Ученые СПбГМТУ разработали технологию лазерной наплавки для ремонта компонентов газотурбинного оборудования. По мнению авторов, она позволит продлить сроки эксплуатации рабочих лопаток турбин высокого и низкого давления, значительно сократив стоимость технического обслуживания и ремонта газотурбинных установок.
Газотурбинная установка позволяет использовать газ, образующийся после сгорания топлива, для производства электричества и тепловой энергии. Такие установки сегодня широко используются в нефтеперерабатывающей и газодобывающей промышленности, ЖКХ и при утилизации отходов.
Компоненты газотурбинных установок изготавливаются из жаропрочных никелевых сплавов методами литья и последующей механической обработки. Однако из-за сложного химического состава практически не поддаются сварке – в металле образуются трещины, из-за чего изделия неизбежно разрушаются.
Лазерный луч высокой энергии может значительно расширить возможности сварки жаропрочных сплавов, считают ученые СПбГМТУ. Они разработали технологию лазерной наплавки для ремонта компонентов газотурбинного оборудования, в первую очередь, рабочих лопаток турбин высокого (ТВД) и низкого давления (ТНД).
Ученые отмечают, что применение лазерного излучения позволяет сваривать и наплавлять сплавы, которые ранее считались трудно- или вовсе несвариваемыми, без образования критических дефектов.
Результаты исследования, опубликованные учеными СПбГМТУ в журнале Metals (https://doi.org/10.3390/met13020393), помогают разобраться в механизмах зарождения и развития трещин. Для проведения исследований использовалось современное высокоточное исследовательское оборудование для оптической и сканирующей электронной металлографии, рентгеновской дифракции, дифракции обратного рассеяния электронов.
По мнению исследователей, применение лазерной наплавки для восстановления геометрии лопаток позволяет значительно сократить стоимость технического обслуживания и ремонта газотурбинной установки.
«Рабочие лопатки ТВД и ТНД испытывают наибольшие нагрузки, поскольку они эксплуатируются при температуре более 1000 градусов Цельсия, в газовой среде, под циклическими и знакопеременными нагрузками. Из-за этого лопатки изнашиваются – теряют изначальную форму. В результате снижается мощность газотурбинной установки. Как правило, такой износ наступает гораздо раньше исчерпания ресурса лопатки», – рассказал кандидат технических наук, начальник технологического отдела ИЛИСТ СПбГМТУ, старший преподаватель кафедры цифровых лазерных технологий Рудольф Корсмик.
По его словам, стоимость новой лопатки может превышать 500 тысяч рублей, а в турбине их несколько сотен, поэтому замена изношенных лопаток может быть очень затратной. В то же время стоимость полного ремонта лопатки с применением технологии лазерной наплавки не превышает 30-50% от стоимости нового изделия.
Сегодня перед учеными стоят задачи масштабирования исследований на другие сплавы, а также проведения опытных работ по ремонту компонентов газотурбинных двигателей.
«Эту технологию можно назвать не просто отечественной, а на 100% «детищем СПбГМТУ». Для ее разработки в стенах университета обучались исследователи и технологи, а также разрабатывалось и изготавливалось оборудование», – добавил Рудольф Корсмик.