燃气轮机被许多人视为技术奇迹。一台由2000多个高性能部件组成的机器如何能在内外极端环境下毫不费力地运行,并经常在近乎无情的操作条件下运行?
答案可以在一些认真全面的工程设计中找到,折磨人的测试和维护制度,以及近乎该死的持续监测,无论是在运行中还是在运行之间。
在燃气轮机的设计、制造和运行过程中,有几个关键因素需要仔细评估:
- 涡轮不同部分的压力
- 涡轮内部部件的性能和退化
- 燃料消耗
- 操作条件
温度对这些因素都有很大的影响,所以在任何时候获得最可靠、准确和响应性最好的温度读数都是非常重要的。通过优化发动机的性能和改进维护方案,在尽可能小的误差范围内做到这一点,将为制造商和运营商节省数百万英镑的维护和燃油消耗。
一种由加州大学的研究小组开发的温度传感器剑桥大学很可能已经接受了这个挑战。该团队设计了一种新型传感器,通过最大限度地减少传感器本身的漂移退化,可以提高高温发动机的效率、控制和安全运行。放置在这种极端环境中的温度传感器会导致错误的温度读数,这是一个典型的问题,在检查操作和评估操作部件的退化时,会产生潜在的连锁反应。
新的热电偶(传感器)已经被证明在1200摄氏度时可以减少80%的漂移,在1300摄氏度时可以减少90%的漂移,因此,与当前的传感器设计相比,这些组件的寿命可能增加一倍。这些测试的结果可以在9月13日版燃气轮机与动力工程学报。
燃气轮机的燃料效率更高,部件寿命更长,最终减少“停机时间”,维修和大修“周转时间”,这将材料科学和工程推到了极限,更精确的传感和分析变得更加重要。欧洲杯线上买球
由于现代燃气涡轮的热段运行温度远远超过现有传感器设计的可行长期运行范围,温度传感器通常放置在离涡轮的“热段”更远的地方,因此,需要外推数据来估计燃烧室中最热点的峰值温度数据。一个更精确和稳定的温度传感器,放置在更接近峰值的位置,有可能提供更可靠的数据,使工程师能够优化发动机运行,更准确地预测发动机部件的性能和长期退化。
“更稳定的温度传感器有几个优点——更好的温度估计可以增加发动机部件的寿命,并降低制造商的维护成本,而不会降低安全性。”研制出这种新型热电偶的材料科学与冶金系的Michele Scervini博士说。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
传统的热电偶设计不适合这种高温应用,因为元件在800度以上的温度下容易氧化,从而增加了漂移量,从而潜在地增加了读数的误差幅度。自20世纪70年代以来,工程师们一直试图通过在热电偶组件上涂敷抗氧化护套来克服这个问题,但即使这确实减少了氧化,护套材料对热电偶导线的污染意味着当温度超过1000摄氏度时,返回漂移的问题。
剑桥大学的研究小组开发了一种新的热电偶设计,既能承受氧化作用,又能承受污染。新设计的Michele Scervini和凯蒂雷博士是由一个传统的外墙oxidisation-resistant镍合金(耐高温)和一个创新的内壁impurity-free镍合金,消除污染的外墙,同时减少漂移。
原型设备的初步结果表明,在超过1000摄氏度的温度限制下,镍合金热电偶的性能有了显著改善,漂移量也大幅减少。这意味着这些镍合金热电偶可以在超过1200摄氏度的温度下工作。当然,还有其他材料可以承受并在这样的高温下工作,但是,欧洲杯足球竞彩像铂这样的材料在热电偶中使用通常是不经济的。
“对于这些应用来说,镍是一种理想的材料,因为它是成本和性能之间的一种很好的折衷,但在温度超过1000度的应用中,市场上还存在差距。”Scervini说。“我们相信,我们的设备将在一系列行业中得到广泛应用。”
在剑桥企业的帮助下,剑桥大学的团队目前正专注于将他们的新型热电偶设计商业化,据说已经吸引了许多行业的兴趣。
作为HEATTOP项目的一部分,这种新型热电偶的研究得到了欧洲共同体的资助。作为星际之门项目的一部分,欧洲共同体已经向剑桥大学提供了额外的资金来进一步开发新的热电偶。