Изготовление внутренней керамической конструкции камер сгорания газовой турбины В94.2 методом замораживания
абстрактный
Газовые турбины В94,2 номинальная мощность 159 МВт и КПД 34,9% Эти турбины, выполненные в виде одноосных турбин, имеют две силосные камеры сгорания с 8 горелками в каждой. Температура впускной жидкости составляет 1060 градусов Цельсия, внутренняя крышка камеры сгорания изготовлена из керамики, которую можно легко заменить.
В данном исследовании муллит смешивают с трубчатым глиноземом в определенном соотношении и гранулируют вместе с раствором нанокремнезема и необходимыми добавками и после формования переносят в морозильный туннель при температуре минус 75 градусов Цельсия и, наконец, на 10 часов при температуре 1550 градусов Цельсия проходит стадию спекания. Физико-механические и термомеханические свойства образцов, такие как плотность, процент открытой пористости, прочность на изгиб при комнатной температуре и высоких температурах, а также коэффициент термического расширения полученных образцов, были измерены литьем под давлением и традиционными методами. Все тесты были проведены в Уханьском университете, Китай, который является членом ILAC и одобрен Tawanir.
Ключевые слова — глинозем, газовые турбины В94.2, камерная керамика, муллит.
Введение
Сегодня золь-гель технология используется для изготовления деталей, покрытий (пленок), волокон, частиц или композитных материалов с точной формой и высоким качеством поверхности. Однако существенным недостатком этого метода является очень высокая усадка геля, образующегося в процессе сушки. Использование метода замораживания позволяет преодолеть этот недостаток золь-гель метода и получить детали без трещин и с практически нулевой усадкой [1]. Опросы показывают, что в настоящее время некоторые авторитетные компании, производящие сложные инженерные детали, такие как Siemens и General Motors, используют этот метод для производства своей продукции [2, 3, 4].
Производство традиционным способом заключается в том, что сырье смешивают с грануляцией и в определенных пропорциях после взвешивания с клеем, а после формовки прессом переносят в сушилку и окончательно запекают до достижения необходимой прочности.
Каждая турбина имеет две камеры сгорания (жаровые трубы) с внутренним диаметром 2,3 метра (рис. 1 и 2). Эти корпуса имеют два типа, версии 3 и 5. Как видно на изображении 2, версия 3 имеет два ряда дугообразной керамики и 9 рядов рифленой керамики, которые имеют размеры отдельных держателей. В варианте 5 используются три вида керамики.
Рисунок 1: Схема газовой турбины V94.2 с камерой сгорания
В секции 1 установлен ряд крупногабаритной дугообразной керамики, а в секции 3 — ряд мелкоразмерной желобчатой керамики. А вот в части 2, версии 3 и 5, включающей в себя большую часть расходуемой керамики, используется крупный рифленый тип, полностью связанный с поражением версиих.
Рисунок 2: Камера сгорания газовой турбины V94.2
На рис. 3 показана схема кирпичей обоих вариантов. Для поступления воздуха в камеру сгорания между керамикой остается около 4 мм пустого пространства. Также в верхней части камеры сгорания расположены 8 горелок, создающих горячий газ.
Рис. 3. Схема лазерного излучения газовых турбин В94.2 (1) два верхних ряда исполнения 3-(2) общее между исполнениями 3 и 5-(3) средний ряд исполнения 5-(4) верхний ряд исполнения 5
Сырье и метод испытаний
В качестве источника AL203 используется муллитная грануляция от компании Treibacher и трубчатый оксид алюминия от компании Alteo. В состав 1 входит химический анализ химического состава. Трубчатые глиноземы с разным размером частиц от менее 45 мкм до 2,5 мм и муллитом с размером частиц 0,5-1,7 мм проявляются вместе с раствором нанокремнезема и доступными для формообразования.
