V plynových turbínách, Odlévání oceli s vysokou teplotou je jednou z hlavních technologií pro výrobní turbínové čepele a komponenty spalovací komory. Tyto složky musí odolávat extrémních pracovních podmínkách, včetně vysoké teploty, vysokého tlaku, korozivních plynů a mechanického napětí.
Aplikace lopatek turbíny
Pracovní prostředí a požadavky na výkon
Čepele turbíny jsou jednou z nejdůležitějších složek plynových turbín, přímo vystavených toku plynu s vysokým teplotou a teplota může být až 1000 ° C nebo více.
Odsety oceli s vysokou teplotou musí mít následující vlastnosti:
Odolnost s vysokou teplotou: Schopnost udržovat pevnost a stabilitu v prostředí s vysokou teplotou po dlouhou dobu.
Odolnost vůči dotvarování: Zabraňte plastické deformaci za vysokých teplot a vysokých podmínek napětí.
Oxidační odolnost: Odolejte oxidaci vysoké teploty a zabrání tvorbě křehké vrstvy oxidu na povrchu.
Odolnost tepelné únavy: Vypořádejte se s častými cykly start-stop a fluktuacemi teploty.
Výběr materiálu
Slitina na bázi vysokých teplot na bázi niklu:
Nejčastěji používaným materiálem s vynikající pevností s vysokou teplotou, oxidační odolností a odolností proti tečení.
Mezi běžné známky patří Inconel 718, Inconel 625, CMSX-4 atd.
Kobaltovy superLoys:
Má vyšší odolnost proti oxidaci a odolnost proti korozi a je vhodná pro použití v extrémně korozivním prostředí.
Mezi běžné známky patří Haynes 188, Mar-M 509 atd.
Superloys na bázi železa:
Má nižší náklady, ale jeho teplotní odolnost je o něco nižší než odolnost proti nikl a slitiny na bázi kobaltu a je vhodná pro oblasti střední teploty.
Proces obsazení
Investiční obsazení
Investiční obsazení je hlavním procesem výrobních lopatek turbíny, které mohou dosáhnout složitých tvarů a vysoké přesnosti.
Pomocí keramických forem se lopatky bez defektů vyrábějí prostřednictvím investičního odlévání.
Vnitřní chladicí kanály (jako jsou duté lopatky) mohou být vyrobeny za účelem zlepšení účinnosti rozptylu tepla.
Směrové tuhnutí (DS)
Řízením směru tuhnutí zrna rostou specifickým směrem, snižují počet hranic zrn a čímž se zlepšuje odolnost vůči dotvarování.
Single Crystal Casting (SC)
Jedno krystalové čepele nemají žádné hranice zrn, mají vyšší pevnost v teplotě a odolnost vůči dotvarování a jsou první volbou pro špičkové lopatky turbíny.
Povrchové úpravy
Technologie povlaku:
Potahování tepelné bariéry (TBC): keramické materiály (jako je oxid zirkonia) jsou potaženy na povrchu čepele, aby se snížila teplota substrátu a prodloužila životnost.
Anti-oxidační povlak: jako je například hliníkový povlak nebo mcraly (kovový chrom hliník yttrium), aby se zvýšila schopnost antioxidace.
Chladicí design:
Povrchová teplota čepele je snížena prostřednictvím vnitřních chladicích kanálů a externích technologií chlazení filmu vzduchu.
Aplikace komponent spalovací komory
Pracovní prostředí a požadavky na výkon
Složky komory pro spalování jsou přímo v kontaktu s vysokoteplotními spalovacími plyny a jsou vystaveny vysokotlakému a korozivnímu médiu (jako jsou sulfidy a oxidy dusíku).
Mezi hlavní požadavky na výkon patří:
Vysoká teplota odolnost: schopná odolat spalovacím teplotám nad 1500 ° C.
Odolnost proti korozi: Odol erozi produkty spalování.
Strukturální stabilita: udržuje geometrický tvar nezměněný při vysoké teplotě a vysokém tlaku.
Výběr materiálu
Highteremtereture Aliy na bázi niklu: široce se používá ve složkách spalovací komory s vynikající vysokoteplotní pevností a antioxidačními vlastnostmi.
Mezi běžné známky patří Inconel 617, Hastelloy X atd.
Slitiny na bázi kobaltu:
Používá se ve vysokoteplotních oblastech ve spalovacích komorách, s lepší odolností proti korozi.
Proces obsazení
Přesné obsazení:
Používá se k výrobě komplexních spalovacích komor, plamenových trubek a dalších komponent.
Optimalizací procesu lití je zajištěna tloušťka stěny komponent a snížena koncentrace tepelného napětí.
Svařování a shromáždění:
Pro velké komponenty spalovací komory jsou obvykle přijímány segmentované lití a svařování.
Povrchové úpravy
Potahování tepelné bariéry (TBC):
Keramický povlak je aplikován na vnitřní stěnu spalovací komory, aby se snížila teplota substrátu a zlepšila tepelnou odolnost.
Antioxidační povlak:
Zlepšit odolnost proti oxidační odolnosti složek spalovací komory a prodloužit životnost.
Chladicí design:
Komponenty spalovací komory jsou obvykle navrženy s porézními chladicími strukturami, aby se snížila teplota chlazením filmu a chlazení konvekce.
Výhody odlévání z oceli s vysokou teplotou
Schopnost výrobních komplexních tvarů
Odlévání oceli s vysokou teplotou slitiny může produkovat složité geometrie, jako jsou duté struktury a chladicí kanály lopatek turbíny.
Tato schopnost je rozhodující pro optimalizaci výkonu komponent (jako je zlepšení účinnosti chlazení).
Použitelnost vysoce výkonných materiálů
Vysokoteplotní slitinová ocel má vynikající sílu s vysokou teplotou, oxidační odolnost a odolnost vůči dotvarování, které mohou vyhovovat potřebám extrémních pracovních podmínek plynových turbín.
Dlouhý život a spolehlivost
Prostřednictvím pokročilých procesů odlévání a technologií povrchové úpravy mohou vysokoteplotní slitinové ocelové odlitky fungovat stabilně a po dlouhou dobu ve vysoké teplotě, vysokém tlaku a korozivním prostředí.
Aplikace lití oceli s vysokou teplotou v plynových turbínách se odráží hlavně při výrobě lopatků turbíny a složek spalovací komory. Tyto technologie nejen vyhovují potřebám extrémních pracovních podmínek plynových turbín, ale také podporují technologický pokrok v oblasti leteckého a energetiky.
