В ПНИПУ нашли способ сократить время и затраты на ремонт газотурбинных установок

Статья опубликована в журнале «Металловедение и термическая обработка металлов» за 2024 год. Исследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».

Для выработки энергии ГТУ используют топливо, при сгорании которого образуется газ. Сопловый аппарат турбины преобразует и передает полученную из него энергию. Он состоит из множества жаропрочных лопаток, которые и задают для газа верное направление.

Несмотря на устойчивость к высокой температуре, лопатки ГТУ все же подвержены ее негативному влиянию и механическим нагрузкам. В процессе эксплуатации на их поверхности появляются микротрещины и устойчивые оксиды металлов (в основном никеля, алюминия, титана, вольфрама, хрома). Они образуют оксидную пленку и затрудняют восстановление поверхности лопаток при ремонте, который важен для продления их жизненного цикла.

При починке лопаток ГТУ одна из важных задач — очистка поверхности от оксидов металлов в труднодоступных местах и образовавшихся микротрещинах. Для избавления от нагара и других компонентов применяют способы с помощью различных моющих средств, но ни один не позволяет в полной мере отделить оксидную пленку. Существует также метод катодной очистки с использованием электрического тока. Однако для использования такой технологии необходимо обработать поверхность растворителями и щелочными реагентами, которые повышают риск разрушения металла.

Ученые Пермского Политеха разработали новый способ очистки сопловой лопатки двигателя ГТУ с помощью раствора серной и ортофосфорной кислот в автоклаве. Автоклав — герметичный прибор, который применяют для нагрева и обработки материалов под высоким давлением.

Очистку выполняли в две стадии. Сначала образец поместили в автоклав с водным раствором серной и ортофосфорной кислот разной концентрации (5%; 7,5%; 10%) и в течение одного часа очищали при температуре 230 °C. Затем в течение 30 мин при комнатной температуре в дистиллированной воде удаляли остатки оксидной пленки с помощью ультразвуковой обработки. Чтобы выявить результаты, провели анализ участков поверхности образца электронным сканирующим микроскопом.

«Мы выяснили, что обработка раствором кислот с концентрацией 5% помогает частично удалить оксиды металла с поверхности лопатки. Раствор 7,5% более эффективен, но все же оставляет нетронутые участки. После очистки 10%-ным раствором поверхность образца полностью избавилась от оксидов металлов. Отслоившаяся пленка не растворилась в смеси. Это означает, что используемые кислоты в первую очередь разъедают слой поверхности сплава лопатки, расположенный под оксидной пленкой, а саму пленку оставляют более-менее цельной», ­– пояснил доктор технических наук, профессор кафедры химических технологий Пермского Политеха Владимир Пойлов.

Эксперименты ученых ПНИПУ помогли определить идеальную концентрацию растворов серной и ортофосфорной кислот при двухстадийной очистке поверхности лопаток двигателя ГТУ от оксидов металлов. Результаты исследования применимы во всех отраслях производства, где в качестве источника энергии используются газотурбинные установки. Применение 10%-ного раствора кислот в автоклаве поможет ускорить ремонтные работы и тем самым снизить трату ресурсов, а также увеличить экономическую выгоду при производстве лопаток. 

ПНИПУ

787 статей

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.

Показать больше