في توربينات الغاز ، صلب الفولاذ عالي درجة الحرارة هي واحدة من التقنيات الأساسية لتصنيع شفرات التوربينات ومكونات غرفة الاحتراق. تحتاج هذه المكونات إلى تحمل ظروف العمل المتطرفة ، بما في ذلك ارتفاع درجة الحرارة والضغط العالي والغازات المسببة للتآكل والإجهاد الميكانيكي.
تطبيق شفرات التوربينات
بيئة العمل ومتطلبات الأداء
تعد شفرات التوربينات واحدة من أكثر المكونات أهمية في توربينات الغاز ، والتي تتعرض مباشرة لتدفق غاز درجة الحرارة المرتفعة ، وقد تكون درجة الحرارة مرتفعة تصل إلى 1000 درجة مئوية أو أكثر.
يجب أن تحتوي المسبوكات الصلب عالية درجة الحرارة على الخصائص التالية:
مقاومة درجات الحرارة العالية: القدرة على الحفاظ على القوة والاستقرار في بيئة درجة الحرارة العالية لفترة طويلة.
مقاومة الزحف: منع تشوه البلاستيك تحت درجة حرارة عالية وظروف الإجهاد العالية.
مقاومة الأكسدة: مقاومة أكسدة درجة الحرارة العالية وتجنب تكوين طبقة أكسيد هش على السطح.
مقاومة التعب الحراري: التعامل مع دورات بدء التشغيل المتكررة وتقلبات درجة الحرارة.
اختيار المواد
سبيكة درجة الحرارة المرتفعة القائمة على النيكل:
المواد الأكثر استخدامًا مع قوة درجة حرارة عالية ممتازة ، ومقاومة الأكسدة ومقاومة الزحف.
تشمل الدرجات الشائعة Inconel 718 ، Dister 625 ، CMSX-4 ، إلخ.
Superalloys المستندة إلى الكوبالت:
لديها مقاومة أعلى للأكسدة ومقاومة التآكل ، وهي مناسبة للاستخدام في بيئات تآكل للغاية.
تشمل الدرجات الشائعة Haynes 188 ، Mar-M 509 ، إلخ.
superalloys المستندة إلى الحديد:
لها تكلفة أقل ، لكن مقاومة درجة الحرارة لها أدنى قليلاً من سبيكة القائمة على النيكل القائمة على الكوبالت ، وهي مناسبة لمناطق درجة الحرارة المتوسطة.
عملية الصب
صب الاستثمار
إن عملية الاستثمار هي العملية الرئيسية لتصنيع شفرات التوربينات ، والتي يمكن أن تحقق أشكالًا معقدة ودقة عالية.
باستخدام قوالب السيراميك ، يتم إنتاج شفرات خالية من العيوب من خلال صب الاستثمار.
يمكن تصنيع قنوات التبريد الداخلية (مثل الشفرات المجوفة) لتحسين كفاءة تبديد الحرارة.
التصلب الاتجاهي (DS)
من خلال التحكم في اتجاه التصلب ، تنمو الحبوب في اتجاه معين ، مما يقلل من عدد حدود الحبوب ، وبالتالي تحسين مقاومة الزحف.
الصب الكريستالي المفرد (SC)
لا تحتوي شفرات الكريستال المفردة على حدود حبوب ، ولديها قوة ارتفاع درجة الحرارة العالية ومقاومة زحف ، وهي الخيار الأول لشفرات التوربينات الراقية.
المعالجة السطحية
تكنولوجيا الطلاء:
طلاء الحاجز الحراري (TBC): مواد سيراميك (مثل أكسيد الزركونيوم) مغلفة على سطح الشفرة لتقليل درجة حرارة الركيزة وتوسيع عمر الخدمة.
طلاء مضادات الأكسدة: مثل طلاء الألومنييد أو طلاء McRaly (yttrium الكروم المعدني) لتعزيز قدرة مضادات الأكسدة.
تصميم التبريد:
يتم تقليل درجة حرارة سطح الشفرة من خلال قنوات التبريد الداخلية وتقنية تبريد أفلام الهواء الخارجية.
