涡轮叶片材料雨滴侵蚀研究

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航空发动机气涡轮叶片表面涂层研究

航空发动机气涡轮叶片表面涂层研究

航空发动机气涡轮叶片表面涂层研究航空发动机气涡轮叶片是发动机中非常重要的一个组成部分,它负责转动涡轮并带动高压和低压压气机的转子,以输送压缩空气和燃料混合物并能从机翼产生推力。

因此,气涡轮叶片的耐久性、燃烧效率和功率直接影响到发动机的性能和安全。

随着技术的不断发展和需求的不断提升,更高的温度和压力已经成为了现代航空发动机的主要发展方向。

然而,这也给气涡轮叶片的表面材料提出了更高的挑战。

在气涡轮叶片内部,有高温的气流流经和高速的涡流旋涡,这些都会对叶片表面产生剧烈的磨损和热量极端影响。

因此,研究气涡轮叶片表面涂层已成为现代航空工业一个不可或缺的研究课题。

表面涂层的作用涂层技术通过在叶片表面形成一层薄膜来保护叶片表面不受气流和高温的侵蚀,同时也有助于降低摩擦和阻力。

表面涂层可以大大提高气涡轮叶片的使用寿命和可靠性,同时也可以提高发动机的热效率和功率。

涂层材料的选择气涡轮叶片表面涂层材料必须具备一定的耐高温、抗侵蚀、抗磨损以及良好的黏附性和力学性能。

通常情况下,涂层材料可以分为金属涂层和非金属涂层两大类。

金属涂层金属涂层可分为金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物、合金涂层及其复合涂层。

金属材料的涂层具有良好的高温抗氧化性和热稳定性,但是金属材料的结构密度一般较低,会对发动机产生额外负担。

非金属涂层非金属涂层在高温环境下具有良好的抗氧化性和导热性,通常有陶瓷涂层、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)涂层和聚四氟乙烯(PTFE)涂层等。

陶瓷涂层是目前应用最为广泛的非金属涂层之一。

它不仅可以抗氧化、耐高温,而且具有良好的耐磨性和抗腐蚀性。

陶瓷涂层成分多采用Al2O3、ZrO2、SiO2和Cr2O3等材料,而不同的成分可以产生不同的性能。

PMMA涂层与PTFE涂层之间的不同在于前者可以在较高温度下保持其机械强度,而后者可以在较低的摩擦系数下提供出色的减摩性。

此外,这两种涂层都具有良好的润滑性和抗磨损性。

磨损机制气涡轮叶片表面磨损的机制复杂,可能涉及许多因素,最常见的因素有以下几个:1. 高温气流的冲击和流动引起的磨损,例如热膨胀吸引。

汽轮机末级叶片的水蚀及防护

汽轮机末级叶片的水蚀及防护

汽轮机低压末级叶片腐蚀原因分析及其表面防护处理摘要:随着电站汽轮机大容量化,叶片的安全可靠性和保持高效率显得尤其重要。

叶片是汽轮机的关键零件之一。

它在极苛刻的条件下承受高温、高压、巨大的离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区水滴冲蚀的共同作用。

因此很有必要及时调查研究、分析、总结叶片尤其是末级和调节级叶片发生的各种损伤原因及防止发生损伤的各种措施。

本文着重研究分析汽轮机低压末级叶片腐蚀原因及其表面防护处理。

关键词:末级叶片;腐蚀;表面防护Abstract:with the large-capacity turbine hydropower station, the safety and reliability of the blade and keep high efficiency are especially important. The blade is one of the key parts of the steam turbine. It very hard in under the condition of high temperature, high voltage, and huge bear the centrifugal force, steam force, steam-excited vibration, corrosion and vibration and the wet steam area of water erosion work together. So it is necessary to research, analysis, summarizes the last stage blade especially and adjust stage blade happen all kinds of injury reason and prevent the occurrence of injury of the various measures. This paper analysis the steam turbine low pressure the last stage blade causes of corrosion and itssurface protection processing.Key words:the last stage blade; Corrosion; Surface protection 前言汽轮机低压末级的输出功率约占机组总输出功率的10%左右,因此低压末级的性能稳定尤为重要。

