Технология нанесения покрытий во время эксплуатации газовой турбины

Газовая турбина - это один из основных узлов ГТД, определяющих надежность и ресурс всего двигателя . С увеличением температуры газа перед турбиной и температуры сгорания топлива возрастает эффективность (КПД) газовой турбины. Повышение КПД турбины сильно зависит от материала, конструкции и технологии изготовления высокотемпературных деталей. Обычно высокотемпературные элементы изготавливают из жаропрочных сплавов на основе никеля, но для работы при очень высоких температур, их дополнительно покрывают теплозащитным покрытием (thermal barrier coating, TBC) или элементы охлаждаются с помощью специальных отверстий.

Технология нанесения покрытия во время эксплуатации (in situ combustion coating, ISCC) была предложена для усовершенствования недостатка термобарьерных покрытий (ТБП) на основе материала диоксида циркония, стабилизированного иттрием (yttria-stabilized-zirconia,YSZ). Как в слове «in situ», во время эксплуатации газовой турбины покрывающий раствор впрыскивается в камеру сгорания, и на поверхности высокотемпературного элемента, где проходит сгорающий газовый поток, осаждается материал на основе окислов.

Эта технология имеет сходство с методом химического осаждения из газовой фазы (combustion chemical vapor deposition, CCVD). В процессе CCVD подложка помещается в пары одного или нескольких веществ, которые, вступая в реакцию и разлогаясь, производят на поверхности подложки необходимое вещество. Часто при этом образуется также газообразный продукт реакции, выносимый из камеры с потоком газа.

Метод CCVD - это лучший способ нанесения окислов в атмосферной среде на поверхности элементов турбины, а также при выборе подходящего покрывающего вещества, как металлоорганического соединения, так и разных видов окислов.

Преимуществом технологии ISCC является экономичность, экологическая чистота, увеличение КПД и ресурса деталей. Процесс нанесения покрытий происходит с помощью энергии продуктов сгорания в газовой турбине при наличии специального оборудования для подачи покрывающего вещества.Процесс нанесения покрытий можно повторять несколько раз, что имеет удобство при техническом обслуживании.

Технология ISCC впервые была применена в лабораториях на ГТД летательного аппарата в Корее. В первом испытании было использовано турбинное колесо, которое сделано из стали 45 (SM45C). Технология была применена в среде авиационного топлива на основе силиконоорганических соединений. В лопатках турбины были обнаружены окислы диоксида кремния (кремнезём, SiO2, siliса), прочность колеса турбины из стали 45(SM45C) намного превысила ожидаемый результат. Для колеса турбины из жаропрочного сплава на основе никеля инконель 718(IN718) также применялась технология ISCC, были покрыты слоем диоксида кремния (кремнезем,SiO2,silica) передняя и задняя часть лопатки. Результаты длительного эксперимента с ГТД , проведенные в лаборатории, показали, что основные элементы турбины были защищены при температуре перед турбиной на 100 градусов С выше, чем расчетная. В результате эффективность турбины выросла на 2% , и мощность увеличилась.

Покрытие по технологии ISCC - это достижение современных технологий для наращивания высокотеплоизоляционных и устойчивых к окислению оксидных слоев на деталях газовых турбин при эксплуатации.

ВНИМАНИЕ: Данная информация получена путем сканирования, цифровой обработки физических носителей или обмена с неравнодушными пользователями. Она не имеет отметок грифа секретности и тайны, если вы считаете, что эта информация нарушает Ваши авторские или другие права. Незамедлительно сообщите администратору для удаления ее из портала.