The challenges involved have been considerable. چالش های درگیر شده اند قابل توجه است. The material in modern turbines must survive temperatures of more than 1,100°C for thousands of hours; high thermal stresses caused by rapid temperature changes and large temperature gradients; high mechanical stresses; isolated impact and contact stresses; low- and high-frequency vibrational loading; chemical reactions with adjacent components; oxidation; corrosion; and time- and stress-dependent effects such as creep, stress rupture, and cyclic fatigue. مواد در توربین های مدرن باید حرارت درجه سانتیگراد بیش از 1،100 هزاران ساعت زنده بماند ؛ بالا تنش های حرارتی با تغییرات سریع درجه حرارت و بزرگ شیب درجه حرارت ناشی از ؛ بالا تنش های مکانیکی ، ضربه و تماس با تنش جدا شده ؛ کم و فرکانس بالا بارگذاری ارتعاش ؛ واکنشهای شیمیایی با اجزای مجاور ، اکسیداسیون ، خوردگی و زمان استرس و اثرات وابسته به مانند خزش ، تنش پارگی و خستگی چرخه. Early ceramic materials were not able to withstand these conditions, and early turbine-component designs were not compatible with brittle materials. مواد اولیه سرامیکی قادر به مقاومت در برابر این شرایط نیست ، و توربین با مولفه های طرح های اولیه بودند با مواد شکننده سازگار نیست. Technological evolution has to be made over a broad front, and progress has been slow. تحول فن آوری است به بیش از یک جبهه گسترده ساخته شود ، و پیشرفت شده است آرام است.

A variety of oxides, borides, carbides, and cermets were evaluated in the 1940s and 1950s for potential use as turbine components. انواع اکسیدها ، بورید ، کاربیدهای ، و cermets در 1940s و 1950s را برای استفاده بالقوه به عنوان اجزاء توربین مورد ارزیابی قرار گرفتند. Some ceramics had favorable strength and oxidation resistance, but none survived the thermal shock conditions imposed by an engine. برخی از سرامیک به حال قدرت مطلوب و مقاومت در برابر اکسیداسیون ، اما هیچ کدام شرایط جان سالم به در شوک حرارتی اعمال شده توسط موتور. Some cermets could survive thermal shock and impact conditions but did not have adequate oxidation resistance and stress rupture life. برخی از cermets می تواند شوک حرارتی و شرایط را برای زنده ماندن بود اما ضربه مقاومت اکسیداسیون مناسب و تنش های زندگی پارگی ندارد.

Interest was renewed in ceramics for turbines when new materials in the silicon nitride and silicon carbide families of ceramics were developed during the 1960s. بهره در سرامیک برای توربین که مواد جدید در نیترید سیلیکون و کاربید سیلیکون خانواده ها از سرامیک در طول 1960s توسعه یافته بودند را تمدید کرد. These materials had better thermal shock resistance, largely due to a combination of low thermal expansion, high strength, and moderate thermal conductivity. این مواد به حال مقاومت در برابر شوک حرارتی بهتر ، بیشتر به دلیل ترکیبی از انبساط حرارتی پایین ، قدرت بالا و متوسط ​​ضریب هدایت حرارتی.

The first promising silicon nitride and silicon carbide materials were fabricated in Great Britain by reaction sintering. اولین نیترید سیلیکون کاربید سیلیکون و امیدوار کننده مواد بود در بریتانیا ساخته شده توسط واکنش پخت. The silicon nitride was prepared by a reaction of a powder compact of silicon with nitrogen to form silicon nitride. نیترید سیلیکون واکنش های فشرده پودر سیلیکون با نیتروژن به فرم نیترید سیلیکون تهیه شده بود. This resulted in a reaction-bonded silicon nitride (RBSN) material, typically with room-temperature strength approaching 140 megapascals. این منجر به یک واکنش - نیترید سیلیکون پیوند می خورند (RBSN) مواد ، به طور معمول با قدرت نزدیک شدن به اتاق با درجه حرارت 140 megapascals. The strength was retained to at least 1,400°C, but the material weakened over time when exposed at high temperature to an oxidizing atmosphere. قدرت و صلابت به حداقل 1،400 حفظ درجه سانتی گراد بود ، اما بیش از زمانی که مواد در درجه حرارت بالا به جو در معرض اکسید کننده ضعیف شده است. The silicon carbide was prepared by reacting a mixed powder compact of silicon carbide plus carbon with molten silicon to form an SiC-bonded silicon carbide, with the pores filled with silicon. کاربید سیلیکون واکنش های فشرده پودر مخلوط شده از سیلیکون کاربید کربن همراه با سیلیکون مذاب تهیه شده بود به صورت ژل ، باند کاربید سیلیکون ، با خلل و فرج با سیلیکون پر شده است. Early reaction-sintered silicon carbide materials had strength that was similar to RBSN and superior oxidation resistance. زود عکس العمل - sintered کاربید سیلیکون مواد به حال قدرت بود که شبیه به RBSN و مقاومت در برابر اکسیداسیون بسیار بیشتری دارد.

