Ulepszone powłoki termoizolacyjne
Generowanie energii z użyciem turbin gazowych polega na spalaniu paliwa i wykorzystywaniu powstających w tym procesie bardzo gorących gazów do napędzania turbiny. Turbiny gazowe należą obecnie do najpowszechniejszych technologii generowania energii, w większości z wykorzystaniem gazu ziemnego, co jest uważane za znacznie korzystniejsze od spalania węgla. W planach na przyszłość jest również wykorzystywanie wodoru lub gazu syntezowego (mieszaniny wodoru, tlenku węgla i dwutlenku węgla). Powłoki termoizolacyjne chronią komponenty przed wysokimi temperaturami roboczymi, a przy tym znacznie zwiększają wydajność generowania energii dzięki minimalizacji strat ciepła. Duże konsorcjum europejskie zainicjowało projekt THEBARCODE (Development of multifunctional thermal barrier coatings and modelling tools for high temperature power generation with improved efficiency) w celu opracowania ulepszonych i opłacalnych powłok termoizolacyjnych. Badania dotyczyły zarówno receptur suchych i mokrych powłok nawierzchniowych, jak i powłok wiążących stosowanych bezpośrednio pod powłoką nawierzchniową. Uczestnicy projektu THEBARCODE pomyślnie przygotowali szereg niekonwencjonalnych materiałów, wykorzystując ekologiczne metody syntezy i stosując odporną na korozję powłokę wiążącą w postaci nanoproszku. Zbadano możliwości modyfikowania powierzchniowego jako prostej i opłacalnej drogi do uzyskania powierzchni o stopniowanej funkcjonalności, pracując na gotowym do wprowadzenia na rynek proszku do natryskiwania termicznego. Zastosowano różne tanie metody nakładania, w tym techniki natryskiwania termicznego, technologie natryskiwania plazmowego i impulsowe osadzanie z fazy gazowej. Zespół wykorzystał testowanie z użyciem mikrowgłębień, aby określić twardość powłok nawierzchniowych w mikroskopijnej skali. Do badań sprężystości przy zginaniu w miejscu pomiędzy powłoką nawierzchniową a wiążącą został zastosowany test wytrzymałości na zginanie trójpunktowe. Zespół badaczy sprawdzał mechaniczne właściwości, efekt procesu wyżarzania oraz reakcji gotowych barier termoizolacyjnych na wygrzewanie wahadłowe i wstrząs termiczny. Ich praca zakończyła się selekcją trzech obiecujących receptur powłok, które mają być osadzone na rzeczywistych częściach silnika. Opracowano nowe modele w celu przeprowadzenia analizy wzrostu pęknięć, co ma dać możliwość przewidywania awarii powłok termoizolacyjnych i okresu ich trwałości. Ponadto uczestnicy projektu badali różne metody osiągania tempa uwolnienia energii odkształcenia jako funkcji wygrzewania wahadłowego. Naukowcy stworzyli całościową technologię powłok termoizolacyjnych wraz z nowymi materiałami i opłacalnymi metodami przetwarzania, które znacząco zwiększą wydajność generowania energii z użyciem turbin gazowych. Jest to ważna technologia przejściowa w świecie dążącym do ograniczania uzależnienia od paliw kopalnych. Poprawa wydajności pozwoli zwiększyć jej efektywność.
Słowa kluczowe
Powłoki termoizolacyjne, turbiny gazowe, generowanie mocy, THEBARCODE, powłoka wiążąca
