I gassturbiner, støping av høy temperaturlegering av stål er en av kjerneteknologiene for å produsere turbinblader og forbrenningskammerkomponenter. Disse komponentene må motstå ekstreme arbeidsforhold, inkludert høy temperatur, høyt trykk, etsende gasser og mekanisk stress.
Påføring av turbinblader
Arbeidsmiljø og ytelseskrav
Turbinblader er en av de mest kritiske komponentene i gassturbiner, direkte utsatt for høy temperatur gasstrøm, og temperaturen kan være så høy som 1000 ° C eller mer.
Støping av høy temperaturlegering må ha følgende egenskaper:
Høy temperaturmotstand: Evne til å opprettholde styrke og stabilitet i miljø med høyt temperatur i lang tid.
Krypresistens: Forhindre plastisk deformasjon under høye temperaturer og høye stressforhold.
Oksidasjonsmotstand: Motstands oksidasjon med høy temperatur og unngå dannelse av sprø oksydlag på overflaten.
Termisk utmattelsesmotstand: takle hyppige start-stop-sykluser og temperatursvingninger.
Materiell valg
Nikkelbasert høy temperaturlegering:
Det mest brukte materialet med utmerket høy temperaturstyrke, oksidasjonsmotstand og krypmotstand.
Vanlige karakterer inkluderer Inconel 718, Inconel 625, CMSX-4, etc.
Koboltbaserte superlegeringer:
Den har høyere oksidasjonsresistens og korrosjonsmotstand, og er egnet for bruk i ekstremt etsende miljøer.
Vanlige karakterer inkluderer Haynes 188, Mar-M 509, etc.
Jernbaserte superlegeringer:
Det har lavere kostnader, men temperaturmotstanden er litt dårligere enn den for nikkelbaserte og koboltbaserte legeringer, og er egnet for mellomtemperaturområder.
Støpeprosess
Investeringsstøping
Investeringsstøping er hovedprosessen for produksjon av turbinblader, som kan oppnå komplekse former og høy presisjon.
Ved hjelp av keramiske former produseres defektfrie kniver gjennom investeringsstøping.
Interne kjølekanaler (for eksempel hule kniver) kan produseres for å forbedre effektiviteten til varmeavledningen.
Retningsbestemmelse (DS)
Ved å kontrollere størkningsretningen vokser kornene i en spesifikk retning, reduserer antall korngrenser og forbedrer dermed krypmotstanden.
Enkeltkrystallstøping (SC)
Enkeltkrystallblader har ingen korngrenser, har høyere høy temperaturstyrke og krypmotstand, og er det første valget for high-end turbinblader.
Overflatebehandling
Beleggsteknologi:
Termisk barrierebelegg (TBC): Keramiske materialer (for eksempel zirkoniumoksyd) er belagt på overflaten av bladet for å redusere temperaturen på underlaget og forlenge levetiden.
Antioksidasjonsbelegg: for eksempel aluminidbelegg eller mcraly (metallkromaluminium yttrium) belegg for å forbedre antioksidasjonsevnen.
Kjøledesign:
Overflatetemperaturen på bladet reduseres gjennom indre kjølekanaler og kjøleteknologi for ekstern luftfilm.
Anvendelse av forbrenningskammerkomponenter
Arbeidsmiljø og ytelseskrav
Forbrenningskammerkomponentene er direkte i kontakt med forbrenningsgasser med høy temperatur og blir utsatt for høyt trykk og etsende medier (som sulfider og nitrogenoksider).
De viktigste ytelseskravene inkluderer:
Høy temperaturmotstand: i stand til å motstå forbrenningstemperaturer over 1500 ° C.
Korrosjonsmotstand: Motstå erosjon av forbrenningsprodukter.
Strukturell stabilitet: Opprettholder geometrisk form uendret under høy temperatur og høyt trykk.
Materiell valg
Nikkelbasert høye temperaturlegering: mye brukt i forbrenningskammerkomponenter, med utmerkede høye temperaturstyrke- og antioksidasjonsegenskaper.
Vanlige karakterer inkluderer Inconel 617, Hastelloy X, etc.
Koboltbaserte legeringer av høye temperaturer:
Brukes i områder med høy temperatur i forbrenningskamre, med bedre korrosjonsmotstand.
Støpeprosess
Presisjonsstøping:
Brukes til å produsere komplekse forbrenningskammerforinger, flammerør og andre komponenter.
Ved å optimalisere støpeprosessen er veggtykkelsen på komponentene sikret å være ensartet og den termiske spenningskonsentrasjonen reduseres.
Sveising og montering:
For store forbrenningskammerkomponenter blir segmenterte støping og sveising vanligvis tatt i bruk.
Overflatebehandling
Termisk barrierebelegg (TBC):
Keramisk belegg påføres den indre veggen i forbrenningskammeret for å redusere underlagstemperaturen og forbedre varmemotstanden.
Antioksidasjonsbelegg:
Forbedre oksidasjonsmotstanden i forbrenningskammerkomponenter og forlenge levetiden.
Kjøledesign:
Forbrenningskammerkomponenter er vanligvis designet med porøse kjølestrukturer for å redusere temperaturen gjennom filmkjøling og konveksjonskjøling.
Fordeler med støping av høye temperaturer legering av stål
Evne til å produsere komplekse former
Høytemperaturlegering av stålstål kan produsere komplekse geometrier, for eksempel hule strukturer og kjølekanaler med turbinblader.
Denne evnen er avgjørende for å optimalisere komponentytelsen (for eksempel å forbedre kjøleeffektiviteten).
Anvendbarheten av høyytelsesmaterialer
Legering av høye temperaturer har utmerket styrke med høy temperatur, oksidasjonsmotstand og krypmotstand, som kan dekke behovene til ekstreme arbeidsforhold for gassturbiner.
Lang levetid og pålitelighet
Gjennom avanserte støpingsprosesser og overflatebehandlingsteknologier kan høye temperaturstålstålstøper fungere stabilt og i lang tid i høy temperatur, høyt trykk og etsende miljøer.
Bruken av støpstøping av høye temperaturer legering av stål i gassturbiner gjenspeiles hovedsakelig i produksjon av turbinblader og forbrenningskammerkomponenter. Disse teknologiene oppfyller ikke bare behovene til ekstreme arbeidsforhold for gassturbiner, men fremmer også teknologisk fremgang innen luftfart og energi.
