יחידות מגנטיות, עם סוללות, עם סוללות, עם סוללות, ואווירהחדשניות, אשר יהיו יותר, עם סוללות, עם סוללות סטנדרטיות, עם סוללות, כמו גם, כמו גם יותר ויותר, עם סוללות סטנדרטיות, כמו גם, כמו גם, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000

מסקנה

הפסדי דליפות גז מייצגים משיכה מתמדת על ביצועים ורווחיות, אבל טכנולוגיות החותם נכנסות כעת לשירות מציעים תרופה מוכחת.מטביעות טבעת פחמן המשלבות דליפות נמוכה עם חוסן עתיר, לנקודות מגנטיות פעילות המסלקות מגע לחלוטין, ועיצובים היברידיים המחטים את הפתרון לכל שלב מנוע, הכלים קיימים כדי לקצץ בחצי או יותר.

(ב) לקריאה נוספת, התייחס לדיווחים בתעשייה מחטיבת הכוח של הגנרל אלקטריק (Galph) 1 (FLT:2Siemens Energy Gas טורבינות גז LT 3, ו-FLT:4NASA Aeronautics Research MissionateFLT:5 for Baseal work on high-temptureal acid and Active controlance.