The Allison AGT-5 engine is one components test bed that was used to develop ceramics for automotive applications آلیسون AGT - 5 موتور برنامه های کاربردی یکی تست قطعات تخت خودرو برای آن مورد استفاده قرار گرفت به سرامیک توسعه

A higher-strength pore-free silicon nitride was achieved in Britain in the late 1960s by hot pressing. عالی قدرت منافذ آزاد نیترید سیلیکون در بریتانیا در اواخر 1960s توسط داغ با فشار دادن به دست آورد. This involved heating a mixture of silicon nitride powder plus a low percentage of oxides, such as calcium oxide or magnesium oxide, in a graphite die to about 1,700°C while applying a uniaxial pressure of about 13.8 to 34.5 megapascals. این شرکت حرارت مخلوط پودر سیلیکون نیترید به علاوه یک درصد کمی از اکسیدهای ، مانند اکسید کلسیم و اکسید منیزیم ، در گرافیت می میرند در مورد 1،700 درجه سانتی گراد در حالی که اعمال فشار uniaxial حدود 13.8 - 34.5 megapascals. Room-temperature strength greater than 700 megapascals in three-point bending was demonstrated. اتاق با درجه حرارت مقاومت بیشتری نسبت به 700 megapascals در سه نقطه خم شد نشان داده است. However, additives to allow densification concentrated at the grain boundaries as a glass composition. با این حال ، مواد افزودنی به اجازه densification متمرکز در مرزهای دانه به عنوان ترکیب شیشه ای. This composition softened when the ceramic was heated to temperatures approaching 1,000°C, resulting in grain-boundary sliding when a stress was applied. این ترکیب هنگامی که نرم و سرامیک به درجه حرارت نزدیک به 1،000 درجه سانتی گراد گرم شده بود ، و در نتیجه دانه ، مرز کشویی زمانی که استرس اعمال شد. This decreased strength. این مقاومت کاهش یافته است.

Major efforts have been conducted worldwide since the early 1970s to improve the high-temperature properties of silicon nitride. تلاش بزرگ شده اند در سراسر جهان از اوایل 1970s به منظور بهبود خواص در دمای بالا و از نیترید سیلیکون می باشد. Some have focused on finding a composition with a higher-temperature intergranular glass phase; others have focused on compositions that can be heat-treated to crystallize the grain-boundary phase and avoid the glass phase. بعضی از آنها در پیدا کردن یک ترکیب با درجه حرارت بالاتر فاز شیشه intergranular متمرکز ؛ دیگران در ترکیب بندی است که می تواند حرارت قرار می گیرند تا متبلور غلات مرز فاز و اجتناب از فاز شیشه ای متمرکز شده است. Only recently have the properties been adequate to consider long-life applications. فقط اخیرا خواص شده است کافی در نظر گرفتن طول عمر برنامه های کاربردی داشته باشد.

Ceramic turbine components are fabricated starting with powders of the raw materials. قطعات توربین سرامیک هستند ساخته با شروع از پودر مواد خام آن. The quality of the final part depends on the quality of the starting powder and on each step in the fabrication process. کیفیت قسمت آخر بستگی به کیفیت پودر شروع و در هر گام در فرایند ساخت. Early powders were coarse and contained impurities, and they were not widely available until the mid-1970s. پودر اولیه زبر و ناخالصی های موجود بودند ، و آنها تا اواسط 1970s به طور گسترده ای در دسترس نیست. Around that time, researchers demonstrated that silicon nitride and silicon carbide could be densified by pressureless sintering if the starting powder was of very small particle size. در این زمان ، محققان نشان داده است که سیلیکون نیترید سیلیکن کاربید و می تواند با پخت pressureless densified اگر پودر شروع شد از اندازه ذرات بسیار کوچک است. Powder synthesis techniques were refined during the 1980s, making powders with a smaller particle size (submicrons) and relatively high purity available. روش سنتز پودر در طول 1980s تصفیه شده بودند ، ساخت پودر با اندازه ذرات کوچکتر (submicrons) و نسبتا درجه خلوص بالا در دسترس است.

