Главная Разработки ИЭС Технологии Покрытия Электронно-лучевые установки для нанесения жаростойких и теплозащитных покрытий на лопатки газотурбинных двигателей


Электронно-лучевые установки для нанесения жаростойких и теплозащитных покрытий на лопатки газотурбинных двигателей

E-mail Печать

Существенное улучшение характеристик современных авиационных, транспортных и стационарных газотурбинных двигателей и установок достигается путем нанесения на рабочие лопатки турбин высокотемпературных жаростойких и теплозащитных покрытий, в том числе двухслойных покрытий металл - керамика:

  • металлический слой в двухслойном покрытии металл-керамика содержит никель (Ni), кобальт (Co), железо (Fe) или их сочетание в качестве основы, а хром (Cr), алюминий (Al) и иттрий (Y) в качестве легирующих добавок;
  • керамический слой в двухслойном покрытии металл-керамика состоит из диоксида циркония (ZrO2), стабилизированного 6,5…8% оксида иттрия (Y2O3).

elektronno_luchevye_ustanovki_dlja_pokrytij_1

а                                          б

Лопатки турбин с высокотемпературными защитными покрытиями: а - рабочая лопатка GTX 100 1B после нанесения жаростойкого металлического слоя Co-Ni-Cr-Al-Y; б - лопатка после нанесения внешнего керамического слоя (ZrO2 - Y2O3)

elektronno_luchevye_ustanovki_dlja_pokrytij_2

Газотурбинный двигатель ДН-80 производства ГП НПКГ "Зоря - Машпроект" (г. Николаев, Украина) с рабочими лопатками с двухслойным защитным покрытием металл - керамика

В пределах двухслойного покрытия металл - керамика толщина жаростойкого металлического слоя составляет от 90 до 120 мкм, а внешнего керамического - от 40 до 90 мкм для упрочняющего покрытия и от 110 мкм до 250 мкм и более для теплозащитного. Технология нанесения двухслойного защитного покрытия металл - керамика является многооперационной.

Для нанесения на рабочие лопатки жаростойкого металлического слоя предназначена электронно-лучевая установка УЭ-193.

elektronno_luchevye_ustanovki_dlja_pokrytij_3

Электронно-лучевая установка УЭ-193 для нанесения металлических жаростойких и коррозионностойких защитных покрытий на лопатки турбин осаждением из паровой фазы в вакууме

Контроль качества металлического слоя покрытия лопаток турбин включает в себя визуальную и инструментальную оценку состояния поверхности этого покрытия, проверку адгезии покрытия с подложкой путем испытания на изгиб образцов-свидетелей, определение уровня остаточных напряжений по методу Алмена, рентгеновский флуоресцентный анализ химического состава покрытия (на образцах-свидетелях, после их термообработки в вакууме совместно с покрытыми лопатками), капиллярную дефектоскопию лопаток.

Для нанесения внешнего керамического слоя на лопатки турбин с металлическим слоем предназначена электронно-лучевая установка УЭ-137 или УЭ-187.

elektronno_luchevye_ustanovki_dlja_pokrytij_4

а                                                     б

Нанесение на лопатки турбин дополнительного внешнего керамического слоя поверх жаростойкого металлического с формированием двухслойного защитного покрытия металл - керамика: а - электронно-лучевая установка УЭ-137 для нанесения на рабочие лопатки турбин керамических покрытий путем осаждения из паровой фазы в вакууме, в том числе покрытий из частично стабилизированного диоксида циркония (ZrO2 - Y2O3); б - один из испарителей керамики в работе

В соответствии с требованиями Технических условий на основной материал лопаток после нанесения на лопатки внешнего керамического слоя покрытия лопатки подвергают окончательной термообработке в вакууме - старению, а затем осуществляют контроль качества этих лопаток с оформлением паспорта качества.

Для оценки качества двухслойных защитных покрытий металл - керамика на этапе отработки технологии их нанесения применяются методы оптической микроскопии, сканирующей и трансмиссионной микроскопии, современные методы химического анализа, а также печные термоциклические испытания и испытания на газодинамическом стенде на прожиг.

Для рабочих лопаток турбин с защитными покрытиями в современных газотурбинных двигателях и установках разработана соответствующая технологическая документация, включающая технологический процесс нанесения на рабочие лопатки турбин защитных покрытий путем осаждения из паровой фазы в вакууме на электронно-лучевых установках.

