国内外地面燃气轮机涡轮叶片材料及涂层技术共56页
燃气轮机涡轮冷却叶片设计及优化
燃气轮机涡轮冷却叶片设计及优化燃气轮机中的涡轮叶片是该机械中非常重要的一个部分，其设计和优化对燃气轮机的性能和效率都有很大的影响。
本文将对燃气轮机涡轮冷却叶片的设计和优化进行详细阐述。
一、设计原则在设计燃气轮机涡轮冷却叶片时，需要遵循以下原则：1. 保证叶片的强度和刚度涡轮叶片需要承受高速旋转的冲击力和压力，同时还要耐受高温高压的腐蚀和热应力，因此叶片的强度和刚度是非常重要的。
在叶片的设计中需要保证这些要求，以确保叶片在使用过程中不会发生破裂或变形等问题。
2. 提高叶片的散热能力涡轮叶片在工作过程中会受到高温环境的影响，因此需要通过散热来降低其温度。
设计时需要考虑到叶片的材料和结构，以确保其具有良好的散热能力。
3. 降低流体对叶片的损耗涡轮叶片需要旋转在高速流体中，流体对叶片的损耗会影响其性能和效率。
设计时需要考虑减小流体对叶片的损耗，以提高燃气轮机的效率和性能。
二、涡轮冷却叶片的优化优化涡轮冷却叶片可以从以下几个方面进行：1. 叶片的材料涡轮叶片需要选择高温、高压下具有高强度、高耐蚀性的高温合金材料。
优质的高温合金材料可以提高叶片的使用寿命和性能，进一步降低燃气轮机的维护成本。
2. 叶片的厚度和形状叶片的厚度和形状会影响其强度和承受流体压力的能力。
通过优化叶片的厚度和形状，可以在保证强度和刚度的情况下尽可能的减小流体对叶片的损耗。
3. 温度分布的优化涡轮叶片的温度分布会影响其散热能力和强度。
通过优化叶片的冷却结构和流路设计，可以实现叶片温度分布的均匀，从而提高其散热能力和强度。
4. 表面处理优化涡轮叶片表面的处理可以降低其表面粗糙度和湍流程度，从而减小流体对叶片的损耗。
表面处理可以采用抛光、喷砂、电化学抛光等方式进行。
在设计和优化燃气轮机涡轮冷却叶片时，需要综合考虑上述方面，并在实际应用中进行验证和调整。
通过优化叶片结构和材料，可以降低燃气轮机的维护成本，提高其效率和性能，进一步推动燃气轮机技术的发展。
工业燃气轮机透平叶片材料综述
工业燃气轮机透平叶片材料综述彭建强;张宏涛;周欢欢;马新博;冯天澍【摘要】在分析工业燃气轮机透平叶片对材料性能要求的基础上,简述了透平叶片用高温合金材料的发展过程,并对主要燃气轮机制造商研发和使用的透平叶片材料的成分和典型合金的力学性能进行了论述.定向合金和单晶合金的性能比较表明,定向合金已经成为先进高参数工业燃气轮机透平叶片用主流材料,高温性能更加优异的单晶材料将成为参数更高的工业燃气轮机透平叶片材料研究的重点.【期刊名称】《热力透平》【年(卷),期】2016(045)002【总页数】6页(P153-158)【关键词】工业燃气轮机;叶片材料;高温合金;精密铸件;蠕变强度【作者】彭建强;张宏涛;周欢欢;马新博;冯天澍【作者单位】哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,哈尔滨 150046;哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,哈尔滨 150046;哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,哈尔滨 150046;哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,哈尔滨 150046;哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,哈尔滨150046【正文语种】中文【中图分类】TK475为了降低温室气体排放量，提高机组的效率，满足市场对工业燃气轮机参数不断提高的需求，世界各燃气轮机制造商都努力通过开发新技术、新材料和新工艺提高机组的参数，从而提高机组的效率。
目前，世界最先进的J级工业燃气轮机透平进气参数已达1 600 ℃,联合循环机组效率超过61.5%[1]。
透平叶片是工业燃气轮机的核心部件之一，工作温度极高，需要承受的应力大且复杂多变。
为了满足先进工业燃气轮机对透平叶片材料的需求，世界各国的燃气轮机制造商研发了各类先进的高温合金精密铸件材料，并且开发了先进的铸造工艺。
铸件从多晶组织发展到单晶组织，蠕变持久强度、疲劳强度等各项性能得到显著提高。
