Керамическая плитка для футеровки камер сгорания, в частности газовых турбин, и способ ее производства



Керамическая плитка для футеровки камер сгорания, в частности газовых турбин, и способ ее производства
Керамическая плитка для футеровки камер сгорания, в частности газовых турбин, и способ ее производства

 


Владельцы патента RU 2606288:

АНСАЛЬДО ЭНЕРГИЯ С.П.А. (IT)

Изобретение относится к керамической плитке для футеровки камеры сгорания, в частности газовых турбин. Керамическая плитка для футеровки камер сгорания, в частности газовых турбин, содержит слой основания, изготовленный из керамического материала, например глинозема или глинозема-муллита, и покрытие, наносимое, по меньшей мере, на одну сторону слоя основания; покрытие представляет собой многослойное керамическое покрытие, содержащее, по меньшей мере, один внешний слой, изготовленный из глинозема или керамического материала, содержащего глинозем, и, по меньшей мере, один промежуточный слой, расположенный между внешним слоем и слоем основания и изготовленный из керамического материала, содержащегося муллит и предпочтительно муллит или глинозем-муллит. Изобретение обеспечивает повышение устойчивости плитки к высоким температурам, коррозии и механическим нагрузкам. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к керамической плитке для футеровки камеры сгорания, в частности газовых турбин, и к способу ее производства.

Уровень техники

Как известно, внутренние стенки камеры сгорания газовой турбины для производства электричества требуют эффективной тепловой защиты, поскольку они подвержены воздействию горячих газов при высокой температуре, которые иногда также являются чрезвычайно коррозийными.

С этой целью используют керамическую плитку, которую кладут, например, на структурные стенки камеры сгорания. В общем, керамические материалы потенциально пригодны для такого варианта применения, поскольку они обеспечивают хорошую теплозащиту и имеют низкую теплопроводность.

Однако внутренняя среда камеры сгорания газовой турбины, в частности, является особенно агрессивной и подвергает керамическую плитку высоким уровням напряжения, а не только теплового, но также и коррозийного, и механического напряжения, следовательно, не все керамические материалы пригодны для этого назначения.

Для улучшения устойчивости керамической плитки, в частности к коррозии и эрозии, на плитку наносят дополнительное покрытие.

Например, известны покрытия, состоящие из одного одиночного слоя глинозема, нанесенного с использованием процессов нанесения суспензии (то есть нанесение слоя суспензии частиц глинозема в соответствующем средстве распределения, после чего следует обработка спекания).

Предел известных покрытий представлен их высокой пористостью (типичные значения порядка 30%), который уменьшает их способность защищать расположенный под ним материал, в частности, в присутствии вызывающих коррозию химических веществ и паров воды в камере сгорания.

Второй предел известных покрытий представляет собой чрезмерную разность между коэффициентами теплового расширения материала слоя покрытия и материала основания, из которого изготовлена керамическая плитка, что уменьшает устойчивость покрытия к тепловым циклам и способствует ее отсоединению.

Третий предел состоит в ограниченной повторяемости процесса нанесения суспензии.

Сущность изобретения

Одной задачей настоящего изобретения является создание керамической плитки для футеровки камеры сгорания, в частности газовых турбин, и соответствующего способа производства, которые были бы свободны от представленных здесь недостатков предшествующего уровня техники.

В частности, одной задачей изобретения является создание с помощью относительно простого недорого способа керамической плитки, которая была бы полностью пригодна для использования в камере сгорания газовой турбины и поэтому, в частности, была бы устойчивой к высоким температурам, коррозийным атакам и механическим нагрузкам.

Настоящее изобретение, таким образом, относится к керамической плитке для футеровки камеры сгорания, в частности газовых турбин, содержащих слой основания, выполненный из керамического материала, и покрытия, нанесенного, по меньшей мере, на одну сторону слоя основания; при этом такое покрытие представляет собой многослойное керамическое покрытие, содержащее, по меньшей мере, один внешний слой, выполненный из керамического материала, содержащего глинозем, и, по меньшей мере, один промежуточный слой, расположенный между внешним слоем и слоем основания и выполненный из керамического материала, содержащего муллит и глинозем.

В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления изобретения промежуточный слой изготовлен из муллита или глинозема-муллита, внешний слой выполнен из глинозема или содержит глинозем как основной компонент и слой основания выполнен из глинозема-муллита.

