Revestimento de barreira térmica: Proteção do núcleo de pás de turbinas a gás para serviços pesados

Turbina a gás pesada devido à eficiência de conversão de trabalho térmico relativamente alta, é o equipamento mais importante no campo de geração de energia e acionamento de navios, porque a tecnologia de desenvolvimento de turbina a gás pesada de alto nível é extremamente complexa, então turbina a gás pesada também é conhecida como o coração poderoso do campo industrial e de construção naval da China. Até agora, a China desenvolveu com sucesso uma turbina a gás pesada da classe F de 50 MW e alcançou um avanço a partir do zero na turbina a gás pesada da classe F de 50 MW. Actualmente, a China está a aperfeiçoar a construção dos três principais sistemas de turbinas a gás para serviços pesados, concretizando a trindade de concepção de protótipos, fabrico de equipamentos e entrega de testes. A China também se tornou o quinto país do mundo a dominar totalmente a tecnologia de projeto e fabricação de turbinas a gás para serviços pesados.

revestimento de barreira térmica

O revestimento de barreira térmica é geralmente composto por uma camada inferior de ligação metálica e uma camada superficial de cerâmica, e a camada inferior de ligação é geralmente feita de liga MCrAlY (M é Ni, Co ou Ni + Co), que é o principal responsável pelos múltiplos efeitos de incompatibilidade térmica de transição, resistência à oxidação e resistência à corrosão, enquanto a camada superficial de cerâmica é geralmente feita de ZrO2 estável em Y2O3, que desempenha principalmente um papel de isolamento térmico. Devido à sua boa resistência à oxidação em altas temperaturas, resistência à erosão e características de isolamento térmico, tornou-se um dos mais avançados revestimentos protetores de alta temperatura para turbinas a gás pesadas no solo no país e no exterior.

Com o desenvolvimento da indústria da aviação, a relação empuxo-peso do motor da turbina está cada vez mais alta, e a temperatura de entrada da turbina está cada vez mais alta. De acordo com o histórico de pesquisa de materiais no país e no exterior, é bastante difícil melhorar a resistência a altas temperaturas das pás da turbina aumentando a temperatura de uso dos materiais em um curto período de tempo. O método viável é depositar um revestimento de barreira térmica no substrato da pá da turbina para aumentar sua temperatura de uso. O desenvolvimento futuro da tecnologia de revestimento de barreira térmica centrar-se-á nos seguintes aspectos:

(1) Pesquisar um novo sistema de material de revestimento de barreira térmica adequado para o motor supersônico da próxima geração e encontrar materiais cerâmicos com melhor estabilidade de fase, menor taxa de sinterização e condutividade térmica que possam substituir o ZrO2 é a chave.

(2) A otimização e o estudo do mecanismo do material e do processo de preparação do sistema de revestimento existente, incluindo a composição da camada de ligação Y, a seleção do novo óxido estável da cerâmica YSZ, a melhoria e otimização da microestrutura do revestimento, como bem como o estudo mais aprofundado da tecnologia de revestimento gradiente, de modo a melhorar a temperatura de trabalho, a vida útil e o desempenho de isolamento térmico do revestimento.

(3) A pesquisa sobre o efeito de isolamento térmico do revestimento de barreira térmica, a condição de isolamento térmico do revestimento, ou seja, o gradiente de temperatura, é testada por meio de simulação experimental e combinada com a teoria da transferência de calor, de acordo com a condutividade térmica do material de revestimento, o efeito de isolamento térmico esperado e o ambiente de trabalho dos componentes da extremidade quente, para fornecer uma base para um projeto razoável da espessura do revestimento e fornecer orientações para a melhoria do revestimento.

(4) Para estudar ainda mais o modelo de previsão de vida útil do revestimento de barreira térmica, se o revestimento de barreira térmica for aplicado às partes de alto risco do motor de turbina, o sistema de previsão de vida útil do motor deve ser estabelecido para garantir a segurança. Portanto, um estudo mais aprofundado do mecanismo de falha por fragmentação do revestimento de barreira térmica e do comportamento mecânico sob condições de serviço, etc., estabelece um modelo de previsão de vida relativamente perfeito, de modo a avaliar com precisão a vida útil do revestimento e fornecer uma garantia confiável para o aplicação prática de revestimento de barreira térmica.

(5) Desenvolver nova tecnologia de teste de desempenho de revestimento, especialmente tecnologia de teste não destrutivo, para caracterizar com precisão a força de ligação entre o revestimento e o substrato, o grau de fissuração do revestimento, o grau de mudança de fase e outras propriedades, de modo a controlar melhor a qualidade do revestimento.

Turbinas a gás para serviços pesados ​​ocupam uma posição central no campo de geração de energia e acionamento marítimo devido à sua capacidade eficiente de conversão de calor e trabalho. Como uma das principais tecnologias, o Revestimento de Barreira Térmica (TBC) desempenha um papel importante na melhoria da temperatura de serviço e no prolongamento da vida útil das pás da turbina. A China fez progressos notáveis ​​neste campo, dominando com sucesso a concepção e o fabrico de turbinas a gás para serviços pesados. O revestimento de barreira térmica é geralmente composto por uma camada inferior ligada a metal e uma camada superficial de cerâmica, da qual a camada inferior assume principalmente o papel de incompatibilidade térmica de transição, resistência à oxidação e resistência à corrosão, enquanto a camada superficial desempenha principalmente um efeito de isolamento térmico . A pesquisa futura se concentrará no desenvolvimento de novos sistemas de materiais, na otimização dos processos de revestimento existentes, na melhoria do isolamento térmico, no estabelecimento de modelos de previsão de vida útil e no desenvolvimento de novas técnicas de teste de desempenho de revestimento para melhorar ainda mais o desempenho e a confiabilidade do revestimento.