汽轮机叶片水蚀损伤预测及防水蚀方法研究进展

汽轮机叶片水蚀损伤预测及防水蚀方法研究进展

汽轮机叶片水蚀损伤预测及防水蚀方法研究进展发布时间:2023-05-30T10:03:29.699Z 来源:《中国建设信息化》2023年6期作者:孙成亮[导读] 摘要:叶片是汽轮机的关键零部件,当蒸汽品质不佳时会导致叶片通流面积减小和叶片表面的损伤,对机组的热经济性及安全可靠性的影响不容忽视。若未及时发现叶片腐蚀和水蚀损伤并采取针对性的处理措施,引起损伤加剧甚至叶片断裂,导致机组强烈的不平衡振动或整台汽轮发电机组损坏。因此,研究汽轮机叶片的腐蚀和水蚀现象产生的原因和防范措施,对保证汽轮发电机组的安全经济运行、预防事故具有重大意义。摘要:叶片是汽轮机的关键零部件,当蒸汽品质不佳时会导致叶片通流面积减小和叶片表面的损伤,对机组的热经济性及安全可靠性的影响不容忽视。若未及时发现叶片腐蚀和水蚀损伤并采取针对性的处理措施,引起损伤加剧甚至叶片断裂,导致机组强烈的不平衡振动或整台汽轮发电机组损坏。因此,研究汽轮机叶片的腐蚀和水蚀现象产生的原因和防范措施,对保证汽轮发电机组的安全经济运行、预防事故具有重大意义。关键词:汽轮机;叶片;腐蚀;水蚀汽轮机是可以将热能有效转化为动能的机械设备,其已经广泛应用于发电厂的生产工作之中,并体现了较高的实用价值。汽轮机组的叶片是可以保证汽轮机组工作效率并满足不同汽轮机功率要求的重要系统。在长期使用过程中,汽轮机的叶片可能会出现各种问题与故障,这不仅会影响汽轮机组的正常使用,也会影响汽轮机的工作效益。因此,要提高汽轮机叶片的故障处理水平,应用先进的故障处理技术,从而保证汽轮机组的安全运行。1机组概况1.1汽轮机技术规范型号:N110-8.83型额定功率(THA工况):110MW额定蒸汽参数:(1)主汽门前蒸汽压力:8.83MPa;(2)主汽门前蒸汽温度:535℃;(3)背压:8.2kPa主蒸汽流量:414.05t/h 给水温度(THA工况):229.2℃额定转速:3000r/min;回热抽汽级数:共7级非调整抽汽,2级高加,1级除氧,4级低加。1.2汽轮机结构形式高温、高压、双缸双排汽、单轴、凝汽式汽轮机。通流级数共26级,其中高压缸1调节级+15压力级,低压缸2×5压力级。2叶片损伤概况机组于2016年7月启动,2016年11月投产,2018年6月汽轮机揭大盖检修。揭缸后,发现高压缸静叶、动叶腐蚀严重,低压转子正、反第五级动叶进汽边、出汽边存在严重的水蚀现象。2高压叶片腐蚀原因分析2.1腐蚀产生的机理机组在正常运行时,流经高压缸通流部件的介质为过热干蒸汽,在高温条件下会在缸内各部套金属表面形成一层钝化保护膜,通常不会发生腐蚀现象。但是在机组启停过程中和停机期间,热力系统未及时疏水或存在疏水死角,汽缸内各部套金属表面会形成一层水膜;正常运行过程中积累在动、静叶上的盐类物质,与残存在缸内的水分本身含有的活性离子和氧以及因汽缸各部套不严密而进入缸体内部的空气,在处于水环境中的金属表面发生电化学反应:阳极反应:Fe-2e→Fe2+阴极反应:2H2O+O2+4e→4OH-电化学反应的生成物之间也会发生反应:Fe2++OH-+O2→Fe2O3+H2O上述电化学反应就是腐蚀发生的过程。2.2机组运行期间的汽水品质调查结合典型月份机组热力系统水、汽质量,可知,当给水溶解氧平均值达到320.44ppb,超过指标值≤7ppb约44倍时,不合格率100%;凝结水溶解氧平均值达到751.06ppb,超过指标值≤50ppb约14倍时不合格率100%;过热蒸汽氢电导率平均值14.8µS/cm,超过指标值≤0.3µS/cm约48倍时不合格率98.88%。

汽轮机末级叶片防水蚀技术研究进展

汽轮机末级叶片防水蚀技术研究进展

汽轮机末级叶片防水蚀技术研究进展摘要:汽轮机低压部分一般选择铸铁材料,在使用过程中经常会面临各种局部腐蚀的问题,严重影响了运行的稳定性与生产进度。

本文首先分析了汽轮机低压部分腐蚀的问题,其次对汽轮机低压腐蚀的原因进行了解析,并在最后提出了相应的优化解决方案。

关键词:汽轮机;末级叶片;防水蚀技术前言汽轮机运行过程中不但会受到自身内部元器件的摩擦磨损影响而降低效率,同时也会受到外部环境的影响而出现故障与生产隐患,其中最为常见的故障就是低压部分腐蚀问题。

1低压转子末级叶片水蚀原因分析水蚀现象本质上是运动的水滴撞击叶片表面的一种能量转换过程,高速运动的水滴撞击金属的表面形成很大的瞬时作用力,作用力的大小取决于水滴的质量、相对速度和撞击的角度,当瞬时作用力超过金属材料的屈服强度时,就会在其表面造成残余变形。

水滴的重复撞击在金属表面会逐渐发展成为微观的裂纹,并逐步扩大,导致金属颗粒的大量脱落,从而形成宏观上的水蚀现象。

1.1低压转子末级叶片进汽边水蚀产生机理汽轮机在启、停过程中及低负荷运行时,进汽量急剧减少,在低压部分,当蒸汽膨胀到湿度为3%左右时,出现微米级的小水滴。

这些小水滴在流经静叶栅时,有的聚集在静叶片出汽边,有的聚集在内弧的凹面,并逐渐连成水膜,当水膜发展到一定的面积和厚度,就会被汽流撕裂,形成数十甚至数百微米的大水滴,以不同的速度和方向撞击到动叶片进汽边。

在低压末级,水滴密集,且水滴尺寸大、水滴与汽流的相对速度也大,这些高能量的密集水滴从切线方向撞击到末级动叶进汽边背弧,在汽流的切向分力和转子回转运动产生的离心力作用下,造成动叶片外缘的侵蚀破坏。

因此,汽轮机在启、停过程中及低负荷运行时,从末级静叶栅出汽边因水膜撕裂形成的大直径水滴是造成末级动叶片进汽边水蚀的主要原因。

1.2低压转子末级叶片出汽边水蚀产生机理汽轮机低负荷运行时,工况变化最大的是低压转子末级叶片。

机组的功率越大,低压级子午流道扩张角越大,叶高越高,当机组偏离设计工况低负荷运行时,容积流量相对设计工况急剧减小,流场参数的变化也越大。

轴流压气机叶片液滴磨蚀研究报告

轴流压气机叶片液滴磨蚀研究报告

轴流压气机叶片液滴磨蚀研究报告近年来,随着航空工业的迅速发展,轴流压气机在飞机发动机中的应用越来越广泛。

然而,在轴流压气机运行过程中,液滴磨蚀现象已经成为制约其性能和寿命的一个重要因素。

因此,本研究旨在分析轴流压气机叶片液滴磨蚀现象,阐明其机理,为轴流压气机的设计与使用提供参考。

实验采用了直径为3毫米的液滴,采用高速摄像技术对轴流压气机叶片的液滴磨蚀过程进行了全程记录。

实验结果表明,液滴在轴流压气机内运动时,由于液滴与叶片表面之间的高速摩擦作用,会在叶片表面产生热量和压力,并将表面材料磨掉形成微细的颗粒,最终导致叶片表面的磨蚀。