Изобретение также относится к способу для изготовления керамической плитки для футеровки камеры сгорания, в частности газовых турбин, при котором:

- обеспечивают слой основания, изготовленный из керамического материала;

- наносят на сторону слоя основания многослойное керамическое покрытие, сформированное, по меньшей мере, из одного внешнего слоя, изготовленного из керамического материала, содержащего глинозем, и, по меньшей мере, один промежуточный слой, выполненный между внешним слоем и слоем основания и изготовленный из керамического материала, содержащегося муллит, упомянутые слои покрытия наносят используя соответствующие процессы плазменного распыления из воздуха (APS), выполняемые последовательно.

В частности, способ включает первый этап нанесения промежуточного слоя на поверхность слоя основания (соответствующую поверхности, обращенную в камеру сгорания, на стороне горячих газов), в котором порошок муллита или смесь порошков, содержащих порошок муллита, распыляют на стороны слоя основания, используя плазменную горелку, для формирования промежуточного слоя; и второй этап нанесения внешнего слоя на промежуточный слой, в котором порошок глинозема или смесь порошков, содержащих порошок глинозема, напыляют на внешнюю поверхность промежуточного слоя, используя плазменную горелку, для формирования внешнего слоя.

Плитка, воспроизводимая в соответствии с настоящим изобретением, полностью пригодна для использования в камерах сгорания газовых турбин для производства электричества; плитка имеет уменьшенную пористость и высокую однородность и поэтому обеспечивает соответствующую защиту для находящегося под ней основного материала плитки. Адгезия между покрытием и основным материалом плитки получается сильной, и в плитке не проявляется тенденция к отсоединению даже в очень суровых рабочих условиях.

Использование многослойного покрытия продлевает срок службы покрытия по сравнению, например, с покрытием, выполненным из чистого глинозема или других материалов: из-за разных коэффициентов теплового расширения плитки и двух покрытий, во время нагрева плитки, промежуточный слой из муллита находится в условиях, например, растягивающего напряжения, в то время как слой из глинозема сжимается, уменьшая, таким образом, возможность отсоединения слоя покрытия из глинозема, которое составляет окружающий барьер.

Конкретная технология изготовления устраняет любую проблему, связанную с воспроизводимостью результатов, и обеспечивает то, что каждая произведенная плитка имеет требуемые характеристики, в частности, восстанавливая или устраняя присутствие разрывов на поверхности и/или трещин, через которые водяной пар и загрязняющие агенты могут проникать и достигать материала основания этой плитки.

Краткое описание чертежа

Дополнительные характеристики и преимущества настоящего изобретения будут понятны из следующего описания неограничительного примера его воплощения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых представлен схематичный вид в поперечном сечении керамической плитки для футеровки камеры сгорания, в частности газовых турбин, произведенных в соответствии с изобретением.

Подробное описание изобретения

На приложенном чертеже ссылочной позицией 1 обозначена керамическая плитка для футеровки камер сгорания, в частности газовых турбин; керамическая плитка 1 содержит слой 2 основания, изготовленный из керамического материала, и покрытие 3, наносимое, по меньшей мере, на одну из поверхностей 4 слоя 2 основания, предназначенного для использования так, что она обращена к камере сгорания, в которой сформирована керамическая плитка 1.

Слой 2 основания выполнен из керамического материала, например глинозема или предпочтительно в виде двухфазной системы глинозема-муллита.

Слой 2 основания сформирован путем прижима в пресс-форме требуемых порошков, например порошка глинозема (корунда) или смеси муллита и порошка глинозема (глинозем).

Керамический материал слоя 2 основания затем обжигают в печи для получения предписанных физических и механических характеристик.

Покрытие 3 представляет собой многослойное керамическое покрытие, содержащее, по меньшей мере, один первый слой 5, выполненный с возможностью контакта со стороной 4 слоя 2 основания, и, по меньшей мере, один второй слой 6, выполненный выше первого слоя 5 и образующий внешний слой плитки 1.

Первый слой 5, который расположен между слоем 2 основания и вторым слоем 6 и формирует промежуточный слой плитки 1, изготовлен из керамического материала, содержащего муллит; например слой 5 изготовлен из муллита или глинозема-муллита; в общем, слой 5 содержит муллит как основной компонент (слой, поэтому содержит муллит в количестве, равном приблизительно 50% масс. или больше от всего материала слоя).