تطبيق مكونات غرفة الاحتراق
بيئة العمل ومتطلبات الأداء
مكونات غرفة الاحتراق على اتصال مباشرة مع غازات الاحتراق عالية الحرارة وتتعرض لضغط عالي ووسائط تآكل (مثل الكبريتيدات وأكاسيد النيتروجين).
تشمل متطلبات الأداء الرئيسية:
مقاومة درجات الحرارة العالية: قادرة على تحمل درجات حرارة الاحتراق فوق 1500 درجة مئوية.
مقاومة التآكل: مقاومة التآكل بواسطة منتجات الاحتراق.
الاستقرار الهيكلي: يحافظ على الشكل الهندسي دون تغيير تحت درجة حرارة عالية وضغط عالي.
اختيار المواد
سبيكة درجات الحرارة المرتفعة القائمة على النيكل: تستخدم على نطاق واسع في مكونات غرفة الاحتراق ، مع قوة ممتازة في درجة الحرارة عالية وخصائص مضادة للأكسدة.
تشمل الدرجات الشائعة Inconel 617 ، Hastelloy X ، إلخ.
سبائك درجات الحرارة العالية القائمة على الكوبالت:
تستخدم في المناطق ذات درجة الحرارة العالية في غرف الاحتراق ، مع مقاومة تآكل أفضل.
عملية الصب
صب الدقة:
تستخدم لتصنيع بطانات غرفة الاحتراق المعقدة وأنابيب اللهب والمكونات الأخرى.
من خلال تحسين عملية الصب ، يتم ضمان أن يكون سمك الجدار للمكونات موحدة ويتم تقليل تركيز الإجهاد الحراري.
اللحام والتجميع:
بالنسبة لمكونات غرفة الاحتراق الكبيرة ، عادة ما يتم اعتماد الصب واللحام المجزأة.
المعالجة السطحية
طلاء الحاجز الحراري (TBC):
يتم تطبيق طلاء السيراميك على الجدار الداخلي لغرفة الاحتراق لتقليل درجة حرارة الركيزة وتحسين مقاومة الحرارة.
طلاء مكافحة الأكسدة:
تحسين مقاومة الأكسدة لمكونات غرفة الاحتراق وتوسيع عمر الخدمة.
تصميم التبريد:
عادة ما يتم تصميم مكونات غرفة الاحتراق مع هياكل تبريد مسامية لتقليل درجة الحرارة من خلال تبريد الفيلم وتبريد الحمل الحراري.
مزايا صب الفولاذ عالي الحرارة
القدرة على تصنيع الأشكال المعقدة
يمكن أن تنتج صب الفولاذ عالي الحرارة في درجات الحرارة هندسة معقدة ، مثل الهياكل المجوفة وقنوات التبريد لشفرات التوربينات.
هذه القدرة أمر بالغ الأهمية لتحسين أداء المكون (مثل تحسين كفاءة التبريد).
قابلية تطبيق المواد عالية الأداء
يتمتع الصلب بمناكة سبائك عالية درجة الحرارة بقوة عالية في درجة الحرارة ومقاومة الأكسدة ومقاومة الزحف ، والتي يمكن أن تلبي احتياجات ظروف العمل المتطرفة لتوربينات الغاز.
الحياة الطويلة والموثوقية
من خلال عمليات الصب المتقدمة وتقنيات المعالجة السطحية ، يمكن أن تعمل المسبوكات الفولاذية عالية الحرارة في درجات الحرارة بشكل ثابت ولوقت طويل في درجة الحرارة العالية والضغط العالي والبيئات المسببة للتآكل.
ينعكس تطبيق الصلب الفولاذي ذي السبل ذات الحرارة العالية في توربينات الغاز بشكل أساسي في تصنيع شفرات التوربينات ومكونات غرفة الاحتراق. لا تلبي هذه التقنيات احتياجات ظروف العمل المتطرفة لتوربينات الغاز فحسب ، بل تعزز أيضًا التقدم التكنولوجي في مجالات الفضاء والطاقة .
