در توربین های گازی ، ریخته گری فولاد آلیاژ درجه حرارت بالا یکی از فناوری های اصلی برای تولید تیغه های توربین و اجزای محفظه احتراق است. این مؤلفه ها باید در برابر شرایط شدید کار ، از جمله درجه حرارت بالا ، فشار بالا ، گازهای خورنده و استرس مکانیکی مقاومت کنند.
استفاده از تیغه های توربین
محیط کار و الزامات عملکرد
تیغه های توربین یکی از مهمترین اجزای توربین های گازی است که به طور مستقیم در معرض جریان گاز با دمای بالا قرار می گیرند و دمای آن ممکن است به اندازه 1000 درجه سانتیگراد یا بیشتر باشد.
ریخته گری های فولادی آلیاژ با درجه حرارت بالا باید دارای خواص زیر باشند:
مقاومت در برابر دمای بالا: توانایی حفظ استحکام و پایداری در محیط دمای بالا برای مدت طولانی.
مقاومت در برابر خزش: از تغییر شکل پلاستیک در شرایط درجه حرارت بالا و استرس بالا جلوگیری کنید.
مقاومت اکسیداسیون: در برابر اکسیداسیون درجه حرارت بالا مقاومت کنید و از تشکیل لایه اکسید شکننده روی سطح خودداری کنید.
مقاومت در برابر خستگی حرارتی: با چرخه های مکرر شروع و نوسانات دما مقابله کنید.
انتخاب مواد
آلیاژ درجه حرارت بالا مبتنی بر نیکل:
متداول ترین مواد با مقاومت عالی درجه حرارت بالا ، مقاومت به اکسیداسیون و مقاومت در برابر خزش.
نمرات متداول شامل INCONEL 718 ، INCONEL 625 ، CMSX-4 و غیره است.
SuperAlloys مبتنی بر کبالت:
مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر خوردگی بالاتری دارد و برای استفاده در محیط های بسیار خورنده مناسب است.
نمرات مشترک شامل Haynes 188 ، Mar-M 509 و غیره است.
Superalloys مبتنی بر آهن:
هزینه کمتری دارد ، اما مقاومت در برابر دمای آن نسبت به آلیاژهای مبتنی بر نیکل و کبالت کمی پایین تر است و برای مناطق درجه حرارت متوسط مناسب است.
فرآیند ریخته گری
سرمایه گذاری سرمایه گذاری
ریخته گری سرمایه گذاری فرآیند اصلی تولید تیغه های توربین است که می تواند به شکل های پیچیده و دقت بالایی برسد.
با استفاده از قالب های سرامیکی ، تیغه های بدون نقص از طریق ریخته گری سرمایه گذاری تولید می شوند.
کانال های خنک کننده داخلی (مانند تیغه های توخالی) می توانند برای بهبود راندمان اتلاف گرما تولید شوند.
جامد سازی جهت (DS)
با کنترل جهت جامد سازی ، دانه ها در یک جهت خاص رشد می کنند ، تعداد مرزهای دانه را کاهش می دهند و در نتیجه مقاومت خزش را بهبود می بخشند.
ریخته گری کریستال (SC)
تیغه های کریستالی منفرد هیچ مرز دانه ای ندارند ، از مقاومت درجه حرارت بالا و مقاومت در برابر خزش بالاتر برخوردار هستند و اولین انتخاب برای تیغه های توربین با سطح بالا هستند.
درمان سطحی
فناوری پوشش:
پوشش سد حرارتی (TBC): مواد سرامیکی (مانند اکسید زیرکونیوم) روی سطح تیغه پوشش داده می شوند تا دمای بستر را کاهش داده و عمر سرویس را افزایش دهند.
پوشش آنتی اکسیداسیون: مانند روکش آلومینید یا روکش مکری (آلومینیوم فلزی آلومینیوم) برای تقویت توانایی آنتی اکسیداسیون.
طراحی خنک کننده:
دمای سطح تیغه از طریق کانال های خنک کننده داخلی و فناوری خنک کننده فیلم هوای خارجی کاهش می یابد.