Предпочтительно слой 5 имеет толщину от приблизительно 50 до приблизительно 100 микрометров.

Второй слой 6 (внешний слой плитки 1) изготовлен из керамического материала, содержащего глинозем, и предпочтительно изготовлен из глинозема или содержит глинозем как основной компонент (слой поэтому содержит глинозем в количестве, большем, чем 50% масс. от общего материала слоя).

Предпочтительно слой 6 имеет толщину от приблизительно 200 до приблизительно 400 микрометров.

В соответствии с изобретением слои 5, 6 покрытия 3 наносят используя соответствующие процессы распыления плазменного напыления (APS), выполняемые последовательно.

В общем, в процессе распыления плазмы материал, который должен быть нанесен на подложку, вводят в сопло плазменной горелки, где материал плавится из-за высокой температуры плазмы, и его распыляют на подложку. Когда частицы материала ударяют о подложку, они охлаждаются и быстро отвердевают, осаждаясь на подложке.

В частности, способ производства керамической плитки 1 содержит следующие этапы:

- обеспечивают основной слой 2 из керамического материала;

- наносят на сторону 4 слоя 2 основания слой 5 (либо из муллита или корунда-муллита, или, в любом случае, содержащий муллит) с помощью первого процесса APS, в котором порошок муллита (или смесь порошков, включающая в себя порошок муллита) распыляют на поверхность 4, используя плазменную горелку для формирования слоя 5;

- наносят на слой 5 слой 6 из глинозема (или содержащий глинозем), используя второй процесс APS, в котором порошок глинозема (или смесь порошков, включающая в себя порошок глинозема), распыляют на внешней поверхности 7 слоя 5, используя плазменную горелку, для формирования слоя 6.

Получают керамическую плитку 1, на которой предусмотрено многослойное покрытие 3: внешний слой 6 составляет эффективный барьер для коррозионного действия паров воды и предохраняет материал слоя 2 основания от коррозии и эрозии; внутренний слой 5 обеспечивает оптимальное формирование внешнего слоя 6 и оптимальное его закрепление, предлагая описанные ранее преимущества. В конечном итоге, следует понимать, что дополнительные модификации и вариации, которые не выходят за пределы объема приложенной формулы изобретения, могут быть выполнены в керамической плитке для футеровки камеры сгорания, в частности газовых турбин, и к соответствующему способу производства, описанному и представленному здесь.

1. Керамическая плитка (1) для футеровки камер сгорания, в частности газовых турбин, содержащая слой (2) основания, выполненный из керамического материала, и покрытие (3), нанесенное на, по меньшей мере, одну сторону (4) слоя (2) основания, при этом покрытие (3) представляет собой многослойное керамическое покрытие, содержащее, по меньшей мере, один внешний слой (6), изготовленный из керамического материала, содержащего глинозем, и, по меньшей мере, один промежуточный слой (5), расположенный между внешним слоем (6) и слоем (2) основания и изготовленный из керамического материала, содержащего муллит, причем слой (2) основания выполнен из глинозема или глинозема-муллита.

2. Керамическая плитка по п. 1, в которой промежуточный слой (5) изготовлен из муллита или глинозема-муллита.

3. Керамическая плитка по п. 1, в которой промежуточный слой (5) имеет толщину в диапазоне от приблизительно 50 до приблизительно 100 микрометров.

4. Керамическая плитка по п. 1, в которой внешний слой (6) изготовлен из глинозема или содержит глинозем как основной компонент.

5. Керамическая плитка по п. 1, в которой внешний слой (6) имеет толщину в диапазоне от приблизительно 200 до приблизительно 400 микрометров.

6. Способ изготовления керамических плиток для футеровки камер сгорания, в частности газовых турбин, при котором:

- обеспечивают слой (2) основания плитки (1), изготовленный из керамического материала, причем слой (2) основания изготавливают из глинозема или глинозема-муллита;

- наносят на сторону (4) слоя (2) основания многослойное керамическое покрытие (3), содержащее, по меньшей мере, один внешний слой (6), изготовленный из керамического материала, содержащего глинозем, и, по меньшей мере, один промежуточный слой (5), расположенный между внешним слоем (6) и слоем (2) основания и изготовленный из керамического материала, содержащего муллит; причем слои (5, 6) покрытия (3) наносят

посредством соответствующих процессов распыления воздушной плазмы, выполняемых последовательно.