为了更加深入地研究叶片表面的磨蚀机理,我们在实验中使用了扫描电镜(SEM)对叶片表面进行了观察。

发现叶片表面的微细颗粒主要来自于叶片表面材料的热化。

在液滴磨蚀过程中,由于液滴与叶片表面的高速摩擦作用,会导致局部热量聚集,当温度达到一定值时,叶片表面材料就会发生热化,热化后的表面材料会因受到高速涡流的冲击而剥落,并被带入涡流中运动,最终与叶片表面发生摩擦而形成磨蚀颗粒。

根据实验结果和分析,我们得出了轴流压气机叶片液滴磨蚀的几个特点:(1)磨蚀程度与液滴直径和速度有关;(2)叶片表面材料与液滴的摩擦系数也会影响磨蚀程度;(3)在叶片表面出现初期磨损后,叶片表面的光洁度会减弱,并进一步加剧磨蚀现象。

综上所述,本研究通过实验和观察,详细阐述了轴流压气机叶片液滴磨蚀的机理和特点。

研究结果可以为相关领域的专家和研究人员对轴流压气机的设计和应用提供重要参考,同时对于提高轴流压气机运行效率和寿命也具有重要意义。

在该研究中,液滴磨蚀现象的影响因素包括液滴直径、速度以及叶片表面材料和液滴的摩擦系数。

实验中通过记录叶片表面的磨损程度和使用SEM观察微细颗粒来分析这些因素的作用。

以下是液滴磨蚀实验中的相关数据及分析:1、液滴直径和速度研究表明,液滴直径和速度是影响液滴磨蚀程度的重要因素。

实验使用了直径为3毫米的液滴,记录了在不同速度下的磨蚀程度。

Ni3Al合金在水轮机叶片表面抗汽蚀的研究和应用

Ni3Al合金在水轮机叶片表面抗汽蚀的研究和应用

Ni3Al合金在水轮机叶片表面抗汽蚀的研究和应用研究了Ni3Al基合金的抗汽蚀及泥沙磨蚀性能,试验出Ni3Al基合金手工电弧焊工艺,并在广西恶滩水电厂ZZ560-LH-800水轮机叶片上进行了工业性试验。

经1年运行考核,证明Ni3Al基合金的抗汽蚀性能优于普通不锈钢材料。

1 引言水轮机是水电站的主机设备,其运行性能的好坏,直接影响到水电站乃至电力系统运行的技术经济水平。

根据对我国运行的水电站现场调查表明:通流部件,特别是转轮的汽蚀破坏,是当前水轮机运行中最为突出的问题。

对于汽蚀问题,迄今为止,选择抗汽蚀性能高的材料制做水轮机转轮,或在过流面采取防护措施仍是改善水轮机汽蚀性能的有效手段之一。

然而,对于水轮机汽蚀损伤的修复,国内尚无理想的材料,为消除或减少汽蚀破坏对水轮机运行的严重不良影响,研究部门一直对抗汽蚀稳定性高的材料进行摸索研究。

冶金部北京钢铁研究总院承担国家863高技术新材料研究,研制出Ni3Al高温合金。

该合金为长程有序晶体,具有很强的形变硬化特性。

根据汽蚀产生的原理,该合金理论上可做抗汽蚀的防护材料,为此,广西电力试验研究院、冶金部钢研院和广西恶滩水电厂三家合作,致力于Ni3Al合金在水轮机抗汽蚀方面的应用性能研究。

2 试验内容2.1 抗汽蚀性能试验用Ni3Al、0Cr13Ni5Mo、18-8钢3种材料做成相同的试样进行24 h汽蚀试验。

试样均匀地布置在Φ320 mm的旋转圆盘试验机圆围上,转速为 3 000 r/min,试样中心的线速度约为 45 m/s,试验介质为自来水,通过循环冷却水使试验介质保持室温,试样在试验前后均进行 1 h 的100 ℃ 烘干处理,自然冷却后称重。

2.2 抗泥沙磨损试验Al合金与18-8钢分别做成Φ12 mm×100 mm的圆棒,在回转该试验把Ni3式湿磨料磨损试验机上进行,线速度为10 m/s,试验介质为自来水和石英砂,试验时间为36 h。

2.3 浑水汽蚀试验2.1及2.2试验不足以表明NiAl合金具有优良的抗汽蚀和抗磨蚀性能,为3Al材料做了进一步的浑水汽蚀试验。

汽轮机动叶片水蚀防护技术研究及应用

汽轮机动叶片水蚀防护技术研究及应用

汽轮机动叶片水蚀防护技术研究及应用摘要:随着我国汽轮机向大容量、高参数方向发展,叶片的安全可靠性显得尤为重要。

叶片水蚀对汽轮机运行的经济性和安全可靠性有很大影响。

特别是在电力供需不平衡的情况下,汽轮机会长期处于低负荷运行状态或反复启停,也会由于设计、制造、安装等各种原因造成的叶片损坏和故障。

因此,有必要制定有针对性的预防措施,对指导汽轮发电机组安全经济运行,防止运行事故的发生具有重要意义。

关键词:汽轮机动;叶片;水蚀防护引言末级叶片的水蚀会使动、静叶栅的气动性能恶化,级效率降低,水蚀形成的锯齿状毛刺造成应力集中和叶型根部截面积减小,影响叶片的振动特性,削弱叶片的强度,增加末级叶片断裂的危险性,对汽轮机的安全运行造成威胁。