Techniques to measure properties were critical to the evolution of ceramic materials for turbines. تکنیک برای اندازه گیری خواص بودند انتقادی به تکامل از مواد سرامیکی برای توربین. They provided both a means of comparing materials and the database needed for probabilistic design, and were an important part of quality control. آنها ارائه شده هر دو به معنای مقایسه مواد و پایگاه داده مورد نیاز برای طراحی احتمالی ، و بخش مهمی از کنترل کیفیت شد.

Initially, strength testing was conducted using a three-point bending procedure, with each company using a different test-bar size and fixture design. در ابتدا ، با استفاده از آزمایش مقاومت خمش سه نقطه روش ، با انجام هر یک از شرکت های مختلف با استفاده از تست نوار اندازه و طرح ثابت شد. The data were impossible to compare, and a very small volume of material was exposed to the tensile load. اطلاعات به دست آمده غیر ممکن است برای مقایسه ، و حجم بسیار کمی از مواد به بار کششی قرار گرفت. Sometime around 1972, attempts were initiated to select a standard test-sample size and shape as well as conduct tests with four-point bending. گاهی اوقات در حدود سال 1972 ، تلاش برای انتخاب استاندارد تست نمونه اندازه و شکل و همچنین انجام تست با چهار نقطه خم آغاز شد. More sample volume is exposed to tensile stress under four-point bending, so a reasonable tensile distribution can be established with 20 or 30 test bars. حجم نمونه بیشتر است در معرض تنش کششی در زیر چهار نقطه خم شدن است ، بنابراین یک توزیع مناسب کششی را می توان با میله آزمون 20 و یا 30 تاسیس شده است. Four-point bend testing proved adequate to compare materials and to design small turbine components with localized regions of high stress, such as a turbine rotor blade inserted into a metal hub. چهار نقطه خم آزمایش ثابت کافی برای مقایسه مواد و طراحی اجزاء توربین های کوچک محلی با مناطق تنش بالا ، مانند تیغه های توربین روتور قرار داده شده به هاب فلزی.

When components were designed with a larger volume under tensile stress, such as one-piece radial ceramic rotors, emphasis began to shift to tensile testing to simulate better the larger volume under stress and the increase in the proportion of internal flaws to surface flaws. زمانی که اجزاء با حجم بزرگتر تحت فشار کششی ، مانند یک تکه روتور شعاعی سرامیک طراحی شده بودند ، تاکید شروع به تغییر جهت به آزمایش کششی برای شبیه سازی بهتر حجم بزرگتر تحت استرس و افزایش نسبت به سطح داخلی معایب معایب. Tensile testing is also important to gain an understanding of creep, stress-rupture life (slow crack growth), and cyclic fatigue, as well as to establish models for life prediction. تست کششی نیز مهم است به دست آوردن درک درستی از خزش ، تنش پارگی - زندگی (رشد ترک کند) ، خستگی و چرخه ای ، و همچنین برای ایجاد مدل برای پیش بینی زندگی است.

Earlier efforts at material characterization and database generation have continued under a project funded by the US Department of Energy (DOE) through Oak Ridge National Laboratory in Oak Ridge, Tenn. The project addresses test standardization, a database for fast fracture and time-dependent fracture measured in uniaxial tension, correlations with nondestructive-evaluation (NDE) techniques and life-prediction methods, and iterative increases in material and component reliability. تلاش در اوایل خصوصیات مواد و نسل پایگاه تحت یک پروژه با بودجه دولتی توسط وزارت انرژی ایالات متحده (وزارت نیرو) از طریق آزمایشگاه ملی اوک ریج در اوک ریج ، Tenn. پروژه ادامه آدرس استاندارد آزمون ، یک پایگاه داده برای شکستگی سریع و وابسته به زمان شکست اندازه گیری تنش در uniaxial ، ارتباط با ارزیابی غیر مخرب (NDE) تکنیک ها و روش زندگی پیش بینی ، افزایش می دهد و تکرار شونده در مواد و قابلیت اطمینان بخش. Statistical tensile databases now exist for all key silicon nitride and silicon carbide turbine materials from room temperature to at least 1,370°C, including some stress-rupture and creep tests lasting more than 10,000 hours. پایگاه داده های آماری کششی در حال حاضر برای همه نیترید سیلیکون کاربید سیلیکون کلیدی و توربین مواد از دمای اتاق حداقل به 1،370 درجه سانتی گراد ، از جمله برخی از استرس پارگی و تست خزش به مدت بیش از 10،000 ساعت وجود داشته باشد. A parallel program at Garrett Turbine Engine Co. in Phoenix—now part of AlliedSignal—has established a flexural-strength database on the same materials exposed for up to 3,500 hours in a dynamic test rig cycling between a diesel-fired burner and an air-blast quench. برنامه های موازی در گارت توربین موتور در شرکت ققنوس ، در حال حاضر بخشی از AlliedSignal است برقرار خمشی قدرت پایگاه داده در مواد مشابه تا 3،500 در ساعت دوچرخه سواری اماده آزمون پویا بین سوز دیزلی اخراج می شوند و در معرض هوا - انفجار را فرو نشاند.

