Автор: Лауреат Государственной премии Украины академик АТНУ д.т.н. Н.И. Гречанюк
ГЕКОНТ УКРАИНСКОЕ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
Конструирование материалов на атомарном и молекулярном уровне — это будущие технологии 21 века.
Сегодня одной из таких технологий является высокоскоростное электронно-лучевое испарение и последующая конденсация металлических и неметаллических материалов в вакууме. Трудно даже представить все возможные направления применения данной технологии. Это покрытия самого широкого функционального назначения, материалы дисперсно-упрочненного, микрослойного и микропористого типов, градиентные функциональные материалы и т.д. Мы создаем покрытия и материалы подобного типа, создаем оборудование для научных исследований и промышленного производства. Мы будем рады делать это вместе с Вами и для Вас.
Проблема создания эффективно, экономно и надежно работающих газовых турбин — наиболее сложная среди многочисленных проблем, возникающих на пути развития газотурбостроения. Важными элементами турбин являются рабочие и сопловые лопатки, материал и конструкция которых определяют допустимую температуру газа перед турбиной и тем самым непосредственно влияют на технико-экономические показатели работы ГТД. Технологические трудности дальнейшего форсирования конвективного охлаждения лопаток, энергетическая ущербность пленочных завес и теплообменников, состояние развития металлургии жаропрочных сплавов указывают на то, что улучшение параметров цикла ГТД следует связывать с разработкой качественно новых систем защиты лопаток газовых турбин и переходом от жаростойких многокомпонентных покрытий к теплозащитным (ТЗП).
Попытки создания теплозащитных покрытий предпринимались более 40 лет назад. Однако интерес к ним возрос в последние годы, когда были созданы более современные ГТД с температурой рабочего газа близкой или превышающей температурный максимум работы существующих жаропрочных сплавов.
Проведенные исследования показали, что применением ТЗП толщиной 250 мкм с теплопроводностью 1 Вт/м°К на двух ступенях турбины можно реализовать одну из двух возможностей:
при неизменной рабочей температуре материала лопаток увеличить температуру газа перед турбиной примерно на 100°С, что приведет к повышению КПД и экономии топлива более чем на 13 %;
не изменяя температуры газа перед турбиной — увеличить долговечность лопаток примерно в 4 раза, вследствие снижения их рабочей температуры.
Образцы лопаток с нанесенным защитным покрытием
НПП «ГЕКОНТ» занимается также разработкой и технологией нанесения новых типов керамических материалов для ТЗП с повышенной вязкостью разрушения, содержащие так называемые «элементы саморегулирования» — частицы или микрослои, способные «залечивать» микротрещины в керамическом материале, возникающие при термоциклах «нагрев-охлаждение».
Стоимость нанесения покрытия на одну лопатку от 40 до 150 долларов США в зависимости от количества одновременно покрываемых лопаток в оснастке.
Возможно также проведение реставрации лопаток, отработавших свой ресурс.
Применение защитных покрытий позволяет:
- увеличить долговечность рабочих и направляющих лопаток в 2-5 раз;
- повысить рабочую температуру газа и коэффициент полезного действия турбин;
- обеспечить более полное сгорание топлива;
- использовать малоочищенное топливо.