報告書番号

Q09004

タイトル（和文）

ガスタービン翼高効率冷却のための多孔質セラミック遮熱コーティングの開発（第1報：溶射条件の検討）

タイトル（英文）

Development of Porous Ceramic Thermal Barrier Coatings for High-efficiency Cooling System in Gas Turbine Blade (Part I: Examination of Thermal Spray Condition)

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

ガスタービンと蒸気サイクルからなるコンバインドサイクル発電プラントは高い熱効率を有することが知られる。特に、ガスタービンの熱効率の向上は、全発電効率の上昇をもたらしうる。従って、高効率先進ガスタービンを開発するためには、高温部品のひとつであるガスタービン動翼のための先進材料と冷却システムを開発することが極めて重要である。これらの技術の現状として、一方向凝固または単結晶ニッケル基超合金が動翼へ適用された。他方、冷却技術において、フイルム冷却とインピンジメント冷却システムの組み合わせがまた用いられている。先進ガスタービンの開発においては、他の冷却システムが考えられなければならない。
この研究の目的は、セラミック多孔質遮熱コーティングとトランスピレーション冷却システムのハイブリット冷却システムを開発することである。この報告では、現用遮熱コーティングを成膜するために用いられている大気プラズマ溶射法に基づいて、セラミック多孔質遮熱コーティングを試作した結果を報告する。得られた結果として、部分安定化ジルコニア粉末とポリエステル粉末の混合粉末を用い、溶射条件として低速条件下において成膜された多孔質セラミックコーティングが冷却ガス透過率に優れた性能を有することがわかった。開発した多孔質コーティングは、現用TBCの密着強度とほぼ同等であるにもかかわらず、熱伝導率が半分であることも示した。最後に、ガスタービンでの高温ガス場を模擬した温度勾配場を有する熱曝露試験を実施することによって、高温ガス温度とコーティング温度との間の温度差が200℃にも達することを示した。

概要 （英文）

It is known that a combined cycle electric power plant consisted of gas turbine and steam cycle has high heat efficiency. Especially, the increase of heat efficiency in gas turbine could bring higher total efficiency. Thus it is very important to develop advanced material and cooling system for gas turbine blade, which is one of hot parts, in order to achieve to develop the advanced gas turbine with a high-efficiency. As the state of the arts in those technologies, directionally-solidified or single crystal nickel based super alloy has been applied to the blade. Otherwise, in cooling technology, combination of film and impingement cooling systems is still utilized. In development of the advanced gas turbine, the other cooling system has to be considered.
The aim of this study is to develop the hybrid cooling system of ceramic porous thermal barrier coating and transpiration cooling system. This report shows the result in trial of ceramic porous thermal barrier coatings based on atmospheric plasma-spraying process by which the original thermal barrier coating has been deposited. As obtained results, we showed to be able to obtain porous thermal barrier coating with superior performance in cooling gas permeability by using composite powder of partially-stabilized zirconia and polyester powders, and low deposition speed as the spraying condition. The developed porous coating indicated that the thermal conductivity has a half of the original coating, in spite of the almost same adhesion strength to the original one. Finally, by conducting thermal exposure test with temperature gradient field as simulating hot gas field in gas turbine, the temperature drop between hot gas temperature and coating temperature reached to 200oC.

報告者

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