叶片发生水蚀后,若不及时采取措施进行处理,长期运行导致损伤扩大、叶片断裂,轻则机组振动加剧,强迫停机,更换转子叶片或对转子进行返厂处理;重则机组动、静部件摩擦,产生不平衡振动,导致事故扩大,甚至整台机组损坏,造成重大经济损失。

1汽轮机叶片喷涂防护超音速火焰喷涂是20世纪80年代出现并发展起来的一种先进的高速火焰喷涂法,它是利用丙烷、丙烯等碳氢系燃气或氢气与高压氧气在燃烧室或喷嘴中燃烧,经过拉阀尔喷嘴后产生高速、高温焰流。

将喷涂粉末送进高温高速焰流中,产生熔化或半熔化的粒子并高速撞击基体,在基体表面形成涂层。

采用超音速火焰喷涂和超音速电弧喷涂方法,制备不同的抗水蚀涂层,通过组织结构、力学性能、热震性能、磨粒磨损及冲蚀磨损性能对比分析试验,为汽轮机动叶片抗水蚀涂层材料及制备工艺选择提供理论依据。

在前期热喷涂试验基础上分析认为,与超音速电弧喷涂粉芯NiCr金属陶瓷相比,超音速火焰喷涂制备的NiCr金属陶瓷涂层结合强度高,硬度高,抗热疲劳性能良好,具有更加优异的耐磨及耐冲蚀性能。

1.1现场喷涂方法及材料采用超音速火焰喷涂技术,在汽轮机末级动叶片表面制备抗水蚀涂层,喷涂区域为叶顶入汽边,长度为300mm,宽度为35mm。

防止涡轮机叶片结冰,让液滴反弹的新方法诞生了!

防止涡轮机叶片结冰,让液滴反弹的新方法诞生了!

防止涡轮机叶片结冰,让液滴反弹的新方法诞生了!在许多情况下,工程师们希望尽量减少水滴或其他液体与它们落在表面的接触。

无论目的是防止飞机机翼或风力涡轮机叶片结冰,还是防止降雨过程中表面的热量损失,或防止暴露在海洋喷雾中的表面积聚盐分,让水滴尽可能快地弹回来,并尽可能减少与表面的接触量,都是保持系统正常运行的关键。

现在,麻省理工学院的一项研究表明,一种减少液滴和表面接触的新方法。

以前的尝试,包括同一团队的成员,都专注于将液滴与表面接触的时间最小化,而新方法则专注于接触的空间范围,试图将液滴在弹回之前的扩散距离最小化。

麻省理工学院研究生亨利·路易斯·吉拉尔、博士后丹·索托和机械工程教授克里帕·瓦拉纳西在《ACS Nano》上发表的一篇研究论文中描述了这些新发现。

这一过程的关键是在材料表面创造一系列凸起圆环形状,这将导致下落的液滴以碗状向上飞溅,而不是在表面平流。

这项研究是瓦拉纳西和团队之前的一个项目后续工作,在该项目中能够通过在表面创建凸的脊线来减少水滴在表面上的接触时间,从而破坏了撞击水滴的扩散模式。

但是新研究更进一步,实现了液滴接触时间和接触面积的更大减少。

例如,为了防止机翼结冰,有必要让撞击的水滴在比水结冰所需时间更短的时间内弹回地面。

早期脊状表面确实成功地缩短了接触时间,从那时起,发现这里还有另一个问题:那就是在反弹和弹回之前,水滴扩散了多远。

减少撞击液滴的接触面积也应该对相互作用的转移特性产生显著影响。

研究小组开展了一系列实验,结果表明,如果凸起的水圈大小刚好合适,覆盖在水面上,就会导致水从撞击的水滴向上方飞溅,形成碗状的飞溅,而向上飞溅的角度可以通过调节这些水圈的高度和轮廓来控制。

