تولید دانش فنی ایجاد پوشش پیشرفته سد حرارتی پره‌های توربین

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، براساس برنامه‌ریزی‌های صورت گرفته، بنیاد ملی علم ایران در راستای مأموریت‌گرا‌شدن پژوهش‌ها و حمایت از طرح‌های پژوهشی که به فناوری روز دنیا می‌پردازد و می‌تواند باری از دوش صنعتگران کشور بردارد، فراخوان‌هایی را با عنوان برنامه حمایت از پژوهش عمیق شرکت‌های دانش‌بنیان منتشر می‌کند.

در این برنامه، نیاز‌های پژوهشی پرریسک شرکت‌های دانش‌بنیان از طریق سامانه کایپر بنیاد ملی علم ایران به این نهاد اعلام می‌شود و پس از بررسی و داوری‌های لازم، فراخوان پژوهش‌های عمیق و پرریسک شرکت‌های دانش‌بنیان به پژوهشگران اعلام می‌شود.

با توجه به توسعه فناوری پوشش‌های سد حرارتی TBC)) پره‌های توربین گازی و توربین هوایی با استفاده از دستگاه EBPVD لازم است علاوه بر این دستگاه که از فناوری بالایی برخوردار است، دانش فنی تولید دستگاه نیز در اختیار بهره‌بردار قرار بگیرد. با توجه به تحریم بودن دستگاه (به دلیل کاربرد‌های استراتژیک)، لازم است علاوه بر ساخت دستگاه، دانش فنی پوشش‌دهی نیز به‌صورت بومی در کشور و به صورت درون‌زا طراحی شود. هدف از اجرای این طرح، اکتساب دانش فنی فرآیند ایجاد پوشش سد حرارتی (TBC) شامل MCrAlY و YSZ بر پره‌های توربین گازی با استفاده از دستگاه فوق پیشرفته EBPVD است.

با توجه به اینکه توربین‌های گازی در صنایع مختلفی از قبیل نیروگاه‌ها، هواپیماسازی و نفت و گاز کاربرد دارند، تعمیر و نگهداری از توربین‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است انجام پوشش‌دهی مناسب با استفاده از فناوری‌های روز می‌تواند با جلوگیری از اکسید شدن و خوردگی پره توربین‌ها، عمر توربین‌ها را افزایش داده و در هزینه‌ها صرفه‌جویی به عمل آورد. تاکنون روش‌های زیادی برای ایجاد پوشش بر روی پره توربین‌های گازی ابداع شده است که جدیدترین روش در حال حاضر، پوشش‌دهی با استفاده از دستگاه EBPVD است. در دهه‌های اخیر مقالات و اختراعاتی در این حوزه ثبت شده است که نشان‌دهنده رشد این فناوری در سال‌های اخیر است.

شرکت‌های اندکی در زمینه ساخت دستگاه و ایجاد پوشش‌دهی در این زمینه در کشور‌هایی از قبیل اوکراین، آمریکا، آلمان، چین و ...

"با توجه به تحریم بودن دستگاه (به دلیل کاربرد‌های استراتژیک)، لازم است علاوه بر ساخت دستگاه، دانش فنی پوشش‌دهی نیز به‌صورت بومی در کشور و به صورت درون‌زا طراحی شود"فعالیت دارند. از جمله این شرکت‌ها می‌توان به شرکت‌های Paton، United Technologies و ALD اشاره کرد. در داخل کشور نیز نمونه‌هایی از دستگاه مورد نظر در مقیاس آزمایشگاهی در برخی از دانشگاه‌ها از جمله دانشگاه تهران وجود دارد که البته تفاوت‌هایی با نمونه صنعتی دارد.

توربین‌های گازی با توجه به اینکه گستره کاربردی بالایی در صنایع مختلف از جمله نیروگاه‌ها، هواپیماسازی و صنایع نفت و گاز دارد، از ضروریات دنیای امروز است.

با توجه به هزینه بالای ساخت این توربین‌ها و همچنین با توجه به تحریم‌های بین‌المللی، بحث تعمیر و نگهداری این توربین‌ها اهمیت بسیار زیادی دارد.

جلوگیری از خردگی و اکسید شدن پره توربین‌ها می‌تواند عمر توربین‌ها را افزایش داده و در نتیجه هزینه تعمیر و نگهداری را به صورت چشمگیری کاهش دهد. یکی از راه‌حل‌های به روز و فناورانه برای این کار، ایجاد پوشش پیشرفته سد حرارتی شامل MCrAlY و YSZ با استفاده از دستگاه EBPVD است. با توجه به این‌که این فناوری از فناوری‌های استراتژیک دنیا بوده و دانش فنی آن نیز در اختیار شرکت‌های معدودی است، رسیدن به دانش فنی ساخت دستگاه و همچنین ایجاد پوشش مورد نظر ارزش زیادی خواهد داشت.

