Titlu Proiect:
Cresterea eficientei energetice a turbomotoarelor utilizate in ciclu cogenerativ dezvoltand materiale avansate noi cu baza titan si acoperiri de suprafata speciale
Acronim: MANTITU
Autoritatea Contractanta: CENTRUL NATIONAL DE MANAGEMENT PROGRAME – CNMP Programul 4 Parteneriate in domeniile prioritare
Durata Proiect: 36 luni
Buget Proiect: Finantare 1.940.000 lei Cofinantare 134.417 lei
Director Proiect:

Drd. Ing. Cristian PUSCASU
cristian.puscasu@comoti.ro

Responsabil Proiect: Drd. Ing. Cristian PUSCASU
cristian.puscasu@comoti.ro


Rezumatul proiectului

Proiectul „Cresterea eficientei energetice a turbomotoarelor utilizate in ciclu cogenerativ dezvoltand materiale avansate noi cu baza titan si acoperiri de suprafata speciale” - acronim MANTITU, se incadreaza perfect in PN II la domeniul prioritar 2 – Energie, directia de cercetare 2.1 Sisteme şi tehnologii energetice durabile; securitatea energetică, tematica de cercetare 2.1.3 Creşterea eficienţei energetice pe întregul lanţ energetic, cu accent deosebit pe reducerea pierderilor de energie în clădirile publice şi rezidenţiale şi la consumatorii industriali.

Obiectivul proiectului este “realizarea unui sistem energetic (turbina care lucreaza in ciclu cogenerativ)” cu caracteristici superioare celor actuale (putere si randament crescut concomitent cu scaderea consumului de combustibil) avand in vedere respectarea principiului dezvoltarii durabile.

Obiectivele specifice ale proiectului sunt dezvoltarea unor tehnologii si materiale noi din gama “titanium aluminide intermetallic alloys”, concomitent cu o gama noua de materiale si tehnologii destinate acoperirilor de suprafata termorezistente pentru aliajele baza titan.

Scopul proiectului este clar si bine definit, cresterea eficientei energetice a turbomotoarelor utilizate in ciclu cogenerativ la producerea energiei electrice, aburului si apei calde.

Cresterea eficientei energetice la turbomotoarele utilizate in ciclu cogenerativ inseamna pe de o parte cresterea performantelor turbinei (putere, randament), iar pe de alta parte inseamna scaderea consumului de combustibil (gaze naturale) scadere ce conduce la respectarea principiului dezvoltarii durabile concomitent cu reducerea emisiilor poluante si, deci, la protectia mediului.

Solutia propusa de cercetatorii romani are la baza realizarea si utilizarea unor aliaje speciale baza titan, de o noutate absoluta, “titanium aluminide intermetallic alloys”, pentru realizarea paletelor turbinelor. In asociere cu utilizarea unor acoperiri de suprafata bazate pe tehnici de ultima ora, special adaptate, si utilizand materiale nou create pentru acest tip de aplicatie. Cresterea temperaturii, consideram ca temperatura de functionare normala se va situa in jurul valorii de 1000grdC, corelata cu scaderea drastica a greutatii (la aprox.50%), va inregistra o crestere semnificativa a performantelor turbinei si deci a eficientei energetice.

La aceasta ora paletele de turbina se realizeaza din superaliaje baza Ni, Co, acestea au caracteristici bune la temperaturi inalte dar si greutate specifica mare. La turatii foarte mari (ce trebuie realizate in practica pentru a creste performantele turbinei), datorita greutatii specifice, in materialul paletei se dezvolta forte foarte mari ce nu pot fi suportate. La nivel international se fac eforturi deosebite pentru realizarea unor aliaje baza titan (material cu greutatea specifica aproximativ jumatate din cea a aliajelor baza Ni si Co), care sa poata fi utilizate la temperaturi inalte si turatii foarte mari, crescand astfel performantele turbinei.