One of the biggest challenges has been fabricating to achieve reliable properties in the required complex shape at acceptable cost. یکی از بزرگترین چالش های ساخت شده است برای رسیدن به خواص قابل اعتماد در شکل های پیچیده مورد نیاز در هزینه های قابل قبول است. The primary focus has been on developing near-net-shape fabrication processes that can produce complex turbine-component shapes with a minimum of machining, and on optimizing and controlling each step in the fabrication process to minimize the size of microstructural flaws to within design limits. تمرکز اصلی بر روی شبکه در حال توسعه نزدیک به شکل فرایندهای ساخت توربین است که می تواند با مولفه اشکال پیچیده با حداقل ماشینکاری تولید ، و در بهینه سازی و کنترل هر مرحله در فرایند ساخت برای به حداقل رساندن اندازه از معایب microstructural به در محدوده طراحی شده است .

Turbine programs in the 1970s had to rely on reaction-bonded and hot-pressed materials. برنامه های توربین در 1970s تا به حال در واکنش - باند و گرم تحت فشار مواد تکیه می کنند. Ford Motor Co. in Dearborn, Mich., conducted extensive development of injection molding. شرکت فورد موتور در دیربورن ، میشیگان ، انجام توسعه گسترده از تزریق. The automaker succeeded in injection-molding one-piece stator-vane rings and rotor-blade rings. خودروساز در تزریق - قالب یک تکه استاتور ، روتور و پره حلقه ها - تیغه حلقه موفق شد.

Sintered silicon nitride and silicon carbide materials were developed in the late 1970s and became the primary candidates for turbine programs throughout the 1980s. Sintered نیترید سیلیکون کاربید سیلیکون و مواد در اواخر 1970s توسعه داده شد و تبدیل شد نامزدهای اولیه برای برنامه های توربین در سراسر 1980s. These materials had intermediate strengths, between reaction-bonded and hot-pressed materials, but they had the potential to be fabricated to near-net shape at costs competitive with metal turbine components. این مواد به حال نقاط قوت متوسط ​​، بین واکنش - باند و داغ فشرده مواد ، اما آنها از توان بالقوه به توان در هزینه های قابل رقابت با قطعات توربین های فلزی به شکل نزدیک به خالص ساخته. Most of the effort focused on injection-molding and slip-casting radial turbine rotors, scrolls, and other turbine components. بسیاری از تلاش بر تزریق - قالب گیری و ریخته گری لغزش روتور توربین شعاعی ، کتیبه ها ، اجزا و قطعات توربین های دیگر. Given the properties of materials at that time, a microstructural flaw such as a pore, crack, or inclusion roughly 150 microns across in the high-stress region of the rotor was a critical flaw and would cause immediate failure. با توجه به خواص مواد در آن زمان ، یک عیب microstructural مانند منافذ ، کرک ، یا گنجاندن حدود 150 میکرون در سراسر پر تنش منطقه از روتور بود انتقادی نقص و نارسایی را فوری می شود. Early sintered materials had flaws substantially larger than this. مواد اولیه sintered حال معایب قابل ملاحظه ای بزرگتر از این. Extensive development was required (and is still continuing) to fabricate turbine components free of these critical flaws. توسعه گسترده (و هنوز هم ادامه دارد) لازم بود برای ساخت اجزای توربین رایگان از این معایب حیاتی است.

The emphasis then shifted to hot isostatic pressing (HIP), either to achieve additional densification of a sintered part or to directly densify a powder compact encapsulated in a glass envelope. تاکید سپس به isostatic گرم با فشار دادن (باسن) منتقل شده ، یا برای رسیدن به densification اضافی از قسمت sintered یا به طور مستقیم densify فشرده پودر شیشه ای محصور شده در پاکت. HIP achieved properties similar to uniaxial hot pressing but allowed complex shape fabrication. هیپ دست خواص مشابه به uniaxial گرم با فشار دادن اما اجازه ساخت شکل های پیچیده. Turbine rotors and other components densified by HIP successfully operated at design conditions in experimental turbines. توربین روتور و دیگر اجزای densified توسط هیپ موفقیت در شرایط طراحی در توربین های آزمایشی اداره می شود. HIP is expensive, however, and results in less strength near the surface than in the interior of the part. هیپ گران است ، با این حال ، و در نتیجه قدرت کمتر در نزدیکی سطح از در داخل بخشی.