Каждая из этих установок снабжена несколькими электронными пушками, формирующими первичный плоскосимметричный электронный пучок с его последующим преобразованием в осесимметричный при помощи электромагнитного поля. Электромагнитная система преобразования плоскосимметричного электронного пучка в осесимметричный и управления им выполнена в виде единого блока. Установки снабжены полупроводниковым источником питания электронных пушек мощностью 250 кВт с тиристорным управлением (ускоряющее напряжение 20…25 кВ). Системы управления установок компьютеризированы, обеспечивают автоматическую стабилизацию тока электронных пучков и ускоряющего напряжения пушек, стабилизацию уровня поверхности ванны испаряемого материала или уровня поверхности ванны выращиваемого слитка этого материала, контроль температуры поверхности конденсации.

Установки обеспечивают равномерное осаждение паровой фазы по профилю пера лопаток, воспроизводимость химического состава и толщины осаждаемого покрытия, возможность ведения процесса испарения материала покрытия в течение длительного времени и с высокой производительностью. Так, например, в установке УЭ-193 при одновременной работе всех четырех испарителей суммарная скорость испарения составляет 15 кг/ч.

elektronno_luchevye_ustanovki_dlja_pokrytij_5

Электронно-лучевая установка УЭ-187 для нанесения керамических теплозащитных покрытий на рабочие лопатки турбин

Электронно-лучевые установки для нанесения на лопатки турбин защитных покрытий осаждением из паровой фазы в вакууме поставляются "под ключ".

Методом электронно-лучевого переплава в вакууме нами производятся и поставляются высококачественные слитки из жаростойких сплавов MeCrAlY диаметром 68,5 мм и длиной 400 мм, а также слитки из частично стабилизированного диоксида циркония (с примесью HfO2 или без него) диаметром 68,5 мм, длиной 50 и 200 мм, которые используют в качестве исходного материала покрытия.

elektronno_luchevye_ustanovki_dlja_pokrytij_6

Слитки жаростойких сплавов MeCrAlY и слитки частично стабилизированного диоксида циркония

Наш Исследовательский Центр оказывает услуги по комплексному ремонту лопаток турбин, других деталей газотурбинных двигателей и агрегатов. Технология ремонта лопаток турбин включает очистку лопаток от продуктов сгорания и коррозии, восстановительную термообработку в вакууме, восстановление профиля пера лопатки традиционными методами сварки и наплавки с последующей доводкой механической и электрохимической обработками; восстановление аэродинамического профиля пера электронно-лучевыми методами; финишную термообработку в вакууме и выполнение полного спектра контроля лопаток турбин перед нанесением защитных покрытий; нанесение самих этих покрытий осаждением из паровой фазы в вакууме.

elektronno_luchevye_ustanovki_dlja_pokrytij_7

а                                    б

Отремонтированная (а) лопатка турбины и фрагмент этой лопатки в исходном состоянии (б) с повреждением

Многокомпонентные жаростойкие и коррозионностойкие покрытия Ме-Cr-Al-Y (где Ме - металлическая основа, в качестве которой применяются Ni, Co и их сочетания) лопаток турбин позволяют увеличить их эксплуатационную долговечность в 2…3 раза.

Теплозащитные покрытия металл-керамика (Ме-Cr-Al-Y/ZrO2-Y2O3) позволяют увеличить допустимую температуру газа перед турбиной, уменьшить расход топлива и улучшить экологические показатели работы энергосиловой установки.

Производительность электронно-лучевого оборудования для нанесения покрытий зависит от типоразмера деталей, на которые наносятся покрытия, толщины наносимого покрытия и составляют, например, 6 - 10 крупноразмерных лопаток промышленных турбин в смену и 35 - 50 малоразмерных рабочих лопаток авиационных газотурбинных двигателей в смену.

Для полного технологического цикла подготовки и нанесения покрытий, термической обработки покрытых изделий необходимы отапливаемые помещения в пределах единого цеха с суммарной производственной площадью 1500 м2.

Необходимая рабочая сила при экономически оправданной двухсменной работе (допускается оперативная трехсменная работа) составляет: инженерно-технических работников - 5 - 6, а производственных рабочих - 16.

Срок окупаемости при двухсменной работе и полной загрузке оборудования и аппаратуры не превышает трех лет.

Промышленно освоен, сертифицирован согласно ISO 9001 интегрированный технологический процесс нанесения покрытий на лопатки турбин, защищен патентами. Технологический процесс и электронно-лучевые установки для его реализации прошли многолетнюю проверку в условиях промышленного производства в Украине, России, США и других странах.

 

International Welding & Joining Conference - Korea 2017

April 11 ~ 14, 2017 HICO, Gyeongju


  • hd film izle - live bet
  • porn