Singura tara care stapaneste tehnologia de realizare a unor astfel de materiale este USA care testeaza la aceasta data diverse tipuri de aliaje din aceasta gama. La nivel european inca nu s-au facut pasi importanti in acest domeniu, institute de cercetare cu renume fac eforturi deosebite sa realizeze consortii capabile sa se implice in cercetarea acestei probleme. Prin aceasta propunere de proiect intentionam sa abordam aceasta problema intr-un flux viabil realizabil in tara noastra: cercetare fundamentala – cercetare industriala (stabilirea aliajului capabil sa raspunda cerintelor), realizarea de lingouri – forjare la nivel de semifabricat paleta – prelucrare mecanica pe masini cu comanda numerica in 5 axe – tratarea suprafetelor, acoperiri de suprafata speciale – realizarea discurilor de turbina si testarea lor pe standurile de proba din INCDT COMOTI – Bucuresti.

In aceasta structura proiectul are o viabilitate foarte mare, partenerii romani fiind capabili sa rezolve problemele pe care le ridica.

Impactul generat de proiect il consideram cu adevarat de exceptie, mentionam aici numai ca este prima data cand se realizeaza si se testeaza pe standurile de proba (care reproduc exact conditiile de exploatare si pot fi simulate cele de avarie) palete de titan la temperaturi inalte.

Proiectul este deosebit de complex, practic este un proiect de nivel si importanta europeana drept care consortiul s-a intalnit de mai multe ori si au analizat in amanunt toate detaliile. O atentie deosebita s-a acordat resurselor, materiale, financiare si umane dimensionandu-le cu simt de raspundere, conform necesitatilor si activitatilor din planul de realizare.

Obiective generale

Proiectul se incadreaza perfect in obiectivele programului 4 deoarece are ca obiectiv principal cresterea competitivitatii C-D romanesti prin stimularea unui parteneriat complex si complet intre entitati de C-D (Universitate = UPB CEMS si INCD = INCDT COMOTI Bucuresti, cu Agenti economici (mijlocii: ZIROM Giurgiu, IMM-uri = PJ, METAV-IP) intr-un domeniu de maxima prioritate cum este cel al „energiei”concretizat intr-un produs si o tehnologie noua cum este „sistem energetic (turbina ce lucreaza in ciclu cogenerativ)” avand la baza un turbomotor derivativ TURMO IV –C, in vederea rezolvarii unei probleme complexe a economiei nationale: cresterea eficientei energetice. Datorita obiectivelor specifice proiectul promoveaza si transferul de cunostinte de inalt nivel stiintific din indistria aeronautica ceea ce conduce la cresterea competententei tehnologice in domeniu, obiective derivate ale Programului 4.

Obiective specifice si rezultate estimate : realizarea unui “sistem energetic (turbina care lucreaza in ciclu cogenerativ)” cu caracteristici superioare celor actuale se suprapune practic cucele ale domeniului prioritar 2 – Energie, directia de cercetare 2.1 Sisteme şi tehnologii energetice durabile; securitatea energetică, tematica de cercetare 2.1.3 Creşterea eficienţei energetice pe întregul lanţ energetic, cu accent deosebit pe reducerea pierderilor de energie în clădirile publice şi rezidenţiale şi la consumatorii industriali.

Componenta consortiului

CO - www.comoti.ro - INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE DEZVOLTARE TURBOMOTOARE COMOTI BUCURESTI (CMT)

P1 – www.zirom.ro - SC ZIROM SA

P2www.sim.pub.ro - Universitatea Politehnica Bcuresti prin Centrul de Cercetare si Expertizare Materiale Speciale CEMS

P3 –www.plasmajet.ro - SC PLASMA JET SRL

P4 www.metavindprod.ro - SC MIP METAV IND PROD SRL

Etapele proiectului

Etapa I.
  Ipoteze si teorii noi in domeniul materialelor avansate pe baza de titan destinate utilizarii la temperatura inalta.