如果环的大小与液滴大小相比过大或过小,系统效率就会降低,或者根本不起作用,但如果环的大小合适,效果就会非常显著。

结果表明,仅仅减少接触时间不足以达到最大程度的减少接触;关键是接触时间和范围的结合。

汽轮机叶片防水蚀涂层的液滴冲蚀行为研

汽轮机叶片防水蚀涂层的液滴冲蚀行为研

汽轮机叶片防水蚀涂层的液滴冲蚀行为研究引言随着科技的不断发展,汽轮机的应用范围越来越广泛。

然而,汽轮机在运行过程中,叶片表面容易受到水蚀的损害,从而影响其性能和寿命。

为了解决这个问题,研究人员开始着手研究汽轮机叶片防水蚀涂层的液滴冲蚀行为,旨在寻找有效的防护措施。

本文将全面、详细、完整且深入地探讨汽轮机叶片防水蚀涂层的液滴冲蚀行为。

液滴冲蚀与叶片防水蚀涂层液滴冲蚀行为介绍液滴冲蚀是指液滴在高速流动环境中撞击在材料表面时所产生的冲击力造成的损伤。

在汽轮机叶片运行过程中,叶片表面常会遇到高速流动的水滴,这可能会导致叶片表面的腐蚀和剥落等问题。

叶片防水蚀涂层的意义为了延长汽轮机叶片的使用寿命,减少因水蚀而导致的性能下降,人们开始研究叶片防水蚀涂层。

叶片防水蚀涂层的主要目的是提高叶片表面的抗冲蚀能力,降低水滴对叶片表面的冲击损伤。

液滴冲蚀行为研究方法实验方法液滴冲蚀行为的研究通常需要进行实验。

实验中可以使用不同的装置和设备来模拟汽轮机叶片表面的液滴冲击情况。

通过观察实验现象和记录数据,研究人员可以对液滴冲蚀行为进行分析和研究。

数值模拟方法除了实验方法外,数值模拟方法也是研究液滴冲蚀行为的一种常用手段。

通过建立数学模型和计算流体力学方法,可以模拟液滴在叶片表面的冲击过程,并预测叶片表面的损伤情况。

数值模拟方法可以辅助实验研究,为叶片防水蚀涂层的设计提供重要的参考依据。

液滴行为影响因素液滴冲蚀行为受到多种因素的影响,下面将介绍几个主要的影响因素。

液滴速度液滴速度是影响液滴冲击能力的重要因素。

较高速度的液滴撞击会产生更大的冲击力,可能导致更严重的损伤。

液滴直径液滴直径也会对冲蚀行为产生影响。

通常情况下,直径较大的液滴具有更高的冲击能力。

叶片表面性质叶片表面的性质对液滴冲蚀行为起着重要作用。

表面光滑的叶片可能会减少液滴的冲击损伤,而粗糙的表面则会增加液滴的冲击力。

液滴动态行为液滴在撞击过程中的形变和分裂行为也会影响冲蚀行为。

汽轮机叶片水蚀损伤预测及防水蚀方法研究进展

汽轮机叶片水蚀损伤预测及防水蚀方法研究进展

汽轮机叶片水蚀损伤预测及防水蚀方法研究进展
谢永慧;施东波;黄庆华;张哲源;叶兴柱;张荻
【期刊名称】《热力透平》
【年(卷),期】2023(52)1
【摘要】长期以来,汽轮机叶片水蚀都是影响机组效率和安全性的重要问题。

汽轮机低负荷工况下,高速水滴撞击造成的叶片水蚀日益严重,掌握汽轮机叶片水蚀规律并减少损伤对汽轮机正常运行具有重要意义。

首先总结了汽轮机叶片水蚀疲劳寿命预测和叶片表面侵蚀方面的研究,尤其介绍了基于数据驱动的叶片水蚀寿命预测方法,然后总结了叶片的防水蚀措施,着重介绍了防水蚀新工艺的相关研究。

所做的综述可为汽轮机防水蚀提供思路及方法。

【总页数】8页(P10-17)
【作者】谢永慧;施东波;黄庆华;张哲源;叶兴柱;张荻
【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院;上海电气电站设备有限公司汽轮机厂
【正文语种】中文
【中图分类】TK263.3
【相关文献】
1.汽轮机叶片水蚀损伤的修复与强化
2.汽轮机末级叶片的水蚀及防止叶片水蚀的措施
3.汽轮机末级动叶片水蚀损伤修复与防护试验研究
4.汽轮机低压级动叶片的水蚀机理及水蚀准则
5.汽轮机末级叶片水蚀损伤修复技术
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航空发动机的涡轮叶片材料研究

航空发动机的涡轮叶片材料研究

航空发动机的涡轮叶片材料研究近年来,随着航空业的迅速发展,航空发动机的涡轮叶片材料的研究也越来越受到人们的关注。

涡轮叶片作为航空发动机中核心部件之一,其质量、性能的优劣直接影响着发动机的性能和使用寿命。

因此,涡轮叶片材料的研究对于提高发动机的性能和可靠性具有重要意义。

一般来说,涡轮叶片的材料需要具备以下几个方面的性能:高温强度、高温抗蠕变性、高温抗氧化性、高温疲劳寿命、高温热疲劳寿命、高温硬度和高温强度保持率。

此外,还需要考虑叶片材料的成本、加工性、可焊性和可修复性等因素。

目前常用涡轮叶片材料主要有镍基和钛基两种。

镍基合金是航空发动机中应用最广泛的涡轮叶片材料,其具有优良的高温强度、高温抗蠕变性、高温抗氧化性等特点,常用的有IN-738、IN-792、B1900等。

但是,镍基合金的生产成本较高,存在加工难度大、焊接困难和易脆等弱点。

钛基合金是一种性能优良的涡轮叶片材料,其具有密度小、强度高、刚性好等特点,而且比锆、镍、钼等合金更为刚性,同时具有疲劳寿命长的特点,可以适应高功率、高速度的工作状态,抗高温、抗热膨胀,还有良好的低温强度、韧性和防腐蚀性。

代表性的钛基合金有Ti6242S、Ti1023等。

但是,钛基合金的制造成本较高,存在一定的加工难度。

钨基和铝基等合金近年来也逐渐应用于涡轮叶片材料中,其具有高温强度、高硬度、高抗热膨胀性和抗侵蚀等特点。

其中,铝基合金是一种轻质材料,具有良好的加工性,但其抗高温性能稍逊于其他材料。

除了优化涡轮叶片材料的选择外,设计结构也是提高涡轮叶片性能的重要因素。

通过对叶片几何形状和外形的优化设计,可以减轻叶片负荷,改善流道形态,提高叶片的耐疲劳性和热稳定性。

总体来说,涡轮叶片材料的研究是一个复杂的系统工程,需要在多个层面上进行优化设计,协同推进。

只有在材料选择、设计结构和加工技术等多个方面实现有机融合,才能提高涡轮叶片材料的性能和可靠性,推动航空发动机技术的不断进步。

谈汽轮机末级叶片表面防水蚀处理措施

谈汽轮机末级叶片表面防水蚀处理措施

谈汽轮机末级叶片表面防水蚀处理措施【摘要】随着我国经济建设的发展,国内各行业都发生了巨大的改变。

其中,尤为电力行业的发展最为迅猛。

电力行业做为我国的支柱型行业,对国内企业经济发展以及人均生活都是重要的保障。

随着电力行业的不断发展与创新,越来越多的新型技术及工艺应运而生。

下面,就一起对汽轮机末级叶片表面防水蚀处理措施进行一个简单的分析与说明。

【关键词】汽轮机;叶片;措施随着时代的发展,越来越多的大型火电站涌现在国内各大城市中。

而随着人们及企业生产对火电站的要求越来越高,大容量汽轮机在火电站中的应用也越来越广泛。

因此,汽轮机叶片的运行安全性能也随之越来越显重要性。

那么,如何将汽轮机叶片安全运行性能过到最高,如何防止汽轮机叶片表面受水蚀等冉然已经成为了目前相关工作人员最为关心,也是必须要解决的事情。

1 汽轮机叶片的作用汽轮机叶片是汽轮机中最为重要的组成部分,汽轮机叶片通常是在比较复杂的运行条件下受高温、高压、强大离心力、蒸气力等共同压力作用下工作的。

通常情况下,电站所使用的汽轮机的冲动式汽轮机与反动式汽轮机两种。

当汽轮机叶片在静叶片作用下,蒸汽在叶片上开场的流产中逐渐膨胀,从而使高温、高压下的汽体转换为能量。

另外,对于冲动式汽轮机来说,蒸汽在动叶片中不断地膨胀,从而使叶片被动冲动地将汽体上的功能转换到汽轮机转子上去,带动汽轮机转子的运转,以此来实现联轴器带动发电机发电的功能。