هدف از این طرح، کسب دانش فنی ایجاد پوشش مورد نیاز مطابق با استاندارد‌های جهانی است. در این راستا نیاز به اطلاعاتی در مورد فرآیند پوشش‌دهی است و مجری طرح بایستی پس از مطالعات اولیه در خصوص پوشش‌دهی، اطلاعات و پارامتر‌های دستگاهی مورد نیاز را در اختیار شرکت متقاضی قرار دهد. در نهایت یک نمونه پره توربین پوشش‌داده‌شده با دستگاه EBPVD مطابق با استاندارد‌های تعیین شده به همراه دانش فنی پوشش‌دهی به عنوان خروجی نهایی دریافت خواهدشد.

متغیر‌های فرایند پوشش‌دهی با روش EBPVD بسیار زیاد است. از جمله خلأ پایه، فشار محفظه، دمای قطعات، سرعت چرخش قطعات، فاصله قطعات تا بوته اینگات، زمان فرآیند، توان اعمالی به باریکه الکترونی، نحوه حرکت باریکه الکترونی و غیره. همچنین مواردی که کنترل آن بسیار مهم است عبارتند از کنترل استوکیومتری، کنترل ضخامت، کنترل زبری سطح، کنترل مورفولوژی پوشش، کنترل درصد تخلخل، کنترل لایه TGO و کنترل قطر ستون‌ها در پوشش.

یکی دیگر از چالش‌های طرح، اندازه پره‌ها می‌باشد.

"تاکنون روش‌های زیادی برای ایجاد پوشش بر روی پره توربین‌های گازی ابداع شده است که جدیدترین روش در حال حاضر، پوشش‌دهی با استفاده از دستگاه EBPVD است"به طوری که هرچه پره مورد نظر برای پوشش‌دهی بزرگ‌تر باشد، چالش‌های مرتبط با ساخت دستگاه و پوشش‌دهی نیز بیش‌تر می‌شود. با توجه به تنوع متغیر‌ها و پیچیدگی فرآیند در کنترل موارد فوق، چالش اصلی، تدوین دانش فنی بسیار بالاست و برای تک‌تک موارد لازم است طراحی آزمایش صورت گیرد. با توجه به اینکه شرکت تقاضادهنده، مشخصات فنی از پیش‌تعیین‌شده‌ای در مورد مشخصات پوشش دارد؛ لازم است تمام مشخصات فنی پوشش ایجاد شده از قبیل ضخامت، شرایط سطحی و ظاهری، مورفولوژی، تخلخل، استحکام، چسبندگی و بقیه مشخصات مطابق با استاندارد‌های تعیین شده از سوی شرکت تقاضا‌دهنده باشد.

گفتنی است نحوه پذیرش در این فراخوان، رقابتی است و از بین پروپوزال‌های دریافتی، موردی که شرایطی اعم از ترکیب متخصصین تیم پیشنهادی مرتبط باشد.

افراد پیشنهاد شده، دارای سابقه پژوهشی و فنی در آن موضوع باشند.

زمان‌بندی، هزینه و شرح خدمات، متناسب و مرتبط با پژوهش مورد تقاضا باشد. (در این بخش، مجری می‌تواند برآورد اولیه خود را اعلام کند، اما بدیهی است جزئیات اجرایی در ابتدای امر مشخص نیست و مجری و کارفرما با علم به این موضوع وارد این توافق خواهند شد)

تیم پیشنهاددهنده، زیرساخت انجام پژوهش اعم از آزمایشگاه و کارگاه را داشته باشند.

حوزه‌های اولویت‌دار، در این فراخوان، مهندسی متالورژی تولید مواد و مهندسی متالورژی مواد پیشرفته است. پژوهشگر اصلی تیم لازم است عضو هیات علمی یکی از دانشگاه‌ها و مؤسسات آموزش عالی کشور باشد.

از پروپوزال‌هایی که در قالب رساله دکتری و طرح پسادکتری تعریف شوند، حمایت فوق‌العاده می‌شود.

پس از دریافت پروپوزال از طریق سامانه کایپر، ارزیابی انجام گرفته و در صورت کسب امتیاز بالا، تیم برگزیده جهت مذاکره با بنیاد و شرکت متقاضی دعوت خواهدشد.

تمام افراد واجد شرایط به مدت یک ماه از تاریخ انتشار فراخوان یعنی تا ۱۵ دی فرصت دارند که پروپوزال خود را از طریق سامانه کایپر برای بنیاد ملی علم ایران ارسال کنند.

پژوهش پیشنهاد شده تا سقف ۸۰ درصد، حداکثر دو میلیارد تومان توسط بنیاد ملی علم ایران حمایت خواهد شد.

بدیهی است که مابقی هزینه‌ها باید توسط شرکت متقاضی پژوهش تامین شود.

متقاضیان برای کسب اطلاعات بیشتر می‌توانند با کارگروه دانش‌بنیان به ایمیل m.amini@insf.org و شماره تلفن ۰۲۱۸۲۱۶۱۱۲۱ تماس بگیرند.