本文在分析工业燃气轮机透平叶片对材料性能要求的基础上，对主要燃气轮机制造商研发和应用的透平叶片材料进行了论述。
1.1 蠕变强度透平叶片材料的使用温度主要取决于材料的蠕变强度。
燃气轮机涡轮叶片结构的优化设计与强度分析
燃气轮机涡轮叶片结构的优化设计与强度分析引言燃气轮机是现代工业中广泛使用的一种能源转换装置，其核心部件是涡轮叶片。
涡轮叶片的优化设计和强度分析对于提高燃气轮机的性能和安全性至关重要。
本文将探讨燃气轮机涡轮叶片结构的优化设计方法以及强度分析技术。
涡轮叶片结构优化设计在涡轮叶片结构的优化设计中，需要考虑的因素有很多，包括气动性能、材料强度和制造成本等。
其中，气动性能是最为关键的因素之一。
通过优化叶片的几何形状和叶片间距，可以改善叶片的流体动力学性能，提高燃气轮机的效率和功率输出。
同时，也需要考虑叶片的结构强度，以确保叶片在高速旋转的工作条件下不会发生破裂或失效。
为了实现涡轮叶片结构的优化设计，可以采用数值模拟和实验验证相结合的方法。
数值模拟可以通过计算流体力学（CFD）分析，预测叶片的气动性能。
在此基础上，可以使用优化算法对叶片的几何形状进行修改，以达到所需的气动性能指标。
同时，为了验证数值模拟结果的准确性，还需要进行实验验证。
实验可以通过风洞试验或实际燃气轮机测试来进行，以验证优化设计后的叶片在实际工况下的性能表现。
强度分析技术涡轮叶片在高速旋转的工作条件下，承受着巨大的离心力和气动载荷。
为了保证叶片的结构强度和安全性，需要进行强度分析。
传统的强度分析方法主要包括有限元分析（FEA）和应力试验。
有限元分析是一种数值计算方法，可以通过将叶片划分为许多小的有限元单元，在每个有限元内计算叶片的受力情况。
通过对有限元分析的结果进行评价，可以确定叶片在不同工况下的强度和变形情况。
然而，由于叶片结构的复杂性，有限元分析可能需要处理大量的网格单元，导致计算时间较长。
为了验证有限元分析的结果，应力试验是不可或缺的。
应力试验可以通过加载已制备好的叶片样品，测量叶片的变形和应力，从而判断叶片的强度是否满足设计要求。
然而，应力试验具有局限性，例如样品数量有限，无法考虑到叶片的实际工作环境等。
结语燃气轮机涡轮叶片结构的优化设计和强度分析对于提高燃气轮机的性能和安全性具有重要作用。
上海成功研发涡轮单晶叶片造价仅为进口的14
上海成功研发涡轮单晶叶片造价仅为进口的14上海成功研发涡轮单晶叶片造价仅为进口的1/4发表时间：2012-09-13 来源：东方网发表评论进入论坛分享到：东方网9月13日消息：晶体的世界，可能会颠覆你对生物与非生物的认识，因为有些特殊用途的晶体是“长出来的”。
昨天，以“长出来”的单晶叶片为核心技术的上海市科委重大专项“高温合金叶片制造技术”取得重大突破，30厘米长的F级重型燃气轮机涡轮高温叶片研制成功，这标志着制约我国燃气轮机发展的瓶颈取得突破，国外高价垄断的高温叶片市场有望在今后几年出现中国品牌。
引导晶体生长形成单晶以目前的技术而言，要实现燃气轮机效率最大化，必须提高温度。
现代燃气轮机的热效率已达到42%以上，是最高效、最清洁的动力设备，然而要实现这样的热效率，燃气轮机的最高温度需要达到1500℃，普通材料到了这个温度，必然化为一团气体，所以科学家们希望能找到一种特别耐高温的材料。
最初，科学家从自然界寻找耐高温的金属元素，镍就是其中之一，以镍为基础加上少量铜、铁、锡等元素形成的镍基合金能承受几百摄氏度的高温，想再提高温度，“天然”的找不到，只好“人造”了。
此次验收项目的负责人，上海大学任忠鸣教授告诉记者，如果完全按照“天性”，金属材料的晶体与晶体界限处非常容易断裂，就好像一棵树的枝桠处总是更容易折断一样。
如果能让所有晶体都朝一个方向生长，就如同一捆整齐排列的筷子，这样牢固度会大大增强。
通过人为引导晶体生长的办法，人们得到了晶体朝一个方向生长的定向晶体。
要得到更“结实”的材料，科学家们想在微观角度下，让所有晶体单一化，这就是单晶。
单晶叶片的生长涉及到复杂的生长工艺，在定向晶体的基础上摆一个螺旋形的模具，利用类似生物优胜劣汰的法则，让一堆晶体中长得最快的一个迅速达到螺旋的顶端，封闭其他晶体的生长通道，是形成单晶叶片的关键技术。
以镍基合金做成的单晶材料，能承受1100℃的高温。
30厘米长晶体来之不易当天气寒冷时，水蒸气凝结成了窗花，这是水遇冷凝结成晶体的一种形式，金属结晶也是利用了温度冷热差这个原理。
