In gasturbines, stalen gieting op hoge temperatuur is een van de kerntechnologieën voor het produceren van turbinebladen en verbrandingskamercomponenten. Deze componenten moeten bestand zijn tegen extreme werkomstandigheden, waaronder hoge temperatuur, hoge druk, corrosieve gassen en mechanische stress.
Toepassing van turbinebladen
Werkomgeving en prestatievereisten
Turbinebladen zijn een van de meest kritieke componenten in gasturbines, direct blootgesteld aan hoog temperatuurgasstroom, en de temperatuur kan zo hoog zijn als 1000 ° C of meer.
High Temperaty Legering stalen gietstukken moeten de volgende eigenschappen hebben:
Hoge temperatuurweerstand: vermogen om de sterkte en stabiliteit in de omgeving met hoge temperatuur gedurende lange tijd te behouden.
Kruipweerstand: voorkom plastic vervorming onder hoge temperatuur en hoge spanningsomstandigheden.
Oxidatieweerstand: weersta oxidatie op hoge temperatuur en vermijd de vorming van brosse oxidelaag op het oppervlak.
Thermische vermoeidheidsweerstand: omgaan met frequente start-stopcycli en temperatuurschommelingen.
Materiële selectie
Op nikkel gebaseerde legering op hoge temperatuur:
Het meest gebruikte materiaal met uitstekende hoge temperatuursterkte, oxidatieweerstand en kruipweerstand.
Gemeenschappelijke cijfers zijn onder meer Inconel 718, Inconel 625, CMSX-4, etc.
Op kobalt gebaseerde superalys:
Het heeft een hogere oxidatieweerstand en corrosieweerstand en is geschikt voor gebruik in extreem corrosieve omgevingen.
Gemeenschappelijke cijfers zijn Haynes 188, Mar-M 509, etc.
Op ijzer gebaseerde superlegeringen:
Het heeft lagere kosten, maar de temperatuurweerstand is enigszins inferieur aan die van legeringen op basis van nikkel en op kobalt gebaseerde legeringen en is geschikt voor gebieden met gemiddelde temperatuur.
Castingproces
Investeringsuitgifte
Investeringsuitgieten is het belangrijkste proces voor het produceren van turbinebladen, die complexe vormen en hoge precisie kunnen bereiken.
Met behulp van keramische schimmels worden defectvrije messen geproduceerd door casting in beleggingen.
Interne koelkanalen (zoals holle messen) kunnen worden vervaardigd om de efficiëntie van de warmtedissipatie te verbeteren.
Directionele stolling (DS)
Door de stollingsrichting te regelen, groeien de korrels in een specifieke richting, waardoor het aantal korrelgrenzen wordt verminderd en dus de kruipweerstand verbetert.
Single Crystal Casting (SC)
Enkele kristalbladen hebben geen korrelgrenzen, hebben een hogere hoge temperatuursterkte en kruipweerstand en zijn de eerste keuze voor high-end turbinebladen.
Oppervlaktebehandeling
Coatingtechnologie:
Thermische barrièrecoating (TBC): Keramische materialen (zoals zirkoniumoxide) zijn gecoat op het oppervlak van het mes om de temperatuur van het substraat te verlagen en de levensduur te verlengen.
Anti-oxidatiecoating: zoals aluminide-coating of mcralie (metaalchroom aluminium yttrium) coating om het anti-oxidatievermogen te verbeteren.
Koelontwerp:
De oppervlaktetemperatuur van het mes wordt verlaagd door interne koelkanalen en externe luchtfilmkoeltechnologie.
Toepassing van verbrandingskamercomponenten
Werkomgeving en prestatievereisten
De verbrandingskamercomponenten zijn direct in contact met verbrandingsgassen op hoge temperatuur en worden onderworpen aan hoge druk en corrosieve media (zoals sulfiden en stikstofoxiden).
De belangrijkste prestatievereisten zijn onder meer:
Hoge temperatuurweerstand: in staat om verbrandingstemperaturen boven 1500 ° C te weerstaan.
Corrosiebestendigheid: weerstaat erosie door verbrandingsproducten.
Structurele stabiliteit: handhaaft de geometrische vorm ongewijzigd onder hoge temperatuur en hoge druk.
Materiële selectie
Nikkelgebaseerde hoogtemperatuurlegering: veel gebruikt in verbrandingskamercomponenten, met uitstekende sterkte-temperatuursterkte en anti-oxidatie-eigenschappen.
Gemeenschappelijke cijfers zijn onder meer Inconel 617, Hastelloy X, enz.
Op kobalt gebaseerde legeringen op hoge temperatuur:
Gebruikt in gebieden op hoge temperatuur in verbrandingskamers, met betere corrosieweerstand.
Castingproces
Precisie -casting:
Wordt gebruikt om complexe verbrandingskamerwiners, vlambuizen en andere componenten te produceren.
Door het gietproces te optimaliseren, wordt de wanddikte van de componenten ertoe gebracht uniform te zijn en wordt de thermische spanningsconcentratie verminderd.
Lassen en montage:
Voor grote verbrandingskamercomponenten worden meestal gesegmenteerd gieten en lassen overgenomen.
Oppervlaktebehandeling
Thermische barrièrecoating (TBC):
Keramische coating wordt toegepast op de binnenwand van de verbrandingskamer om de substraattemperatuur te verlagen en de warmtebestendigheid te verbeteren.
Anti-oxidatiecoating:
Verbeter de oxidatieresistentie van verbrandingskamercomponenten en verleng de levensduur.
Koelontwerp:
Componenten van verbrandingskamer zijn meestal ontworpen met poreuze koelstructuren om de temperatuur te verlagen door filmkoeling en convectiekoeling.
Voordelen van stalen gieten op hoge temperaturen
Vermogen om complexe vormen te produceren
Staalgast met hoge temperatuur legering kan complexe geometrieën produceren, zoals holle structuren en koelkanalen van turbinebladen.
Dit vermogen is van cruciaal belang voor het optimaliseren van de prestaties van componenten (zoals het verbeteren van de koelefficiëntie).
Toepasselijkheid van krachtige materialen
Legeringsstaal op hoge temperatuur heeft een uitstekende kracht op hoge temperatuur, oxidatieweerstand en kruipweerstand, die kan voldoen aan de behoeften van extreme werkomstandigheden van gasturbines.
Lang leven en betrouwbaarheid
Door middel van geavanceerde gietprocessen en oppervlaktebehandelingstechnologieën kunnen stalen gietstukken met hoge temperaturen stabiel en lange tijd werken in hoge temperatuur, hoge druk en corrosieve omgevingen.
De toepassing van stalen gietstukken op hoge temperatuur in gasturbines wordt voornamelijk weerspiegeld in de productie van turbinebladen en verbrandingskamercomponenten. Deze technologieën voldoen niet alleen aan de behoeften van extreme werkomstandigheden van gasturbines, maar bevorderen ook technologische vooruitgang op het gebied van ruimtevaart en energie.
