«Конструирование материалов на атомарном и молекулярном уровне»

logo-80x80Автор: 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.

fotoСегодня 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».

lopatkaСтоимость 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.