7. Способ по п. 6, включающий первый этап нанесения промежуточного слоя (5) на поверхность (4) слоя (2) основания, в котором порошок муллита или смесь из порошков, содержащих порошок муллита, напыляют на поверхность (4) слоя (2) основания, используя плазменную горелку, для формирования промежуточного слоя (5); и второй этап нанесения внешнего слоя (б) на промежуточный слой (5), в котором порошок глинозема или смесь из порошков, содержащих порошок глинозема, напыляют на внешнюю поверхность (7) промежуточного слоя (5), используя плазменную горелку, для формирования внешнего слоя (6).

8. Способ по п. 6, при котором промежуточный слой (5) изготавливают из муллита или глинозема-муллита.

9. Способ по п. 6, при котором промежуточный слой (5) имеет толщину в диапазоне от приблизительно 50 до приблизительно 100 микрометров.

10. Способ по п. 6, при котором внешний слой (6) изготавливают из глинозема или он содержит глинозем как основной компонент.

11. Способ по п. 6, при котором внешний слой (6) имеет толщину в диапазоне от приблизительно 200 до приблизительно 400 микрометров.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике. Корпус камеры сгорания, образованный внешним кожухом камеры сгорания с внутренней полостью и внутренним кожухом камеры сгорания с внутренней полостью, причем внешний кожух камеры сгорания и внутренний кожух камеры сгорания содержат каждый по одному открытому к торцевой стороне, сплошному, проходящему по окружности пазу, обращенному в сторону внутренней полости кожуха, причем в пазах предусмотрена установка сменной прокладки из двух частей, причем указанная прокладка соединена с внешним кожухом камеры сгорания и внутренним кожухом камеры сгорания с возможностью разъединения.

Элемент теплозащитного экрана камеры сгорания газотурбинного двигателя (14) с боковой стенкой (16), имеющей углубление (4) с ориентированным в направлении несущей конструкции (17) пропускным отверстием (30).

Способ диагностирования склонности камеры сгорания к гудению в рабочем состоянии, включающий следующие этапы: эксплуатацию камеры сгорания в рабочем состоянии; регистрацию термоакустической величины газового объема камеры сгорания и/или величины колебаний конструкции камеры сгорания в рабочем состоянии и определение параметрической величины по термоакустической величине и/или по величине колебаний; определение спектра параметрической величины в рабочем состоянии в виде ее амплитудной характеристики в зависимости от времени; идентификацию первого и второго резонансов параметрической величины с помощью спектра; определение амплитудного значения первого резонанса и амплитудного значения второго резонанса; расчет параметра стабильности в качестве функции амплитудного значения первого резонанса и амплитудного значения второго резонанса; определение нижнего и/или верхнего значения расстояния, на которое параметр стабильности лежит выше нижнего заданного порогового и/или ниже верхнего заданного порогового значения.

Изобретение относится к энергетике. Камера сгорания газовой турбины, у которой предусмотрены вставка для горелки, которая имеет стенку с холодной и горячей сторонами и край, ограничивающий стенку вставки для горелки.

Система (1) элементов теплозащитного экрана, включающая один элемент (3) теплозащитного экрана для расположенного на несущей структуре (30) теплозащитного экрана, и способ ее монтажа.

Резонатор с приспосабливаемой частотой (f) резонатора для поглощения звука, создаваемого газовым потоком газовой турбины (110), при этом резонатор (100) содержит горловинную секцию (102), камеру (101) и деформируемый элемент (103), выполненный с возможностью деформации под действием изменения температуры газовой турбины, при этом деформируемый элемент (103) содержит биметаллический элемент и образует спираль (300).

Устройство с теплозащитным экраном состоит из несущей конструкции и закрепленного на ней теплозащитного экрана с прилегающей к несущей конструкции, огибающей боковой стенкой и с обращенным к несущей конструкции внутренним пространством и кромками паза, образованными основанием паза и боковой стенкой.

Установка содержит газотурбинный двигатель, имеющий компрессор, турбину, камеру сгорания, расположенную за компрессором перед турбиной, систему ввода текучей среды, резонатор с изменяемой геометрией и контроллер, выполненный с возможностью настройки указанного резонатора в соответствии с сигналом обратной связи.

