Presná oprava monokryštálových lopatiek plynových turbín: Kľúč k zlepšeniu výkonu a spoľahlivosti
Pokroky v technológii turbínových lopatiek zvýšili náklady na nové komponenty. Cena jednokryštálovej čepele je dvakrát až trikrát vyššia ako cena bežnej odlievanej čepele podobnej veľkosti a zložitosti. Vysoké náklady na jeden kryštálový komponent môžu motivovať vlastníka, aby maximalizoval životnosť komponentu.
Ako riešenie na zníženie nákladov na výmenu komponentov naša spoločnosť vytvorila procesy určené na predĺženie životnosti komponentov. Jedným z takýchto procesov je regeneračné tepelné spracovanie v plnom roztoku (FSR). FSR obnovuje mikroštruktúru a mechanické vlastnosti zliatiny do nového stavu. Hlavným problémom tepelného spracovania monokryštálovej zliatiny FSR je tvorba rekryštalizovaných zŕn na povrchu so zvyškovým napätím. Toto je riziko vzhľadom na nízky obsah zliatinových prísad spevňujúcich hranice zŕn v monokryštálových zliatinách. Rekryštalizácia a/alebo rozptýlené zrná v monokryštálových zliatinách majú za následok zníženú únavovú životnosť a pevnosť v ťahu pri vysokých teplotách. Výsledkom je, že sú skontrolované pôvodným výrobcom a zamietnuté. Toto je jeden z faktorov rastu cien monokryštálových odliatkov!
Naša spoločnosť vykonala skúšobnú opravu na ďalšie vyhodnotenie uskutočniteľnosti tepelného spracovania FSR jednokryštálových lopatiek turbíny, počas ktorej bolo kľúčové zabezpečiť, aby kritické povrchy lopatiek neprešli plastickou deformáciou, aby sa predišlo následnej rekryštalizácii. Okrem toho je potrebné použiť účinné nedeštruktívne skúšobné metódy na kontrolu rekryštalizácie kritických povrchov. Demonštračná oprava a deštruktívna analýza sa vykonali pomocou vyradenej turbínovej lopatky Siemens SGT-100 HP zloženej z monokryštálovej zliatiny CMSX{2}}, ako je znázornené na obrázku 2. Lopatky boli v prevádzke 28,{{5} } hodín. Po jednej oprave fungovalo ďalších 12,000 hodín. Celkový servisný čas je 36,000 hodín a výrobca OEM upozorní operátora, že platnosť dielu vypršala!
Reprezentatívna čepeľ v skupine bola podrobená deštruktívnej kontrole v stave „pri prijatí“, aby sa stanovila základná línia metalurgických podmienok. Zvyšných päť čepelí potrebuje opravu, vrátane:
Odstránenie povlaku
Detekcia veľkosti a prieniku
Kompletné riešenie omladzovania tepelnou úpravou
Vymeňte vonkajší platino-hlinitý povlak
Reprezentatívna čepeľ v skupine bola podrobená deštruktívnej kontrole v stave „pri prijatí“, aby sa stanovila základná línia metalurgických podmienok. Zvyšných päť čepelí potrebuje opravu, vrátane:
Rastrovacia elektrónová mikroskopia základných zliatin (gama forma)
Testovanie napäťových lomov vzoriek mikrodoštičiek odobratých z profilov
Mikroskopické vyšetrenie vnútorných a vonkajších povrchov.
Vonkajší povrch profilu krídla obsahuje pohliníkovaný platinový povlak, ako je znázornené na obrázku . Hoci bol povlak čiastočne spotrebovaný, poskytoval účinnú ochranu počas predchádzajúcich servisných intervalov, pretože nebolo pozorované žiadne poškodenie základnej zliatiny.
Vnútorný povrch profilu krídla nepotiahnutý, obrázok 3 vpravo. Na vnútornom povrchu bola pozorovaná mierna oxidácia základnej zliatiny s hĺbkou prieniku<25 microns (0.001 in).
Po odstránení povlaku sa listy skontrolujú na povrchové exponované trhliny alebo defekty fluorescenčným penetračným testom (FPI). Nenašli sa žiadne známky.
Skúmanie zistilo, že tieto listy sú vhodné na opravu. Na meranie hrúbky steny sa používa ultrazvuková technológia.
Po tepelnom spracovaní FSR boli rekryštalizované zrná v kľúčových oblastiach čepelí nedeštruktívne skúmané chemickým leptaním. V štyroch z piatich čepelí sa v kľúčových oblastiach objavujú rekryštalizované zrná (príklad je znázornený na obrázku 4).
Deštruktívna kontrola potvrdila, že hĺbka rekryštalizácie aspoň jednej čepele prekročila hranicu použiteľnosti (nie všetky oblasti rekryštalizácie boli zničené).
Na základe tohto zistenia bolo na ďalšiu analýzu predložených ďalších 12 čepelí po dobe životnosti. Skupina pozostáva zo siedmich čepelí z rovnakej počiatočnej testovacej skupiny šiestich čepelí a piatich čepelí z rôznych skupín čepelí. Všetky čepele boli opravené, vrátane odstránenia povlaku a procesu tepelného spracovania FSR, po ktorom nasledovala makroskopická kontrola leptaním rekryštalizovaných zŕn.
Všetky listy mali spočiatku nejaké rekryštalizované zrná v rôznych stupňoch v kľúčových oblastiach. Čepeľ prechádza cyklom mechanického odstraňovania zŕn a opätovnej kontroly, kým sa rekryštalizované zrná neodstránia zo všetkých kritických oblastí. Nakoniec bola vykonaná deštruktívna kontrola ôsmich čepelí (päť v skupine po siedmich a tri v skupine po piatich) na overenie výsledkov kontroly a posúdenie zostávajúcej hrúbky steny. Zistilo sa, že všetkých sedem čepelí prvej skupiny je v rámci limitov údržby a štyri pätiny čepelí druhej skupiny sú v rámci limitov údržby.
