Gaz türbinlerinde, Yüksek sıcaklık alaşımlı çelik döküm türbin bıçakları ve yanma odası bileşenleri üretimi için temel teknolojilerden biridir. Bu bileşenlerin yüksek sıcaklık, yüksek basınç, aşındırıcı gazlar ve mekanik stres dahil olmak üzere aşırı çalışma koşullarına dayanması gerekir.
Türbin bıçaklarının uygulanması
Çalışma ortamı ve performans gereksinimleri
Türbin bıçakları, doğrudan yüksek sıcaklıklı gaz akışına maruz kalan gaz türbinlerindeki en kritik bileşenlerden biridir ve sıcaklık 1000 ° C veya daha yüksek olabilir.
Yüksek sıcaklık alaşımlı çelik dökümler aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır:
Yüksek sıcaklık direnci: Yüksek sıcaklık ortamında uzun süre mukavemet ve stabiliteyi koruma yeteneği.
Sürünme direnci: Yüksek sıcaklık ve yüksek stres koşullarında plastik deformasyonu önleyin.
Oksidasyon direnci: Yüksek sıcaklık oksidasyonuna karşı koyun ve yüzeyde kırılgan oksit tabakası oluşumunu önleyin.
Termal yorgunluk direnci: Sık başlangıç-durma döngüleri ve sıcaklık dalgalanmalarıyla başa çıkın.
Malzeme seçimi
Nikel bazlı yüksek sıcaklık alaşımı:
Mükemmel yüksek sıcaklık mukavemeti, oksidasyon direnci ve sürünme direncine sahip en sık kullanılan malzeme.
Ortak notlar arasında Inconel 718, Inconel 625, CMSX-4, vb.
Kobalt tabanlı süper alaşımlar:
Daha yüksek oksidasyon direncine ve korozyon direncine sahiptir ve aşırı aşındırıcı ortamlarda kullanıma uygundur.
Ortak notlar arasında Haynes 188, Mar-M 509, vb.
Demir Tabanlı Süper Alloylar:
Daha düşük maliyete sahiptir, ancak sıcaklık direnci nikel bazlı ve kobalt bazlı alaşımlardan biraz daha düşüktür ve orta sıcaklık alanları için uygundur.
Döküm işlemi
Yatırım kadrosu
Yatırım dökümü, karmaşık şekiller ve yüksek hassasiyet elde edebilen türbin bıçakları üretim için ana süreçtir.
Seramik kalıplar kullanılarak, kusursuz bıçaklar yatırım dökümü yoluyla üretilir.
Isı dağılma verimliliğini artırmak için dahili soğutma kanalları (içi boş bıçaklar gibi) üretilebilir.
Yönlü katılaşma (DS)
Katılım yönünü kontrol ederek, taneler belirli bir yönde büyür, tane sınırlarının sayısını azaltır ve böylece sürünme direncini iyileştirir.
Tek Kristal Döküm (SC)
Tek kristal bıçakların tahıl sınırı yoktur, yüksek sıcaklık mukavemeti ve sürünme direncine sahiptir ve üst düzey türbin bıçakları için ilk tercihtir.
Yüzey tedavisi
Kaplama Teknolojisi:
Termal bariyer kaplama (TBC): Seramik malzemeleri (zirkonyum oksit gibi), substratın sıcaklığını azaltmak ve servis ömrünü uzatmak için bıçağın yüzeyi üzerinde kaplanır.
Anti-oksidasyon kaplaması: anti-oksidasyon yeteneğini arttırmak için alüminid kaplama veya mcraly (metal krom alüminyum yttrium) kaplaması gibi.
Soğutma Tasarımı:
Bıçağın yüzey sıcaklığı dahili soğutma kanalları ve harici hava filmi soğutma teknolojisi ile azaltılır.
Yanma Odası Bileşenlerinin Uygulanması
Çalışma ortamı ve performans gereksinimleri
Yanma odası bileşenleri doğrudan yüksek sıcaklıkta yanma gazları ile temas halindedir ve yüksek basınç ve aşındırıcı ortama (sülfitler ve azot oksitler gibi) tabi tutulur.
Ana performans gereksinimleri şunları içerir:
Yüksek sıcaklık direnci: 1500 ° C'nin üzerindeki yanma sıcaklıklarına dayanabilir.
Korozyon direnci: Yanma ürünleri ile erozyona direnç.
Yapısal stabilite: Yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında değişmeyen geometrik şekli korur.
Malzeme seçimi
Nikel bazlı yüksek sıcaklık alaşımı: Mükemmel yüksek sıcaklık mukavemeti ve anti-oksidasyon özelliklerine sahip yanma odası bileşenlerinde yaygın olarak kullanılır.
Ortak notlar arasında Inconel 617, Hastelloy X, vb.
Kobalt tabanlı yüksek sıcaklık alaşımları:
Daha iyi korozyon direnci ile yanma odalarında yüksek sıcaklık alanlarında kullanılır.
Döküm işlemi
Hassas Döküm:
Karmaşık yanma odası astarları, alev tüpleri ve diğer bileşenler üretmek için kullanılır.
Döküm işlemini optimize ederek, bileşenlerin duvar kalınlığının düzgün olması ve termal stres konsantrasyonu azalır.
Kaynak ve Montaj:
Büyük yanma odası bileşenleri için, segmentli döküm ve kaynak genellikle benimsenir.
Yüzey tedavisi
Termal Bariyer Kaplama (TBC):
Substrat sıcaklığını azaltmak ve ısı direncini iyileştirmek için yanma odasının iç duvarına seramik kaplama uygulanır.
Anti-oksidasyon kaplaması:
Yanma odası bileşenlerinin oksidasyon direncini geliştirin ve servis ömrünü uzatın.
Soğutma Tasarımı:
Yanma odası bileşenleri genellikle film soğutma ve konveksiyon soğutma yoluyla sıcaklığı azaltmak için gözenekli soğutma yapıları ile tasarlanmıştır.
Yüksek sıcaklık alaşımlı çelik döküm avantajları
Karmaşık şekiller üretme yeteneği
Yüksek sıcaklık alaşımlı çelik döküm, içi boş yapılar ve türbin bıçaklarının soğutma kanalları gibi karmaşık geometriler üretebilir.
Bu yetenek bileşen performansını optimize etmek için kritiktir (soğutma verimliliğini artırmak gibi).
Yüksek performanslı malzemelerin uygulanabilirliği
Yüksek sıcaklık alaşımlı çelik, gaz türbinlerinin aşırı çalışma koşullarının ihtiyaçlarını karşılayabilen mükemmel yüksek sıcaklık mukavemetine, oksidasyon direncine ve sürünme direncine sahiptir.
Uzun Yaşam ve Güvenilirlik
Gelişmiş döküm işlemleri ve yüzey işlem teknolojileri yoluyla, yüksek sıcaklık alaşımlı çelik dökümler yüksek sıcaklık, yüksek basınç ve aşındırıcı ortamlarda stabil ve uzun süre çalışabilir.
Gaz türbinlerinde yüksek sıcaklık alaşımlı çelik döküm uygulanması esas olarak türbin bıçaklarının ve yanma odası bileşenlerinin üretimine yansır. Bu teknolojiler sadece gaz türbinlerinin aşırı çalışma koşullarının ihtiyaçlarını karşılamakla kalmaz, aynı zamanda havacılık ve enerji alanlarında teknolojik ilerlemeyi de teşvik eder.