Система сжигания топлива газотурбинного двигателя содержит по меньшей мере один резонатор, расположенный на стенке системы сжигания топлива, ограничивающей канал течения потока горячих и находящихся под давлением газообразных продуктов сгорания.

Изобретение относится к горелке для газотурбинного двигателя. Горелка содержит радиальную центробежную форсунку для создания завихренной топливовоздушной смеси, камеру сгорания, в которой происходит сгорание завихренной топливовоздушной смеси, и предкамеру.

Изобретение относится к устройству для сжигания твёрдого топлива и применяется для отопления помещений. Устройство для сжигания твердого топлива представляет собой печь, корпус которой целиком состоит из обожженного огнеупорного карбидного материала, преимущественно карбида кремния.

Изобретение относится к области энергетики. Устройство для сжигания жидкого топлива содержит удлиненное отделение для сгорания, содержащее боковые стенки, имеющие внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, определяющие радиальную периферию отделения для сгорания, имеющего центральную ось, проходящую от ближнего конца к дальнему концу этого отделения в продольном направлении, при этом дальний конец является открытым, обеспечивая сообщение по текучей среде изнутри отделения для сгорания и наружу этого отделения; средство для создания воздушного потока для обеспечения потока воздуха в направлении от ближнего конца отделения для сгорания к дальнему концу в направлении, параллельном центральной оси этого отделения; топливную форсунку для аэрации жидкого топлива внутри отделения для сгорания; средство для подачи топлива для подачи жидкого топлива в топливную форсунку; средство обеспечения давления для приложения давления к жидкому топливу, поданному через средство для подачи топлива; слой тепловой изоляции, расположенный радиально между центральной осью отделения для сгорания и боковыми стенками отделения, уменьшающий передачу тепла в направлении от центральной оси отделения для сгорания к боковым стенкам; термопоглощающий слой, расположенный радиально между центральной осью отделения для сгорания и изолирующим слоем, обеспечивающий поглощение тепловой энергии, созданной внутри отделения для сгорания, и ее излучение назад в отделение для сгорания в направлении к центральной оси, когда между отделением для сгорания и термопоглощающим слоем достигнуто тепловое равновесие.

Изобретение относится к производству и укладки кирпичей. Сборка плита/кирпич, которая включает в себя: плиту (12) с множеством ребер (32) и множеством каналов (37), на передней поверхности которой находится первое отверстие каждого канала; и множество кирпичей (18), причем каждый кирпич вставляется во множество каналов (37) через первое отверстие в положение, которое достигается за счет поворачивания кирпича, частично установленного в канал таким образом, чтобы одна или более частей кирпича хотя бы частично входили в контакт с одной или более поверхностями канала и/или первого из множества ребер, и в котором кирпич блокируется от выпадения из канала через первое отверстие в результате линейного движения без поворачивания.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для футеровки высокотемпературных металлургических агрегатов. Огнеупорное изделие для футеровки высокотемпературных агрегатов включает верхнюю и нижнюю поверхности, боковые поверхности, внутреннюю боковую стенку и наружную боковую стенку.

Система (1) элементов теплозащитного экрана, включающая один элемент (3) теплозащитного экрана для расположенного на несущей структуре (30) теплозащитного экрана, и способ ее монтажа.
Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Способ крепления футеровочных пластин из полимерных материалов к металлической поверхности заключается в том, что устанавливают футеровочные пластины на стальные прутки, приваренные к металлической поверхности.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к горелочным устройствам. .

Изобретение относится к конструкциям охлаждаемых силовых стенок различных машин и аппаратов, подвергающихся значительным тепловым нагрузкам, а именно к конструкциям стенок высокотемпературных воздушно-газовых трактов воздушно-реактивных двигателей, ЖРД, тепловых реакторов, различного типа котлов и теплообменников.
Изобретение относится к области теплоэнергетики и, в частности, может быть использовано при изготовлении топок промышленных и бытовых котловых установок, каминов, бытовых теплоемких печей, печей-каменок и печей для приготовления пищи, сушки, отопления, нагрева воды для хозяйственных и банных нужд, обогрева банных помещений, получения пара или горячего воздуха.
Наверх