Research during the 1990s has been directed toward improving the properties of sintered materials to minimize flaw size and refining the microstructure to increase fracture toughness. تحقیقات در طول 1990s شده است به سمت بهبود خواص مواد sintered برای به حداقل رساندن اندازه نقص و پالایش ساختار برای افزایش چقرمگی شکست به کارگردانی. Higher fracture toughness means a larger critical flaw size for a given stress. تافنس عالی به معنای نقص در اندازه بزرگتر حیاتی برای استرس داده می شود. Whereas the early materials had a critical flaw size around 150 microns for a 200-megapascal stress, the improved materials can withstand flaws several times larger. در حالی که مواد اولیه به حال اندازه نقص بحرانی حدود 150 میکرون برای 200 - megapascal استرس ، مواد پیشرفته را تحمل معایب چند بار بزرگتر.

Improvement in the Weibull modulus of the materials is a good gauge of progress. بهبود در مدول وایبول از مواد سنج خوبی از پیشرفت است. In 1980, the typical Weibull modulus of candidate turbine ceramics ranged from about 5 up to 8, with occasional values of 8 to 12. در سال 1980 ، مدول وایبول نمونه از توربین سرامیک نامزد دوره ای در محدوده از حدود 5 تا 8 ، با ارزش های گاه به گاه از 8 تا 12. Now most of the materials have a Weibull modulus consistently above 20. در حال حاضر بسیاری از مواد دارای مدول وایبول همواره بالاتر از 20.

The Garrett/Ford AGT 101 engine included ceramic components such as the radial rotor, the rotary regenerator, and even the attachment bolts گارت / فورد AGT 101 موتور شامل قطعات سرامیکی مانند روتور شعاعی ، تقویت کننده های دوار ، و حتی پیچ و مهره فایل پیوست

Fracture of a ceramic part in a turbine is likely to lead to fracture of adjacent ceramic parts and complete engine failure. شکست بخشی سرامیکی در توربین است به احتمال زیاد منجر به از نقاط مجاور سرامیک و نارسایی موتور کامل شکست. Quality assurance must be rigorous enough to eliminate any ceramic parts with critical defects. تضمین کیفیت باید به اندازه کافی سختگیرانه برای از بین بردن هر گونه قطعات سرامیکی با نقص حیاتی است. This was a very difficult challenge when the critical defect size was about 75 to 150 microns. این یک چالش بسیار دشوار است زمانی که اندازه نقص بحرانی در مورد 75 - 150 میکرون بود. Materials with increased fracture toughness and improvements in processing have eased the challenge. مواد با چقرمگی شکست افزایش و بهبود در پردازش eased را به چالش بکشد. In addition, NDE and proof-test procedures have improved, but these procedures are expensive. علاوه بر این ، NDE و اثبات آزمون روشهای بهبود یافته ، اما این روش گران هستند.

Methods and tools for designing ceramic components have advanced dramatically since the 1960s. مواد و روش ها و ابزار برای طراحی اجزای سرامیکی به طور چشمگیری از پیشرفته 1960s. The field of probabilistic design for ceramics has been developed and validated in engine testing. زمینه طراحی احتمالاتی برای سرامیک توسعه داده شده است و دارای اعتبار در تست موتور. The turbine-engine companies have established refined models and codes for preliminary design, detailed design, and life prediction. توربین موتور شرکت ها ایجاد مدل های تصفیه شده و کد برای طراحی اولیه ، طراحی دقیق ، و پیش بینی زندگی است. The first probabilistic life-prediction codes were based only on fast-fracture criteria, but improved databases have allowed time-dependent models to be incorporated in life-prediction codes. برای اولین بار زندگی را پیش بینی کدهای احتمالی فقط در سرعت شکستگی معیارهای گرفته شده است ، اما پایگاه داده های بهبود اجازه داده اند هم وابسته به مدل است که در زندگی پیش بینی کدهای گنجانیده شده است.