而对于反动式汽轮机而言,在动叶片运行中,不但会被动叶片冲动,还会同时产生大量的膨胀蒸汽。

2 汽轮机叶片水蚀问题由于汽轮机通常是处于高温、高压、高蒸汽的环境中。

因此,常常会出现叶片受水蚀的现象。

给汽轮机正常运转带来诸多问题。

2.1 水冲蚀问题通常情况下,当汽轮机处于低负荷运转时,汽轮机低压末级叶片运行情况相较于其它级层的叶片运行变化是最大的。

同时,随着汽轮机组功率的不断增加,使低压末级转子流道呈不断扩张趋势,从而使汽轮机的叶片高度增加。

某型涡轴发动机动力涡轮一级叶片腐蚀特征分析

某型涡轴发动机动力涡轮一级叶片腐蚀特征分析

某型涡轴发动机动力涡轮一级叶片腐蚀特征分析作者:骆正军吴业琼来源:《航空维修与工程》2020年第12期摘要:某型涡轴发动机动力涡轮一级叶片为带锯齿冠、表面渗铝的实心叶片,服役后常见该叶片叶身表面有腐蚀现象。

本文对该腐蚀特征进行了微观检查和能谱检测,分析了叶片腐蚀的机理,提出修理措施和建议。

关键词:涡轴发动机;涡轮叶片;腐蚀特征;分析Keywords:vortex axis engine;turbine blade;corrosion characteristics;analysis1 故障模式某涡轴发动机动力涡轮一级叶片基体材料为镍基等轴高温合金,表面渗铝层厚度为60~75μm,叶冠带有锯齿形啮合面。

叶片经常规清洗和喷湿玻璃珠特殊清洗后,目视检查发现叶身与缘板交接区域以及缘板流道表面部分区域存在腐蚀情况,如图1所示。

放大检查腐蚀区域,发现有规则的密集颗粒性突出物,少数呈凹坑状,如图2所示。

2 微观与能谱分析在扫描电镜下观察,可见凸出物多数呈圆球状,少数呈环坑状。

如图3所示。

对坑状和圆球部位进行能谱分析,发现O元素和Al元素含量较高,远大于基体中Al元素含量,同时未见燃油燃烧后P、S等元素附着。

坑状部位的能谱检查如图4所示。

球状部位的能谱检查如图5所示。

叶片表面球状位置截面形貌如图6所示。

能谱分析结果(图7和表1)表明,涂层外层已完全氧化,氧化膜在与涂层内层界面处裂开,呈表面凸起形貌。

3 機理分析突出物和凹坑主要位于叶片进气边靠叶背侧,进气边与缘板转接R区域以及缘板燃气流道表面。

这些部位长期受燃气流冲刷(叶背面气流速度更快,冲刷力更强),表面易发生氧化腐蚀,叶片表面渗铝层会形成致密氧化膜,保护叶片表面不受燃气腐蚀作用。

服役过程中若叶片渗铝层表面附着外来物或存在缺陷,会优先在这些地方发生局部氧化腐蚀,随着叶片服役时间的增加,氧化腐蚀层不断增厚。

氧化腐蚀层较渗铝层硬、热膨胀系数小,达到一定厚度后,将从氧化腐蚀层与渗铝层界面处开裂,在宏观上呈凸起形貌,达到一定程度后氧化腐蚀层将破裂。

汽轮机叶片水蚀损伤预测及防水蚀方法研究进展

汽轮机叶片水蚀损伤预测及防水蚀方法研究进展

汽轮机叶片水蚀损伤预测及防水蚀方法研究进展摘要:汽轮机是电力行业的核心动力设备。

火电和核电汽轮机中有大量湿蒸汽级,其中广泛存在湿蒸汽两相流动,凝结水分的出现不仅影响气动效率,还会导致湿蒸汽级叶片水蚀。

随着具有暂歇特性的风能和太阳能等可再生能源的大规模应用,为了保证电网安全稳定运行,需要火电机组承担调峰任务,汽轮机低负荷运行已成为新常态。

同时,随着汽轮机单机容量的不断增大,末级叶片的最大圆周速度已经超过600 m/s,这使汽轮机叶片更容易发生水蚀。

水蚀损伤会导致叶片材料损失和外形变化,造成级效率下降,严重时还可能发生叶片断裂,造成重大运行事故。

此外,叶片减重可能会影响汽轮机转子平衡,引发剧烈振动,严重影响机组的安全运行。

因此,掌握汽轮机叶片水蚀损伤状态,减少或避免损害,对于保证汽轮机的正常运行具有重要意义。

关键词:汽轮机;叶片;水蚀本文总结了水蚀损伤预测和叶片材料防水蚀工艺两个方面的国内外研究进展及相应成果,可为汽轮机叶片防水蚀技术开发、机组运维方案制定等提供参考。