При методе замораживания сырья присутствуют остатки и грануляцией смеси с силикагелем и попадают в смесь и заливают в форму после взвешивания. После операции формовки она направляется в морозильный туннель при температуре -75°С на вибростоле и прессе, и за время 2-часовой остановки форма разбирается. Извлеченная из высушенной формы деталь проходит процесс выпечки при температуре около 1550 ºC в течение 10 часов в челночной печи для достижения прочности. Различные свойства, такие как BD, MOR, HMOR, модуль Юнга, тепловое расширение, теплопроводность, XRF+XRD (одновременно) и стойкость к тепловому удару, были измерены в Уханьском исследовании, Китай, на выборках, расход лить замораживанием и измерениями измерений.
Результаты и обсуждение
Результаты рентгенофазового анализа после обжига при 1550 °С показывают, что в образцах выявлен стехиометрический анализ с частотой 3:2 и корундовая фаза. Количество аморфной или стекловидной фазы в образцах А и Б отражено 3,93 % и 4,97 % соответственно. Физико-механические свойства представлены в табл. 2.
Насыпная плотность образцов зависит от таких параметров, как тип и количество фаз и пористость образцов. Насыпная плотность массы А и составляет 2,92 и 2,90 грамма на кубический сантиметр соответственно, и существенной разницы нет. Прочность на изгиб двух образцов при температуре окружающей среды и высокой температуре (1200 и 1400 градусов Цельсия) показывает, что оба образца обладают высокой устойчивостью к приложенным напряжениям. Однако видно, что плотность образцов А при температурах 1200 Сº и 1400 Сº составляет 10,9 и 6,8 МПа соответственно, проба Б – 8,7 и 5,6 МПа. Это означает, что образец показал большие случаи возникновения к приложенным напряжениям при высоких температурах.
Термостойкость образцов измерялась от 1020°С в проточной холодной воде. Результаты показали, что после 30 циклов образец А не разрушился, а средняя длина трещины составила менее 15 мм, а образец В имел среднюю длину трещины менее 50 мм. Причиной этого является различие в способе производства. В методе замораживания используются частицы наносиликата, которые создают вокруг частиц, из которых состоит изделие, тонкую пленку, которая после нагревания превращается в муллитовую фазу [5, 6]. Образующаяся муллитовая фаза, как связующая фаза между частицами, повышает термостойкость детали за счет таких свойств, как высокая пластичность, хорошее сопротивление ползучести, высокая термостойкость [7, 8, 9].
Заключение
Образец, полученный методом литья под замораживанием, имеет хорошие физические свойства, такие как плотность, процент открытой пористости, прочность на изгиб при комнатной температуре и высоких температурах, коэффициент теплового расширения и коэффициент теплопроводности, и аналогичен образцам, полученным традиционным методом, но он имеет более высокую устойчивость к тепловому удару, чем традиционный метод. Учитывая долговечность этих керамических камер в камере сгорания газовых турбин, это считается очень эффективным параметром.
Ссылка
[1] Гилиссен, Р., Эрау, Дж. П., Смолдерс, А., (2000) Гелевое литье, метод почти чистой формы, 21, стр. 251-257
[2] Гроте, Х., Хейлос, А., и Тертилт, М. (2010). Способ элемента теплозащитного экрана и форма для его изготовления, горячая газификация и камера сгорания. Патент США, US 2010/013645 А1.
[3] Гроте, Х., Хейлос, А., и Тертилт, М. (2007). Блок теплозащитного экрана для футеровки камеры сгорания и газовой турбины. Патент США, US 2007/0000252 А1.
[4] Гроте, Х., Хейлос, А., и Тертилт, М. (2007). Форма для изготовления керамического элемента теплозащитного экрана, патент США 2007/0007426 A.
[5] Ганеш, И. и Феррейра, JMF (2009). Керамика Интернэшнл, 35, 2007–2015 (2009).
[6] Lee, WE и Souzu, GP.. (2008). Дж. Евр. Керам. соц., 28, с. 405-471
[7] Ким, Б.М., Чо, Ю.К., Юн, Стивенс, Парк SYRHC. (2009). Керамический международный
[8] Шнайдер, Х. и Воллелон, К. (1981). Керамика Интернэшнл, 7, стр. 130-136.
[9] Дэвис, РФ. и Паск, Дж.А. (1971).
Высокотемпературные оксиды часть ІV (под редакцией Альпера А.М.) Академическая пресса, стр. 37-72
