Gázturbina egykristály lapátjainak precíziós javítása: A kulcs a jobb teljesítményhez és megbízhatósághoz
A turbinalapát-technológia fejlődése megnövelte az új alkatrészek költségeit. Egy kristálylapát ára két-háromszorosa a hagyományos, hasonló méretű és összetettségű öntött pengének. Az egykristály alkatrész magas költsége arra ösztönözheti a tulajdonost, hogy maximalizálja az alkatrész élettartamát.
Az alkatrészek cseréjének költségeinek csökkentésére cégünk olyan eljárásokat hozott létre, amelyek célja az alkatrészek élettartamának meghosszabbítása. Az egyik ilyen eljárás a teljes oldatos regeneratív hőkezelés (FSR). Az FSR új állapotba állítja vissza az ötvözet mikroszerkezetét és mechanikai tulajdonságait. Az FSR egykristályos ötvözet hőkezelésének fő problémája az újrakristályosodott szemcsék kialakulása a felületen, ahol maradványfeszültség. Ez kockázatot jelent az egykristályos ötvözetek szemcsehatár-erősítő ötvözet-adalékanyagainak alacsony tartalma miatt. Az egykristály ötvözetek átkristályosítása és/vagy kósza szemcséi csökkentik a kifáradási élettartamot és a feszültség-törési szilárdságot magas hőmérsékleten. Ennek eredményeként az eredeti gyártó megvizsgálja és elutasítja. Ez az egyik tényezője az egykristály öntvények áremelkedésének!
Cégünk próbajavítást végzett az egykristályos turbinalapátok FSR-hőkezelésének megvalósíthatóságának további értékelésére, melynek során döntő fontosságú volt annak biztosítása, hogy a lapátok kritikus felületei ne menjenek át plasztikus deformáción a későbbi átkristályosodás elkerülése érdekében. Emellett hatékony roncsolásmentes vizsgálati módszerek alkalmazása szükséges a kritikus felületek átkristályosodásának ellenőrzésére. A demonstrációs javítást és a roncsolásos elemzést egy visszavonult Siemens SGT-100 HP turbinalapáttal végeztük, amely CMSX-4 egykristály ötvözetből állt, amint az a 2. ábrán látható. A lapátok 28,{{5} } óra. Egy javítás után további 12,000 órán keresztül működött. A teljes szervizidő 36,000 óra, és az OEM értesíti az üzemeltetőt, hogy az alkatrész lejárt!
A csoport egy reprezentatív pengéjét roncsolásos vizsgálatnak vetették alá "beérkezéskor" állapotban, hogy megállapítsák a kohászati feltételek alapértékét. A fennmaradó öt penge javításra szorul, beleértve:
Bevonat eltávolítása
Méret és penetráció észlelése
Teljes megoldású fiatalító hőkezelés
Cserélje ki a külső platina-aluminát bevonatot
A csoport egy reprezentatív pengéjét roncsolásos vizsgálatnak vetették alá "beérkezéskor" állapotban, hogy megállapítsák a kohászati feltételek alapértékét. A fennmaradó öt penge javításra szorul, beleértve:
Alapötvözetek pásztázó elektronmikroszkópja (gamma forma)
Légszárnyakról vett mikrolemez-minták feszültség-törésvizsgálata
Belső és külső felületek mikroszkópos vizsgálata.
A szárnyszárny külső felülete alumíniumozott platina bevonatot tartalmaz, amint az ábrán látható. Bár a bevonat részben elhasználódott, hatékony védelmet nyújtott a korábbi szervizintervallumokra, mivel nem észleltek sérülést az alatta lévő alapötvözetben.
Belső szárnyfelület bevonat nélküli, 3. ábra jobbra. Az alapötvözet enyhe oxidációja volt megfigyelhető a belső felületen, behatolási mélységgel<25 microns (0.001 in).
A bevonat eltávolítása után a leveleket fluoreszcens penetrációs teszttel (FPI) ellenőrzik, hogy nincsenek-e rajta felületi repedések vagy hibák. Nem találtak jeleket.
A vizsgálat megállapította, hogy ezek a levelek jó javítási tárgyak. A falvastagság mérésére ultrahangos technológiát alkalmaznak.
Az FSR hőkezelést követően a pengék kulcsterületein lévő átkristályosodott szemcséket kémiai maratással roncsolásmentesen vizsgáltuk. Az öt penge közül négyben a kulcsfontosságú területeken újrakristályosodott szemcsék jelennek meg (példa a 4. ábrán).
A roncsolásos vizsgálat megerősítette, hogy legalább egy lapát átkristályosítási mélysége meghaladta a használható határt (nem minden átkristályosodási terület roncsolódott).
Ennek a megállapításnak a alapján további 12 elhasználódott pengét nyújtottak be további elemzésre. A csoport hét lapátból áll, amelyek ugyanabból a kezdeti hat lapátból álló tesztcsoportból származnak, és öt pengéből különböző pengecsoportokból. Minden pengét megjavítottak, beleértve a bevonat eltávolítását és az FSR hőkezelési eljárást, majd az átkristályosodott szemcsék makroszkópos maratási vizsgálatát.
Kezdetben az összes levélen volt néhány átkristályosodott szemcse különböző mértékben a kulcsfontosságú régiókban. A penge mechanikus szemcseeltávolítási és újraellenőrzési cikluson megy keresztül, amíg az átkristályosodott szemcséket minden kritikus területről eltávolítják. Végül a nyolc penge roncsolásos vizsgálatát végezték el (öt egy hétből és három egy öttagú csoportból), hogy ellenőrizzék az ellenőrzési eredményeket és felmérjék a fennmaradó falvastagságot. Az első csoport mind a hét pengéje a karbantartási határokon belül volt, a második csoport pengéinek négyötöde pedig a karbantartási határokon belül volt.