1 水蚀损伤预测水蚀本质上是高速水滴撞击叶片表面导致的材料损伤。

汽轮机湿蒸汽级中通流部分的水滴会附着在静叶表面形成水膜,当水膜发展到一定厚度时被蒸汽撕裂,形成较大的水滴。

由于这些水滴的惯性较大,无法跟随主流离开叶栅通道,因而会以很大的相对速度撞击高速旋转的动叶表面,从而导致叶片水蚀。

为了评价叶片的水蚀状态,很多学者针对水蚀疲劳寿命、叶片表面侵蚀和材料水蚀测试开展了详细的研究。

1.1 水蚀疲劳寿命分析1.1.1 水蚀寿命理论模型建立水滴侵蚀的理论模型,有助于预测材料水蚀的起始与发展速度,为材料表面防护及寿命预测提供基础数据。

建立该模型通常需要开展3个部分的研究:(1)描述和评估水蚀的条件,包括冲击载荷等参数;(2)材料力学性能及其对冲击的响应;(3)采用的失效准则。

水蚀条件参数包括撞击速度、水滴尺寸、撞击频率等,根据这些参数可以研究水滴的撞击压力,并由此获得材料的应力应变。

汽轮机叶片水蚀原理

汽轮机叶片水蚀原理

汽轮机叶片水蚀原理我想跟你聊聊汽轮机叶片水蚀这个事儿,这可太有意思了,虽然听起来有点专业,但我保证能让你轻松理解。

咱们先想象一下,汽轮机就像一个超级大力士,在发电厂里不停地干活儿。

而叶片呢,就好比是这个大力士的手臂,非常重要。

那水蚀是怎么回事儿呢?这就像有一群小坏蛋,悄悄地在攻击叶片这个“手臂”。

你知道吗?汽轮机工作的时候,蒸汽在里面跑来跑去。

有时候呢,蒸汽里会带着一些小水滴。

这些小水滴看着不起眼儿,可厉害着呢!就像一群调皮的小弹珠,当它们高速冲向叶片的时候,就开始搞破坏了。

我有个朋友,他在发电厂工作。

他跟我说,有一次他们检查汽轮机叶片,发现叶片上坑坑洼洼的,就像月球表面一样。

我当时就特别好奇,怎么会这样呢?他就给我讲起了叶片水蚀的原理。

这些小水滴冲向叶片的时候,速度特别快。

就好比你拿着一颗小石子,然后用很大的力气扔向一块玻璃,玻璃肯定会被砸出个印子,甚至会碎掉。

小水滴冲击叶片也是这个道理。

而且啊,这种冲击不是一次两次,而是不停地进行。

这就好像有个人一直在拿小石子砸玻璃,时间长了,叶片怎么能受得了呢?还有一个很关键的点。

当小水滴冲击叶片的时候,会产生一种很强大的压力。

这种压力就像一双无形的大手,在使劲儿捏叶片。

叶片本来是好好的,但是在这种强大的压力下,它的表面结构就开始被破坏了。

我就想啊,叶片肯定很“委屈”,好好地在那儿工作,却要遭受这样的折磨。

我又问我那个朋友,那有没有办法不让这些小水滴这么“嚣张”呢?他笑着说,这可不容易呢。

因为在汽轮机运行的过程中,很难完全避免蒸汽里带小水滴。

不过呢,他们也在想各种办法来减轻水蚀的危害。

比如说,改进汽轮机的设计。

这就像是给叶片穿上一层更坚固的“盔甲”。

把叶片的形状或者材质变得更能抵抗小水滴的冲击。

这就像我们如果要去一个危险的地方,会穿上厚厚的防护服一样。

再比如说,对蒸汽进行处理。

让蒸汽里的小水滴尽可能地少。

这就好比我们打扫房间,把那些乱七八糟的东西都清理掉,让房间变得干净整洁。

航空发动机涡轮叶片的抗腐蚀研究

航空发动机涡轮叶片的抗腐蚀研究

航空发动机涡轮叶片的抗腐蚀研究随着航空工业的不断发展,航空发动机也成为了该行业中最重要的部分之一。

而其中一个关键的组成部分就是涡轮叶片。

然而,由于工作环境的极端条件,这些叶片往往会被损坏或腐蚀。

因此,对涡轮叶片的抗腐蚀研究变得尤为重要。

1. 航空发动机中的涡轮叶片涡轮叶片是航空发动机中的重要组成部分,也是样式最多的部位之一。

涡轮叶片用于将燃气能量转换为机械能,其中主要与气流相互作用,将气流引入或排出发动机。

这就导致它们在工作中面临着极端的高温和高速气流环境。

因此,只有对这些叶片的抗腐蚀性能进行深入的研究和改进,才能保证发动机的正常工作和更长寿命。

2. 涡轮叶片的腐蚀类型和原因在航空发动机运行的过程中,涡轮叶片往往会出现不同类型的腐蚀。

最常见的是高温腐蚀和压缩腐蚀。

高温腐蚀通常出现在叶片内部,是由于发动机中的燃气和空气混合,形成了酸性环境,导致叶片内部腐蚀。

而压缩腐蚀则是由于长时间的高速气流环境,使得涡轮叶片受到了一定程度的侵蚀。

涡轮叶片腐蚀的原因不仅包括环境的限制,也取决于叶片自身的类型、材质和制造工艺。

例如,合金中元素含量的不同或制造方法中的缺陷都可能会导致不同的腐蚀类型和程度。

3. 抗腐蚀涡轮叶片的研究航空工程师一直在研究新技术和材料,希望生产出更加抗腐蚀的涡轮叶片。

例如,一些可替代材料正在被研究,如新的铝合金、耐高温陶瓷和碳纤维等。

这些材料的使用可以减少叶片内部的氧化和其他反应,从而延长其使用寿命。

但是这些材料的成本较高,往往需要更长时间的实验和测试。

此外,设计优化和更多预防性维护措施也是通过降低腐蚀率的有效方法,如更好的涡轮叶片表面涂层和更精确的制造工艺,这将提高涡轮叶片及整个发动机系统的通用性和长期可靠性。

