TheBarCode

Titlul proiectului: Development of multifunctional Thermal Barrier Coatings and modelling tools for high temperature power generation with improved efficiency

Program Capacități: Ctr.nr. 232/12.09.2013

Acronimul proiectului: TheBarCode

Prezentare

Îmbunătățirea performanței materialelor aflate în utilizare, prin aplicarea de noi straturi de barieră termică, design structural și simulări de calcul de fluid vor conduce la o îmbunătățire semnificativă a eficienței energetice precum și a costurilor existente.

Având în vedere că sistemul motor de tip turbină cu temperaturi ridicate de lucru în ciclul Brayton va rămâne agregatul principal al generării de electricitate, orice îmbunătățire tehnologică semnificativă în raport cu o mai bună performanță și eficiență energetică în domeniul turbinelor are un impact pozitiv direct, pe termen scurt, în ceea ce privește strategia UE. Astfel, provocarea ultimelor decenii pentru turbinele cu gaz industriale și motoarele de aeronave o reprezintă creșterea temperaturii maxime de exploatare fără supraîncălzirea pieselor metalice în timpul funcționării. În cadrul domeniului de aplicare a eficienței energetice, tehnologiile de vârf pentru centralele electrice avansate, implică o tranziție ce va necesita tehnologii de materiale pentru adaptarea la gazele de expansiune care sunt mai fierbinți și conțin concentrații mari de vapori de apă și, în general, sunt mult mai agresive la materiale în funcțiune. Astăzi, durata de viață a materialelor folosite în turbine trebuie să fie crescută prin sporirea rezistenței la coroziune la temperaturi ridicate, astfel de îmbunătățiri reducând costul turbinelor. Piesele calde ale sistemelor cogenerative, cât și a turbomotoarelor de avion sunt supuse unei solicitări tribologice din cauza eroziunii, la viteze de peste Mach 3, uzură abrazivă, șoc termic, etc. Una dintre soluții constă în acoperirea camerei de ardere și a paletelor de turbină cu un strat bariera termicã (TBC). Acesta protejează și izolează componente de motoare tip turbină cu gaz metalice din fluxul de gaz fierbinte, permite temperaturi de ardere mai mari și îmbunătățirea eficienței motorului. O altă parte o reprezintă optimizarea prin proiectare, modelare și simularea stării fluide. Astfel, modelarea va acoperi partea de curgere turbulentă, fluxul din camera de ardere, transferul de căldură și masă, metodologii de cedare de material si predicții de viață. Proiectarea de componente va duce la o mai buna eficiență, funcționare cu costuri mai mici de întreținere și durată de viață mai bună. În concluzie proiectul TheBarCode este axat pe dezvoltarea eficienței de generare a energiei electrice prin intermediul turbinei cu gaz prin dezvoltarea materialelor avansate precum și produsele software care furnizează parametri de proces optimizați.


Rolul partenerului roman in proiect

INCAS participă în cadrul proiectului la pachetele de lucru WP3 ca și conducător pentru una dintre secțiuni (Task 3.4) și în calitate de participant în pachetele WP4 și WP8. Obiectivele WP3 sunt axate pe 1) selectarea condițiilor și metodelor optime pentru depunerea de straturi TBC utilizând materiale nanostructurate astfel încât să se creeze acoperiri cu nano/microstructură modificabilă gradual; 2) dezvoltarea tipurilor de modificări în structură și morfologie a TBC-urilor cât și capacitatea acestora să fie funcționale la 1450°C; 3) dezvoltarea protocoalelor superioare celor existente în prezent pentru caracterizarea acoperirilor de tip barieră termică în condiții extreme.

Secțiunea 3.4 din cadrul pachetului WP3 presupune studiul și înregistrarea proprietăților fizice, chimice, mecanice și termice ale TBC. Aceste date și altele generate în cadrul proiectului, vor fi folosite pentru elaborarea și susținerea lucrărilor din obiectivul WP4.

Prima etapa va consta în precizarea condițiilor de funcționare pentru straturi din pachetele WP1 și WP2 și se va dezvolta o matrice de testare pentru caracterizarea parametrilor de ecranare și pentru simularea condițiilor din timpul funcționării rezultând predicția timpului de viață. Matricea va include teste de fricțiune/uzură, de adeziune, de zgâriere și impact, teste de șoc termic. Testarea la șoc termic în condiții extreme la care INCAS este direct implicat, se va face cu instalația QTS2 conform metodei de testare INCAS și cu standardul ISO 14188 N985 modificat adaptate la cerintele TBC. Astfel testele vor fi efectuate 1) în condiții de temperatură de funcționare (pana la 1500°C); 2) conform ISO 14188: staționare timp de 10 min la temperatura aleasă (900 °C – 1300 °C), urmată de răcire în apă la 20 °C ± 3°C; 3) condiții extreme: viteze mari de încălzire-răcire de până la 70 °C/s, temperatura de testare până la 1300 °C. Înainte și după testare la șoc termic, probele vor fi investigate sub aspectul modificărilor morfo-structurale prin metoda SEM.

În secțiunea 4.1 din pachetul WP4, INCAS este implicat în identificarea dinamicii formării stratului oxidic TGO dintre stratul ceramic și cel de acroșaj, precum și în evaluarea din punct de vedere experimental a mecanismului de delaminare-spălare.

Pachetul de lucru WP8 cuprinde exploatarea și diseminarea rezultatelor proiectului pentru atragerea interesului Comunității Europene, a comunității profesionale și politice. În acest sens INCAS participă la diseminarea electronică, conferinte și publicații științifice.

Rezultate

Decembrie 2013

• Upgrade-ul instalației de șoc termic QTS2 pentru efectuarea testelor asupra probelor de tip barieră termica cu răcire în apă și aer
• Raportul Etapei I

Noutăți

• Ianuarie 2013- Începerea proiectului TheBarCode
• Întâlnirea de start (kick-off meeting)- Chalkida, Grecia
• Întâlnirea de 6 luni (6 month progress meeting)- Goslar, Germania
• Întâlnirea de 12 luni (12 month progress meeting)- Cambridge, Anglia
• Întâlnirea de 18 luni (18 moth progress meeting)- Brussel, Belgia