The first key program in the United States was the Brittle Material DesignÐHigh Temperature Turbine Program, initiated in 1971 by the Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) at Ford and Westinghouse Corp. in Pittsburgh. برنامه کلید اولین بار در ایالات متحده بود ترد مواد DesignÐHigh دمای توربین برنامه ، در سال 1971 توسط طرح های پژوهشی پیشرفته دفاعی آژانس (DARPA) در فورد و وستینگهاوس Corp. در پیتزبورگ آغاز شود. The program focused on demonstrating that ceramic components could be successfully designed using finite-element-analysis codes and could survive under severe engine-operating conditions. این برنامه با تمرکز بر نشان دادن اجزای سرامیکی که می تواند با موفقیت طراحی شده با استفاده از محدود عنصر تجزیه و تحلیل کد و نجات تحت موتور عامل شرایط شدید. Ford's portion of the program culminated in a successful 25-hour test at 50,000 rpm and 1,200°C to 1,250°C of a single-shaft engine with all hot-section components (rotors, stators, combustor, casing, and two honeycomb rotary regenerators) fabricated from ceramics. سهم فورد از برنامه در یک آزمایش موفقیت آمیز 25 - ساعت در 50،000 دور در دقیقه و 1،200 درجه سانتی گراد به 1،250 اوج خود رسید درجه سانتی گراد از یک موتور تک محور با همه داغ بخش قطعات (روتور ، stators ، احتراق ، پوشش ، و دو regenerators لانه زنبوری دوار ) ساخته شده از سرامیک.

The Ford program was a pioneering effort, demonstrating that brittle ceramics could be designed with a probabilistic FEA approach and could survive the conditions of engine operation. برنامه فورد پیشگام تلاش بود تا ثابت کنند که سرامیک شکننده می تواند با روش FEA احتمالی طراحی شده است و می تواند شرایط موتور عمل زندگی می کنند. However, the materials available at the time had marginal properties, and other issues such as contact stress, durability, reliability and cost-effective fabrication needed further attention. با این حال ، مواد موجود در آن زمان بود خواص حاشیه ای ، و مسائل دیگر مانند استرس ارتباط با ما ، دوام ، قابلیت اطمینان و مقرون به صرفه ساخت مورد نیاز توجه بیشتر است.

The program at Ford did not focus on demonstrating increased performance. این برنامه در فورد بود در نشان دادن عملکرد افزایش تمرکز نیست. DARPA initiated a program in 1976 with AiResearch Manufacturing Co. in Phoenix—now AlliedSignal Engines—to retrofit ceramics into an existing turboprop engine, with the goal of demonstrating a 40-percent increase in power output and a 10-percent decrease in fuel consumption. DARPA برنامه در سال 1976 با AiResearch ساخت شرکت آغاز در شهر فینیکس - AlliedSignal موتورهای اکنون به مقاوم سازی سرامیک به موتور توربوپراپ موجود ، با هدف نشان دادن 40 - درصد افزایش در توان خروجی و 10 - درصد کاهش در مصرف سوخت.

To achieve the goals, the turbine-inlet temperature (TIT) had to be increased from about 1,000°C to 1,200°C. برای رسیدن به اهداف ، توربین - ورودی دما (دختر یا زن) تا به حال از حدود 1،000 درجه سانتی گراد به 1،200 درجه سانتیگراد افزایش یافته است This was achieved by replacing the first two turbine stages with ceramics. با جایگزینی این دو مرحله با توربین سرامیک به دست آمد. The resulting design consisted of 104 ceramic parts. طراحی نتیجه شامل 104 قسمت سرامیک. RBSN was selected for the stator vanes, shrouds, transition liners, and support structures. RBSN برای تعدادی پره استاتور ، کفن ، آستر انتقال ، پشتیبانی و سازه ، انتخاب شد. The rotors were a hybrid design that comprised Norton NC-132 hot-pressed silicon nitride blades with a single tang dovetail-inserted into a metallic disk. روتور طراحی هیبریدی که نورتون NC - 132 گرم سیلیکون نیترید تیغه های فشرده با جفت کردن تنگ تک داخل یک دیسک فلزی تشکیل شده بود. The blades and disk were separated by a thin metallic compliant layer. تیغه و دیسک های یک لایه نازک فلزی سازگار از هم جدا شدند. Performance improvement of 30 percent and fuel-consumption reduction of 7 percent were demonstrated in comparison with the baseline metallic engine. بهبود عملکرد از 30 درصد و کاهش مصرف سوخت از 7 درصد در مقایسه با موتور پایه فلزی نشان داده شد.