استفاده از اجزای محفظه احتراق
محیط کار و الزامات عملکرد
اجزای محفظه احتراق مستقیماً با گازهای احتراق درجه حرارت بالا در تماس هستند و در معرض فشار بالا و محیط خورنده (مانند سولفیدها و اکسیدهای نیتروژن) قرار می گیرند.
نیازهای اصلی عملکرد عبارتند از:
مقاومت در برابر دمای بالا: قادر به مقاومت در برابر دمای احتراق بالاتر از 1500 درجه سانتیگراد.
مقاومت در برابر خوردگی: در برابر فرسایش در برابر محصولات احتراق مقاومت کنید.
پایداری ساختاری: شکل هندسی بدون تغییر در دمای بالا و فشار بالا را حفظ می کند.
انتخاب مواد
آلیاژ درجه حرارت بالا مبتنی بر نیکل: به طور گسترده در اجزای محفظه احتراق ، با قدرت عالی درجه حرارت بالا و خصوصیات آنتی اکسیداسیون استفاده می شود.
نمرات متداول شامل Inconel 617 ، Hastelloy X و غیره است.
آلیاژهای درجه حرارت بالا مبتنی بر کبالت:
در مناطق درجه حرارت بالا در محفظه های احتراق ، با مقاومت در برابر خوردگی بهتر استفاده می شود.
فرآیند ریخته گری
ریخته گری دقیق:
برای تولید آسترهای محفظه احتراق پیچیده ، لوله های شعله و سایر اجزای استفاده می شود.
با بهینه سازی فرآیند ریخته گری ، ضخامت دیواره قطعات یکنواخت و غلظت تنش حرارتی کاهش می یابد.
جوش و مونتاژ:
برای اجزای بزرگ محفظه احتراق ، ریخته گری و جوشکاری تقسیم شده معمولاً اتخاذ می شوند.
درمان سطحی
پوشش سد حرارتی (TBC):
پوشش سرامیکی برای کاهش دمای بستر و بهبود مقاومت در برابر گرما به دیواره داخلی محفظه احتراق اعمال می شود.
پوشش آنتی اکسیداسیون:
مقاومت اکسیداسیون اجزای محفظه احتراق را بهبود بخشید و عمر خدمات را گسترش دهید.
طراحی خنک کننده:
اجزای محفظه احتراق معمولاً با ساختارهای خنک کننده متخلخل طراحی می شوند تا دما را از طریق خنک کننده فیلم و خنک کننده همرفت کاهش دهند.
مزایای ریخته گری فولاد آلیاژ درجه حرارت بالا
قابلیت ساخت اشکال پیچیده
ریخته گری فولاد آلیاژ با درجه حرارت بالا می تواند هندسه های پیچیده ای مانند سازه های توخالی و کانال های خنک کننده تیغه های توربین ایجاد کند.
این توانایی برای بهینه سازی عملکرد مؤلفه (مانند بهبود راندمان خنک کننده) بسیار مهم است.
کاربرد مواد با کارایی بالا
فولاد آلیاژ درجه حرارت بالا دارای مقاومت در برابر درجه حرارت بالا ، مقاومت به اکسیداسیون و مقاومت در برابر خزش است که می تواند نیازهای شرایط شدید کار توربین های گازی را برآورده کند.
عمر و قابلیت اطمینان طولانی
از طریق فرآیندهای ریخته گری پیشرفته و فن آوری های تصفیه سطح ، ریخته گری های فولادی آلیاژ با درجه حرارت بالا می توانند به طور پایدار و برای مدت طولانی در محیط های درجه حرارت بالا ، فشار بالا و فاسد کار کنند.
استفاده از ریخته گری فولاد آلیاژ درجه حرارت بالا در توربین های گازی عمدتاً در ساخت تیغه های توربین و اجزای محفظه احتراق منعکس می شود. این فناوری ها نه تنها نیازهای کار شدید توربین های گازی را برآورده می کنند ، بلکه پیشرفت تکنولوژیکی را در زمینه های هوافضا و انرژی نیز تقویت می کنند .