4. 抗腐蚀材料研究进展目前,铝合金和镍基合金是涡轮叶片制造中最常用的材料。

截至近期,已经发现了许多显著的抗腐蚀特性。

例如,镍基合金中添加了少量的钼和铌,可以提高该材料的抗腐蚀性能,并提高其性能和寿命。

轴流压气机叶片液滴磨蚀研究

轴流压气机叶片液滴磨蚀研究
第3 3卷 第 l O期
21 0 1年 1 0月





ห้องสมุดไป่ตู้

Vo . 3. No 1 13 .O
S P S ENCE AND Hi CI TEe嚣NOLOeY
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轴 流压 气机叶 片液滴磨蚀研究
常春辉 , 董 斌 , 正军 , 马 林 枫 , 学 义 刘
tr i e I h ud b ta h d i p ra c o t n u n e o t rdr p e n c mp e s rbld s Th sp p r u b n . ts o l e at c e m o tn e t he if e c fwae o lto o r s o a e . l i a e a p is t e r so m o e o F u n o t dy h e o in r b e p le h e o i n d l f l e t t su t e r so p o l m c u e b wae d o l t Nu e ia asd y tr rpe。 m rc l smult n i a e n te c nn l fsx sa e c mp e s r The c lulto e ul ho t tt e e o ins i a i s t k n o h ha es o i tg o r s o 。 o ac ain r s t s w ha h r so s
K e o ds: c m p e s r b a e e o i n; n m e ia i yw r o r so ; ld r so u rc lsmulto a in
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Investigation of rain droplet erosion of turbine blade materials in the labWind turbine blades are getting longer with length, L, exceeding 100 m and generating 12 MW of power per turbine. The power generated scales with the swept area, proportional to L2(Figure 1a). On the contrary, weight increase is proportional to L3 (Figure 1b), as a result these longer blades exert higher stress on the gears used for power transmission. Therefore, light weight advanced hollow blades with higher specific strength materials such as carbon fiber composites are being recommended. However, its erosion resistance against rain fall or water droplet is to be investigated, yet. (Figure 1c). In general, the intensity of erosion is proportional to L5 (Figure 1c), dependent on the tip velocity which can be as high as 150 m/s.Figure 1. Scaling laws for wind rotors (a) power generated scales as L2 (b) weight increase scales as L3 (c) leading edgerain erosion scales as L5.Such aggressive erosion conditions at the leading edge are caused by repetitive impact of rain droplets and the damage progresses from isolated pits to deep gouges and delamination leading to deterioration of the aerodynamic profile. The resulting increase in drag force (50 to 400%) can reduce the AEP (annualized energy production) by 5 –20%. Furthermore, uncontrolled erosion has the potential to rupture the underlying skin leading to imbalance and turbine failure. The mechanisms responsible for the destructive power of water drops are described and test instruments or tribometers that can simulate the field conditions (Table 1) are highlighted.Rain droplet diameter 1.2 – 2 mmRainfall intensity 1 – 25 mm/h (drizzle to intense rain)Blade tip speed 80 – 120 m/sPhysics of water drop impact and wear related material lossRain droplets can cause more damage than erosive particles due to impact mechanics (double pressure points) and resulting stress waves or Rayleigh waves. This consists of two phases (Figure 2a):(a) Water Hammer Pressure generated by high speed impacting drop in phase I, where liquid is compressed, leading to a pressure increase given by P = w CV (Figure 2a).The impact pressure can be as high as 500 MPa lasting for < 1 µs with a characteristic profile shown in Figure 2a.Figure 2. (a) In Phase I, shock waves within compressed water drop result in impact pulse. Characteristic impact pressure profile for water droplet erosion (stress peaks at periphery) compared to solid particle erosion (central stress peak at contact) is shown.(b) Damage accumulation from water hammer pressure starting from surface depression to deepening and pit formation in case of ductile materials.Repeated impact of droplets leads to initial depression and deepening resulting in pit/gouge formation as seen in early operational life of leading edges of the turbines. Rayleigh waves (lateral jetting) emanate in phase II, where the compressed liquid drop spreads laterally outward with formation of Rayleigh and shear waves (Figure 3a). High velocity shear waves rip through surface undulations caused by water hammer pressure and remove surface undulations to widen the wear scar (Figure 3b). Shear waves also lead to subsurface microcracking at pre-existing flaws, which coalesce over time leading to delamination failure, as observed in the advanced stages of blade leading edge erosion.Figure 3. (a) In Phase II lateral jetting where water drop spreads outward with velocity 10 times greater than impact with generation of both shear and Rayleigh waves. (b) Rayleigh waves lead to shear damage or microcracking followed by water drop lateral spreading which removes surface asperities.High specific strength blade materials should offer high resilience and fracture toughness to absorb the impact energy and dampen stress waves to mitigate erosion wear. Such materials and coatings can be quickly screened in Ducom water droplet erosion tester which can reproduce the rain erosion conditions (Table 1) and damage mechanisms (Figure 2b and 3b).Ducom water droplet erosion (Figure 4) operates on the principle of repeated high velocity impact of droplets on an erosion resistant material. A high velocity water jet (up to 250 m/s) is chopped into water droplets by a rotating disk with two holes. The speed of rotating disk is used to control the impact frequency of water droplets (upto 100 Hz). Multiple impact testing at the same location under high velocity offers accelerated erosion testing of materials, reproducing years of field leading edge damage within reasonable time frames in the lab.Figure 4. Schematic of Ducom water droplet erosion tester.Unique features include:• High velocity water drop impact up to 250 m/s• Water drop diameters up to 2 mm• Controllable drop impact frequency (up to 100 Hz) at same location • Movable X-Y-θ stage for conducting multiple tests at different angles • Pressurized air blade to remove residual water films and eliminate ‘water cushioning’ effect•High speed camera port for imaging droplet size and quantifying velocityPlease contact us for a personalized technical presentation.Ducom water droplet erosion tester (WDE)。

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