An original goal of the program was to achieve 50 hours of successful engine operation. هدف اصلی از این برنامه بود برای رسیدن به 50 ساعت پس از عمل موفقیت آمیز موتور. The team believed that this required a complete redesign of the static structure to avoid the source of biaxial contact stress, which had caused failures during engine testing. تیم معتقد بودند که این مورد نیاز یک طراحی مجدد کامل از ساختار استاتیک برای جلوگیری از تماس با منبع استرس دومحوری ، که کوتاهی در تست موتور باعث شده بود. A US Air Force program allowed redesign of the engine to avoid the contact-stress problems in the static structure. برنامه نیروی هوایی ایالات متحده اجازه طراحی مجدد موتور برای جلوگیری از تماس با تنش مشکلات در ساختار استاتیک می باشد. The structure was tested successfully in rigs and the rotor blades were validated by spin testing. ساختار موفقیت در سکوهای آزمایش شد و پره های روتور توسط تست چرخش دارای اعتبار بود.

All engine testing in the Ford and AiResearch programs was conducted on test stands. همه در تست موتور فورد و AiResearch برنامه ها را در قفسه آزمون انجام شد. The results were positive, but the question remained whether the ceramic components would be durable in an engine in an actual vehicle, especially a land-based vehicle subject to severe shock loading. نتایج مثبت بود ، اما این سوال باقی ماند که آیا قطعات سرامیکی با دوام خواهد بود در یک موتور در خودرو واقعی ، به ویژه یک وسیله نقلیه زمینی موضوع تا بارگذاری شوک شدید. DOE initiated a program in the mid-1970s at the Detroit Diesel Allison Division of General Motors Corp. in Detroit to design ceramic components into the Allison GT 404-4 truck engine. وزارت نیرو آغاز برنامه در اواسط 1970s در دیترویت دیزل آلیسون بخش از شرکت جنرال موتورز در دیترویت Corp. برای طراحی اجزای سرامیکی به آلیسون پیداکنید 404-4 کامیون موتور. Testing included powering a truck on highways, city roads, and the GM proving grounds, where the engine was exposed to extreme vibrational and shock loading on the Belgian-block and truck-durability road courses. تست شامل تأمین کامیون در بزرگراه ها ، جاده های شهرستان ، جنرال موتورز و اثبات دلایل ، که در آن موتور در بلژیک بلوک و کامیون ، دوام فوق العاده به دوره های جاده بارگذاری ارتعاش و ضربه قرار گرفته است. Testing clearly demonstrated that properly designed ceramic components could survive under the most severe conditions for a typical vehicle. آزمایش به وضوح نشان داد که به درستی طراحی اجزای سرامیکی می تواند تحت شدید ترین شرایط برای یک وسیله نقلیه معمولی زندگی می کنند.

To take advantage of the higher temperature capability of ceramics, DOE funded programs from 1979 to 1987 to demonstrate proof of concept for a ceramic-based automotive gas-turbine engine that could power a midsize automobile over a standard federal combined driving cycle (city and open road) at 42.8 miles per gallon. را به استفاده از قابلیت دمای بالاتر از سرامیک ، برنامه های وزارت نیرو تامین می شود 1979 - 1987 برای نشان دادن اثبات مفهوم برای سرامیک های مبتنی بر موتور توربین گاز خودرو است که می تواند قدرت خودرو متوسط ​​بیش از یک چرخه استاندارد فدرال رانندگی ترکیب (شهرستان و باز جاده) در 42.8 مایل در هر گالن. The Advanced Gas Turbine (AGT) Program included one program at Detroit Diesel and another at Garrett. جستجوی پیشرفته توربین های گازی (AGT) برنامه شامل یک برنامه در دیترویت دیزل و دیگری در گارت.

The Allison engine (AGT 100) was relatively conservative in design. موتور آلیسون (AGT 100) نسبتا محافظه کار در طراحی. It had a shaft for the gas-generator turbine and a shaft for the power turbine. اما در هر حال برای شفت ژنراتور توربین گاز و محور توربین برای قدرت. This split the work and minimized the TIT (1,285°C maximum) and engine speed (85,000 rpm) required to achieve the mileage goal. این تقسیم کار به حداقل رسانده و دختر یا زن (1،285 حداکثر درجه سانتی گراد) و سرعت موتور (85،000 دور در دقیقه) مورد نیاز برای رسیدن به هدف مسافت پیموده شده. However, the design required two radial ceramic turbine rotors and a complex shaped scroll (to transition the hot gases from the combustor to the nozzle guide vanes). با این حال ، طراحی مورد نیاز دو شعاعی روتور توربین های سرامیکی و پیچیده به شکل اسکرول (گرم به انتقال گاز از احتراق به تعدادی پره راهنمای نازل).

