Las centrales eléctricas de vapor supercríticas a carbón funcionan típicamente con temperaturas de vapor en el rango de 600 ° C. El material utilizado depende de las temperaturas y presiones máximas a las que estarán expuestos componentes específicos que, a su vez, dependen del diseño de la turbina. La tendencia actual es aumentar la temperatura del vapor para reducir la huella de carbono y aumentar la eficiencia, por lo que los fabricantes apuntan a 700 ° / 750 ° C. Los componentes de importancia en este contexto son
(1) La carcasa / carcasa, cilindro y válvula (2) Atornillado (3) Rotores / ejes (4) cuchillas.
Las carcasas son estructuras grandes que contienen vapor a la temperatura y presión correspondientes a la salida de la ruta del gas caliente, y si hay un cilindro interno, debe manejar el vapor a la temperatura y presión máximas. Siempre tanto la carcasa exterior (carcasa) como el cilindro interior están hechos del mismo material para evitar un desajuste térmico. Como dije antes, el material depende del diseño de la turbina. No hace falta mencionar que el mejor material es el más caro, por lo que el material siempre se selecciona según la necesidad. Por ejemplo, el límite de temperatura de los aceros 2Cr-Mo es de 566 ° C, mientras que la aleación 9CrMoVNb puede alcanzar los 600 ° C y los aceros 12Cr se limitan a 620 ° C. Para temperaturas más altas, se requieren aleaciones a base de níquel.
Los requisitos principales para los materiales de empernado son (a) alta resistencia a la relajación del estrés a temperaturas que oscilan hasta la temperatura máxima de vapor; (b) mejores características de expansión térmica teniendo en cuenta la estructura y (c) baja sensibilidad a la muesca (una medida de la reducción en la resistencia de un metal causada por la presencia de concentración de tensión).
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Aquí también, la selección del material depende de la temperatura. Los aceros ferríticos se usan hasta aproximadamente 566 ° C y las aleaciones a base de níquel se usan para temperaturas más altas.
Los rotores o discos (que consisten en los ejes) son necesarios para manejar las condiciones de vapor más altas, por lo tanto, la aleación más utilizada es el acero CrMoVWNbN . Se requerirá una aleación a base de níquel para temperaturas superiores a 620 ° C.
Otro problema importante involucrado en el diseño de la turbina es la reducción de la deformación experimentada por las palas (la tendencia de un material a deformarse bajo la influencia de los esfuerzos). Debido a las altas temperaturas y los altos esfuerzos de operación, los materiales de la turbina de vapor se dañan con el tiempo. . Para limitar la fluencia, se utilizan recubrimientos térmicos y superaleaciones con refuerzo de límite de grano en los diseños de cuchillas.
Los recubrimientos protectores se utilizan para reducir el daño térmico y limitar la oxidación. Estos recubrimientos son a menudo cerámicas estabilizadas a base de dióxido de circonio. El uso de un recubrimiento protector térmico limita la exposición a la temperatura de la superaleación de níquel. Esto reduce la fluencia en las cuchillas. Los recubrimientos de oxidación limitan las pérdidas de eficiencia causadas por una acumulación en el exterior de las cuchillas, lo cual es especialmente importante en el entorno de alta temperatura.
Las cuchillas a base de níquel están aleadas con aluminio y titanio para mejorar la resistencia y la resistencia a la fluencia. La microestructura de estas aleaciones se compone de diferentes regiones de composición. Una dispersión uniforme de la fase gamma-prime – una combinación de níquel, aluminio y titanio – promueve la resistencia y la resistencia a la fluencia de la cuchilla debido a la microestructura.
Se pueden agregar elementos refractarios como el renio y el rutenio a la aleación para mejorar la resistencia a la fluencia. La adición de estos elementos reduce la difusión de la fase gamma prime, preservando así la resistencia a la fatiga, la resistencia y la resistencia a la fluencia.
Ref: problemas de material para turbinas