Etapa II. Proiectare Model Experimental

Etapa III. Realizare Model Experimental

Etapa IV. Experimentare Model Experimental

Etapa V. Demonstrarea functionalitatii si utilitati Modelului Experimental



Prezentare Rezultate

Activitatile efectuate in prima etapa a proiectului au condus la o cunoastere aprofundata a tuturor elementelor care conduc la realizarea aliajelor de titan cu caracteristici deosebite utilizate la temperaturi inalte precum si a acoperirilor de suprafata speciale.

S-au aprofundat directiile de cercetare importante pentru activitatile ulterioare, de cercetare aplicativa.

S-a cristalizat un model conceptual propriu de aliaj baza titan, din sistemul aluminidelor de titan, apt sa indeplineasca cerintele impuse prin tema de proiect, sa fie utilizat la temperaturi inalte pe durate mari de timp, consideram ca am determinat un sistem care sa coreleze in mod optim toti factorii care influenteaza major proprietatile unui aliaj de acest fel.

Plecand de la o microstructura pe care o consideram capabila sa conduca la obtinerea caracteristicilor mecanice impuse (rezistenta, fluaj, oboseala) am reglat compozitia chimica prin introducerea unor elemenete de aliere si microaliere in limite clare dar si suficient de mari incat sa ne garanteze obtinerea microstructurii dorite. De la aceasta iteratie am reluat cercetarile pentru determinarea cat mai exacta a tuturor caracteristicilor fizico-chimice- mecanice, observand clar ca sistemul este optim pentru aplicatia noastra.

In continuare au fost analizate alte caracteristici pe care trebuie sa le prezinte aliajul ales cum ar fi: perioada de utilizare in regim nominal (fara modificari structurale sau deformari remanente mai mari de 0,1 %, 0,1), comportarea in medii cu O, C, S la temperaturi inalte, performantele de deformare plastica.

Toate rezultatele obtinute arata clar ca aliajul ales poate fi utilizat fara probleme in gama de temperatura si incarcari dezvoltate intr-o turbina destinata industriei energetice.

Tot in aceasta etapa am verificat punct cu punct posibilitatea de realizare in practica a fiecarei solutii alese, consultandu-ne pentru aceasta si cu partenerii nostri. S-au discutat solutii tehnologice de realizare in conditii de asigurare a calitatii drastice, bazate pe echipamentele existente si functionale.

La aceasta data putem afirma ca stapanim toate elementele necesare inceperii in cele mai bune conditii a activitatilor de proiectare model experimental.

Rezultate intermediare etapa 1

1. Studiu privind potentialul de dezvoltare a cercetarilor in domeniul materialelor avansate baza Ti
2. Studiu privind posibilitatile de realizare a aliajelor baza Ti
3. Studiu privind atestarea aliajelor baza Ti rezistente la temperaturi inalte
4. Studiu privind acoperirile de suprafata a aliajelor baza Ti
5. Studiu privind deformarea plastica a aliajelor baza Ti
6. Studiu privind utilizarea aliajelor baza Ti la temperaturi inalte pentru durate mari de timp
7. Studiu privind controlul si atestarea aliajelor baza Ti care lucreaza la temperaturi inalte
8. Studiu cu privire la utilizarea aliajelor baza Ti pe turbinele care lucreaza in industria energetica

Articole

1. Articol: "Aspects regarding the mechanism and kinetics of the adherence and corrosion processes between compozite layers, using thermic metal covering; Ilie BUTNARIU, Nicolae CONSTANTIN, Raluca PETRACHE , Nicoleta GHEORGHE; Conferinta AMCSIT -A way to innovatio, ' Brasov 2008, ISSN 1844-7090

2. Articol: “Ecological industrial processes, generation of clean co2 and its efficient management" Corneliu STANASILA, Nicolae CONSTANTIN, Octavian STANASILA, Cristian DOBRESCU, Nicoleta GHEORGHE, Raluca PETRACHE ; Conferinta Nationala de Metalurgie si Stiinta Marterialelor-ROMAT 2008, Bucuresti, pag. 343-351 , ISBN 978-606-521-077-6