The Solar Centaur engine (shown with a schematic of its hot section) is retrofitted with ceramic components خورشیدی موتور قنطورس (نشان داده شده است با طرح کلی از قسمت گرم آن) است قطعات سرامیکی با تعمیرات اساسی

The Garrett engine (AGT 101) was an extension of the Ford 820 ceramic engine design. موتور گارت (AGT 101) فرمت از فورد 820 موتور سرامیکی طراحی شده است. It had a single shaft, a radial rotor, and air bearings. اما در هر حال تنها شفت ، روتور شعاعی ، و یاطاقان ¬ های هوا می باشد. It required a design speed of 100,000 rpm and a TIT of 1,370°C to meet the program goals. این مورد نیاز به سرعت 100.000 دور در دقیقه طراحی و دختر یا زن از 1،370 درجه سانتی گراد برای دیدار با اهداف برنامه است. The AGT 101 design had the advantages of being symmetrical and simpler (fewer ceramic parts) than the AGT 100, but it posed a greater challenge to ceramic-materials technology because of the higher speed and temperature. AGT 101 طرح از مزایای استفاده از متقارن بودن و ساده تر (کمتر قطعات سرامیک) از AGT 100 بود ، اما آن را ناشی از چالش های بیشتری به مواد سرامیکی تکنولوژی به دلیل سرعت بالاتر و درجه حرارت. For both projects, the TIT and the resulting engine performance remained short of program goals. در هر دو پروژه ها ، چرخ ریسک و در نتیجه عملکرد موتور های کوتاه باقی مانده از اهداف برنامه است. Many ceramic components fractured during testing, some due to design and assembly problems but most from material limitations. بسیاری از قطعات سرامیکی شکسته در طول آزمایش ، برخی به دلیل طراحی و مونتاژ مشکلات اما بیشتر از محدودیت های مادی می باشد. The desire was to use net-shape fabrication processes, but the state of technology in 1985 did not result in reliable ceramic turbine components. تمایل به استفاده از خالص شکل فرایندهای ساخت ، اما دولت از فن آوری در سال 1985 بود در اجزای توربین قابل اعتماد و سرامیک منتج نمی شود.

The AGT program focus was changed to improving the materials processing of components, emphasizing use of the AGT rigs and engines as test beds to guide ceramic-component development. AGT تمرکز برنامه ای برای بهبود پردازش مواد از اجزای تغییر یافتهاست ، تاکید بر استفاده از سکوهای AGT و موتورهای تخت به عنوان تست برای هدایت توسعه سرامیک جزء. Substantial improvements in shape forming, properties, and reliability were achieved between about 1985 and 1993. پیشرفت های قابل توجهی در شکل شکل ، خواص و قابلیت اطمینان بین حدود 1985 و 1993 به دست آمد.

DOE automotive programs began to change in the early 1990s. برنامه های وزارت نیرو خودرو شروع به در اوایل 1990s را تغییر دهید. Cost, producibility, and durability became key issues. هزینه ، producibility ، و دوام شد مسائل کلیدی است. Gas-mileage goals were increased to 80 miles per gallon; hybrid propulsion-system concepts became popular. گاز مسافت پیموده شده اهداف به 80 مایل در هر گالن افزایش یافته اند ؛ نیروی محرکه سیستم هیبریدی مفاهیم محبوب شد. Allison, which had replaced its AGT 100 configuration with an axial turbine configuration designated AGT-5, modified its program to explore ceramic readiness for a hybrid turbine-electric concept. آلیسون ، که آن AGT 100 با تنظیمات پیکربندی توربین محوری تعیین شده AGT - 5 جایگزین شده بود ، اصلاح شده برنامه خود را به اکتشاف و سرامیک آمادگی برای یک مفهوم ترکیبی توربین - الکتریکی می باشد. Several ceramic-component and engine failures have led to design or material modifications. چند سرامیکی با مولفه های موتور و شکست را به طراحی یا تغییرات در مواد منجر شده است. The program recently achieved a 300-hour engine test with no sign of distress to any ceramic components. این برنامه به تازگی به دست آورد 300 - ساعت تست موتور با هیچ نشانه ای از پریشانی به هر اجزای سرامیکی.

Garrett discontinued the AGT 101 engine and switched to the AlliedSignal 331-200 auxiliary power engine, which was a better test bed for accumulating engine test time and field testing. گارت قطع AGT 101 موتور و روشن به AlliedSignal 331-200 قدرت موتور کمکی ، که آزمون بستر بهتر برای جمع آوری موتور زمان برگزاری آزمون و تست مزرعه بود.

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه:

????????: سرامیک برای موتورهای توربینی, سرامیک, سرامیک در موتورها, ,

?

????? ?????

» <-PostTitle-> ( <-PostDate-> )