Учёные Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого разработали и внедрили технологию нанесения термобарьерных и жаростойких покрытий на рабочие лопатки газотурбинных установок. Новое решение должно повысить надёжность оборудования и увеличить продолжительность его непрерывной эксплуатации в системах транспортировки природного газа.
Рабочие лопатки газовых турбин, используемых на компрессорных станциях магистральных трубопроводов, подвергаются экстремальным тепловым и механическим нагрузкам. После ухода с российского рынка ряда зарубежных поставщиков проблема обслуживания и ремонта газоперекачивающих агрегатов стала особенно актуальной. Одной из важнейших задач для отрасли стал поиск собственных материалов и технологий, обеспечивающих защиту наиболее нагруженных элементов турбин.
Инженеры Политеха смогли решить эту задачу, разработав технологию нанесения термобарьерных и жаростойких покрытий на рабочие лопатки первой и второй ступеней газотурбинной установки Т32 «Ладога». Полученные покрытия полностью соответствуют требованиям заказчика и эксплуатирующих организаций.
Как отметил директор Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ Анатолий Попович, разработка стала примером того, как фундаментальные исследования в области материаловедения превращаются в готовые инженерные решения для промышленности. По его словам, после прекращения поставок зарубежных комплектующих особенно важным стало создание полного цикла обслуживания газоперекачивающего оборудования внутри страны.
Термобарьерное покрытие представляет собой многослойную систему. По словам ведущего научного сотрудника научно-образовательного центра «Конструкционные и функциональные материалы» СПбПУ Дмитрия Масайло, сначала методом сверхскоростного газопламенного напыления формируется связующий слой, защищающий металл лопатки от окисления и компенсирующий различия в коэффициентах теплового расширения между металлической основой и керамикой. Затем методом атмосферного плазменного напыления наносится керамический слой, который принимает на себя основную тепловую нагрузку во время работы установки.
Несмотря на хорошо изученные технологии напыления, наиболее сложной задачей оказался переход от лабораторных образцов к реальным деталям сложной геометрии. Исследователям потребовались годы работы и сотни экспериментов, чтобы добиться равномерной толщины покрытия по всей поверхности турбинной лопатки. Именно эта проблема потребовала больше усилий, чем подбор режимов напыления.
Параллельно при поддержке программы «Приоритет-2030» учёные ведут исследования по созданию новых материалов для связующего слоя. Анализ научно-технической литературы и консультации с представителями отрасли показали, что именно этот промежуточный слой во многом определяет долговечность и надёжность всей конструкции, тогда как существующие материалы обладают рядом ограничений.
Одним из перспективных направлений стали высокоэнтропийные сплавы. Как рассказал инженер лаборатории «Синтез новых материалов и конструкций» СПбПУ Артём Ким, такие материалы обладают уникальными свойствами и способны обеспечить более высокие эксплуатационные характеристики по сравнению с традиционными решениями. Однако внедрение новых составов потребует длительных исследований, ресурсных испытаний и сертификации, поскольку применяемые материалы строго регламентируются нормативными документами.
В ближайшие годы коллектив СПбПУ намерен продолжить совершенствование технологии нанесения защитных покрытий и разработку новых составов материалов. В университете рассчитывают, что эти исследования позволят существенно увеличить ресурс газоперекачивающего оборудования и снизить зависимость отрасли от зарубежных технологий.
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/