उच्च दबाव वाले टर्बाइनों के लिए धातु सील रिंग: "अदृश्य गार्ड" जो पावर कोर की सुरक्षा करता है

उच्च दाब टर्बाइन विमान इंजन और गैस टर्बाइन जैसे बिजली उपकरणों के मुख्य घटक हैं, और उनका प्रदर्शन सीधे उपकरणों की दक्षता और विश्वसनीयता को प्रभावित करता है। उच्च तापमान, उच्च दबाव और उच्च गति की चरम स्थितियों में, टर्बाइन प्रणाली के प्रमुख घटकों के रूप में धातु सील, गैस रिसाव को रोकने और ऊर्जा हानि को कम करने का महत्वपूर्ण मिशन करते हैं। यह लेख तकनीकी सिद्धांतों, सामग्री चयन, अनुप्रयोग परिदृश्यों और भविष्य के रुझानों के पहलुओं से उच्च दाब टर्बाइन धातु सील की प्रमुख भूमिका और नवाचार दिशा का गहराई से विश्लेषण करेगा।

1. उच्च दबाव टरबाइन धातु सील के तकनीकी सिद्धांत
उच्च दबाव वाले टर्बाइन मेटल सील का उपयोग मुख्य रूप से टर्बाइन ब्लेड और आवरण के बीच गैप सीलिंग के लिए किया जाता है। उनका मुख्य कार्य उच्च तापमान और उच्च दबाव वाली गैसों के रिसाव को कम करना और टर्बाइन की दक्षता में सुधार करना है। इसके कार्य सिद्धांतों में शामिल हैं:

स्थैतिक सीलिंग: सटीक मशीनिंग यह सुनिश्चित करती है कि सील रिंग गैस रिसाव को रोकने के लिए संपर्क सतह के साथ कसकर फिट बैठती है;

गतिशील क्षतिपूर्ति: उच्च तापमान या कंपन की स्थिति में, सील रिंग सीलिंग प्रभाव को बनाए रखने के लिए लोचदार विरूपण के माध्यम से अंतराल परिवर्तन के अनुकूल हो जाती है;

थर्मल बैरियर फ़ंक्शन: कुछ सील गर्मी चालन को कम करने और टरबाइन आवरण की सुरक्षा के लिए बहु-परत संरचना या कोटिंग डिज़ाइन को अपनाते हैं।

2. सामग्री चयन और प्रदर्शन आवश्यकताएँ
उच्च दबाव वाले टरबाइन धातु सीलों का कार्य वातावरण अत्यंत कठोर होता है और उसे निम्नलिखित प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करना होता है:

उच्च तापमान सहिष्णुता: टरबाइन का तापमान 1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर पहुंच सकता है, और सील उच्च तापमान प्रतिरोधी मिश्र धातुओं (जैसे निकल आधारित मिश्र धातु इनकोनेल 718) से बना होना चाहिए;

उच्च दबाव शक्ति: दर्जनों वायुमंडलों की कार्य स्थितियों के तहत, सील में उच्च तन्य शक्ति और रेंगना प्रतिरोध होना चाहिए;

संक्षारण प्रतिरोध: ईंधन गैस में सल्फाइड, क्लोराइड और अन्य संक्षारक मीडिया के लिए उत्कृष्ट ऑक्सीकरण प्रतिरोध और संक्षारण प्रतिरोध वाली सामग्री की आवश्यकता होती है;

कम घर्षण गुणांक: सील और संपर्क सतह के बीच घर्षण हानि को कम करें और सेवा जीवन को बढ़ाएं।

सामान्य सामग्रियों में शामिल हैं:

निकल-आधारित मिश्र धातु: जैसे इनकोनेल 625 और 718, जिनमें उत्कृष्ट उच्च तापमान शक्ति और संक्षारण प्रतिरोध है;

कोबाल्ट आधारित मिश्र धातु: जैसे स्टेलाइट 6, जिसमें उत्कृष्ट पहनने का प्रतिरोध और तापीय थकान प्रतिरोध है;

सिरेमिक कोटिंग्स: जैसे कि जिरकोनियम ऑक्साइड (ZrO₂), जिसका उपयोग सतह संशोधन के लिए किया जाता है ताकि ताप प्रतिरोध और घिसाव प्रतिरोध में सुधार हो सके।

3. विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य और कार्यात्मक आवश्यकताएँ
एयरोस्पेस इंजन

उच्च दबाव वाले टरबाइन अनुभाग में, ब्लेड और आवरण के बीच के अंतराल को नियंत्रित करने, गैस रिसाव को कम करने और इंजन के जोर और ईंधन दक्षता में सुधार करने के लिए धातु सील का उपयोग किया जाता है।

