I. Предисловие

Тяжелые газовые турбины из - за высокой эффективности преобразования тепловой энергии, являются основным оборудованием в области производства энергии и судового привода, технология разработки высокоуровневых тяжелых газовых турбин чрезвычайно сложна, поэтому тяжелые газовые турбины также известны как энергетические центры в области промышленности и судостроения Китая. На сегодняшний день Китай успешно разработал 50 - мегаваттную тяжелую газовую турбину и добился прорыва с нуля для 50 - мегаваттной тяжелой газовой турбины F - класса. В настоящее время Китай совершенствует строительство трех систем тяжелых газовых турбин и реализует триаду прототипирования, производства оборудования и испытательных поставок. Китай стал пятой страной в мире, полностью освоившей технологию проектирования и производства тяжелых газовых турбин.

 

 

Чтобы повысить устойчивость лопастей газовых турбин к высокотемпературному окислению и коррозии и продлить их срок службы, концепция покрытия тепловым барьером, предложенная Институтом НАСА - Льюиса в 1950 - х годах, долгое время изучалась в процессе выбора материала и подготовки покрытия. В начале 1980 - х годов был достигнут значительный прорыв, который заложил прочную основу для применения тепловых барьерных покрытий.

 

II. Термобарьерное покрытие

Термобарьерное покрытие обычно состоит из металлического связующего и керамического поверхностного слоя, связующее дно обычно использует сплав McrAlY (M для Ni, Co или Ni + Co), который в основном отвечает за множественные эффекты переходного теплового несоответствия, антиоксиданта и коррозионной стойкости, в то время как керамический слой обычно использует Y₂O₃Стабильный ZRO₂В основном играет роль теплоизоляции, потому что он обладает хорошей устойчивостью к высокотемпературному окислению, противоэрозионной стойкостью и теплоизоляцией и другими характеристиками, стал одним из самых современных высокотемпературных защитных покрытий для наземных тяжелых газовых турбин в Китае и за рубежом.

С развитием авиационной промышленности коэффициент тяги турбинных двигателей становится все выше и выше, а температура на входе перед турбиной также становится все выше и выше. В соответствии с историей исследований отечественных и зарубежных материалов, в течение короткого периода времени путем повышения температуры использования материала для достижения высокой термостойкости лопастей турбины довольно сложно, жизнеспособным способом является осаждение покрытия теплового барьера на базе лопастей турбины для повышения температуры использования. Будущие разработки технологии покрытия теплового барьера будут сосредоточены на следующих областях:

Изучение новой системы материалов для покрытия теплового барьера для ультразвуковых двигателей следующего поколения в поисках альтернативы ZrO₂Ключевыми являются керамические материалы с лучшей фазовой стабильностью, более низкой скоростью перехода и коэффициентом теплопроводности.

Оптимизация и механические исследования материалов и процессов приготовления существующих систем покрытия, включая состав Y - связующего слоя, выбор новых стабильных оксидов керамики YSZ и улучшение и оптимизацию микроструктуры покрытия, а также дальнейшие исследования технологии градиентного покрытия для повышения рабочей температуры, срока службы и теплоизоляции покрытия.

(3) Исследование изоляционных эффектов покрытия с тепловым барьером, экспериментальное моделирование для проверки изоляции покрытия, то есть температурного градиента, и в сочетании с теорией теплопередачи, в соответствии с коэффициентом теплопроводности материала покрытия, ожидаемым эффектом изоляции и рабочей средой компонента теплового конца, чтобы обеспечить основу для разумного проектирования толщины покрытия, а также обеспечить направление для улучшения покрытия.

Дальнейшее изучение модели прогнозирования срока службы покрытия теплового барьера, если покрытие теплового барьера применяется к высокоопасным частям турбинного двигателя, необходимо создать систему прогнозирования срока службы двигателя для обеспечения безопасности. Поэтому дальнейшее изучение механизма отслаивания и отказа покрытия с тепловым барьером и механического поведения в условиях службы и т. Д., Чтобы создать более совершенную модель прогнозирования срока службы, чтобы более точно оценить срок службы покрытия, обеспечить надежную гарантию практического применения покрытия с тепловым барьером.

(5) Разработать новую технологию обнаружения свойств покрытия, особенно технологию неразрушающего обнаружения, чтобы точно отобразить силу соединения покрытия с матрицей, степень растрескивания покрытия, степень фазового перехода и другие характеристики, чтобы лучше реализовать контроль качества покрытия.

III. Мониторинг покрытия теплового барьера

Термобарьерное покрытие состоит в основном из металлического связующего слоя и керамического поверхностного слоя со сложной структурой, содержание элементов и информация о распределении могут быть обнаружены с помощью масс - спектрометра тлеющего разряда.

Масс - спектрометр тлеющего разряда (GDMS) является одним из промышленных приборов для анализа высокочистых веществ. Он широко используется для количественного анализа элементов высокочистых веществ, включая анализ примесей и примесей в высокочистых материалах в микроэлектронной промышленности; Анализ основных и следовых компонентов в чистых металлических материалах, сплавных материалах, сверхпроводниковых материалах; Анализ массивных оксидных порошков и неорганических материалов в других областях. В дополнение к количественному анализу элементов можно также использовать для анализа отслоения материала.

Использование GDMS для анализа продольного распределения слоя TGO (~ 100 микрон)

Распределение и диффузия основных элементов

Контроль распределения содержания примесей (содержащих преднамеренное добавление вредных элементов)