उदाहरण के लिए, सीएफएम इंटरनेशनल का लीप इंजन ईंधन की खपत और उत्सर्जन को काफी कम करने के लिए उन्नत सीलिंग प्रौद्योगिकी का उपयोग करता है।

गैस टर्बाइन

विद्युत उत्पादन गैस टर्बाइनों में, ऊर्जा हानि को रोकने और विद्युत उत्पादन दक्षता में सुधार करने के लिए उच्च तापमान गैस चैनलों में सील का उपयोग किया जाता है।

सीमेंस और जनरल इलेक्ट्रिक जैसी कम्पनियों के उच्च दक्षता वाले गैस टर्बाइन, उच्च प्रदर्शन वाले धातु सीलों पर निर्भर होते हैं।

एयरोस्पेस प्रणोदन प्रणालियाँ

रॉकेट इंजन टर्बोपंपों में सीलों को ईंधन और ऑक्सीडाइजर की कुशल आपूर्ति सुनिश्चित करने के लिए अत्यधिक तापमान और दबाव का सामना करने की आवश्यकता होती है।

4. तकनीकी चुनौतियाँ और नवाचार दिशाएँ
पदार्थ विज्ञान में सफलताएँ

नैनो-संशोधित मिश्र धातु: नैनोकणों को जोड़कर सामग्रियों के तापमान प्रतिरोध और यांत्रिक शक्ति को बढ़ाते हैं;

सिरेमिक-आधारित कंपोजिट: जैसे सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) फाइबर-प्रबलित सिरेमिक, जिनमें हल्के वजन और उच्च तापमान प्रतिरोध दोनों विशेषताएं होती हैं।

सतह इंजीनियरिंग प्रौद्योगिकी

थर्मल बैरियर कोटिंग्स (टीबीसी): गर्मी चालन को कम करने और सेवा जीवन का विस्तार करने के लिए सील रिंग की सतह पर यट्रिया-स्थिरीकृत ज़िरकोनिया (वाईएसजेड) स्प्रे करें;

लेजर क्लैडिंग तकनीक: सील रिंग के पहनने के प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए सतह पर पहनने के लिए प्रतिरोधी मिश्र धातु परत की लेजर क्लैडिंग।

बुद्धिमान और डिजिटल डिजाइन

परिमित तत्व विश्लेषण (FEA): सील रिंग के संरचनात्मक डिजाइन को अनुकूलित करें और गतिशील क्षतिपूर्ति क्षमता में सुधार करें;

सेंसर एकीकरण: वास्तविक समय में कार्य स्थितियों की निगरानी करने और पूर्वानुमानित रखरखाव प्राप्त करने के लिए सील रिंग में तापमान और दबाव सेंसर एम्बेड करें।

हरित विनिर्माण और पुनर्चक्रण

दुर्लभ धातुओं की खपत को कम करने के लिए पुनर्चक्रण योग्य मिश्र धातु सामग्री का विकास करना;

सामग्री की बर्बादी को कम करने और उत्पादन दक्षता में सुधार करने के लिए एडिटिव मैन्यूफैक्चरिंग (3डी प्रिंटिंग) तकनीक का उपयोग करें।

V. भविष्य के रुझान और बाजार की संभावनाएं
उच्च दक्षता और हल्के वजन

विमान इंजन और गैस टर्बाइनों के लिए दक्षता आवश्यकताओं में वृद्धि के साथ, सील पतले, हल्के और अधिक टिकाऊ होते जाएंगे।

बहुक्रियाशील एकीकरण

भविष्य में, सील शीतलन चैनलों, सेंसरों और अन्य कार्यों को एकीकृत कर टरबाइन प्रणालियों के "स्मार्ट घटक" बन सकते हैं।

उभरते अनुप्रयोग क्षेत्र

हाइड्रोजन टर्बाइन और सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड विद्युत उत्पादन जैसी उभरती प्रौद्योगिकियों में, सीलों को उच्च तापमान और दबाव की चुनौतियों का सामना करना पड़ेगा।

निष्कर्ष
यद्यपि उच्च दाब टर्बाइनों की धातु की सील छोटी होती है, लेकिन वे बिजली उपकरणों के कुशल संचालन के लिए महत्वपूर्ण गारंटी हैं। सामग्री नवाचार से लेकर विनिर्माण प्रक्रिया उन्नयन तक, हर तकनीकी सफलता टर्बाइन प्रदर्शन की सीमाओं को आगे बढ़ा रही है। भविष्य में, विमानन, ऊर्जा और अन्य क्षेत्रों के तेजी से विकास के साथ, धातु की सीलें "अदृश्य रक्षक" की भूमिका निभाती रहेंगी, बिजली कोर की रक्षा करेंगी और औद्योगिक प्रगति को आगे बढ़ाएंगी।