航-空-发-动-机-叶-片-涂-层
航-空-发-动-机-叶-片-涂-层能，广泛用于制造航空发动机和各类燃气轮机的涡轮叶片（blade and vane）。
就材质来看：各国的高温合金型号虽各不相同，但就相近成分的高温合金来说，其性能相近（生产工艺方法不同有也造成性能有大的差异）。
好的高温合金的使用温度也只有1073K左右，为达到前面所说的要求温度，采用的方法有二：一是制成空心的叶片。
空心叶片自20世纪60年代中期出现以来，经历了对流冷却、冲击冷却、气膜冷却以及综合冷却的发展历程，使进气口温度高出叶片材料约300—500℃，内腔的走向复杂化和细致化。
这一步的改进仍难满足需要，且英国发展计划将取消冷却。
二是涂层，常进行多材质多层次涂层。
PVT公司研究表明：军用直升机上的发动机叶片采用涂层，在沙漠上飞行，寿命可提高3倍左右，不仅大大降低了制造发动机叶片的成本，同时也使飞机的维护时间延长了两倍。
二．涡轮叶片的涂层高温合金的生产方法或晶形结构对产品的性能是有很大影响的，如图1所示，GE公司20年前开始采用单晶高温合金制作战机用发Fig.1 Comparative preperties of polycrystal,columnar and single-crystal superallys动机叶片。
从图1看出：使用单晶后，蠕变和热疲劳提高9倍，但抗腐蚀性只提高4倍，增加涂层仍十分必要。
涡轮叶片的涂层的方法很多，常用的有热渗、磁控溅射、热喷涂三种，热渗法方法简单方便，成本低，也是最适合叶片内腔涂层的方法。
热渗法属于化学热处理，利用高温的方法将化学原子扩散注入到基体金属中，并在其表面沉积均匀的保护膜。
根据使用原料的状态的不同，又可分为固体粉末包埋法、气相法、液相法和浆料法，其中固体粉末包埋法、气相法用得最广。
热渗涂层原理简单，但工艺控制方法是关键，我国已有相关部门在进行这方面的研究，但从公布的图片看，仍有差距；国外对军工涂层技术也是封锁的。
下面谈GE和Siemens两家世界最大的燃气轮机生厂家的有关情况。
工业燃气轮机涡轮叶片用铸造高温合金研究及应用进展
与传统的柴油机、蒸汽轮机等动力装置相比，工业 燃气轮机具有体积小、效率高、污染低、功率范围广等 优点，广泛用于工业发电、舰船、石油及天然气管路输 送、供热、矿井通风等领域的动力装置&欧美等工业强 国都将燃气轮机的研制作为重要的发展方向&工业燃 气轮机的发展代表着国家重大装备制造业的总体水 平，是国家高新技术和科技实力的重要标志，与国家能 源安全、国防安全密切相关&
第47卷
第6期
2019年6月第34-41页
材料工程
Journal of Materials Engineering
Vol.47 No.6 Jun. 2019 pp. 34-41
工业燃气轮机涡轮叶片用铸造 高温合金研究及应用进展
Researchandapplicationprogressincasting superaloysforindustrialgasturbineblades
机涡轮叶片用铸造高温合金及涡轮叶片制造技术的发展趋势进行了展望。未来，先进定向凝固！材料基因工程”等技术 将逐渐应用到工业燃气轮机涡轮叶片用铸造高温合金的研制中；此外，先进工业燃气轮机上定向/单晶高温合金的应用
将越来越广泛&
关键词：工业燃气轮机；涡轮叶片；铸造高温合金 doi： 10. 11868/j. issn. 1001-4381. 2019. 000128 中图分类号：TG146. 1 文献标识码：A 文章编号：1001-4381(2019)06-0034-08
几十年来，铸造高温合金一直扮演着航空发动机 和工业燃气轮机涡轮叶片用材料的主角当前, 全球每年高温合金需求约28万吨，被广泛应用于航空
航天、舰船、兵器、核电、超超临界火力发电、工业燃气求量的55%，其次是工业燃气轮机（20%）和舰船 （10% ）等 &
高温高压燃气轮机涡轮叶片材料性能与寿命预测
高温高压燃气轮机涡轮叶片材料性能与寿命预测近年来，随着先进制造技术的不断发展和能源需求的增长，高温高压燃气轮机的运行环境变得更加恶劣。
其中，涡轮叶片作为燃气轮机的关键部件之一，承受着巨大的压力和温度，对材料性能和寿命的要求也日益提高。
因此，准确预测涡轮叶片材料的性能与寿命，对于燃气轮机的安全稳定运行至关重要。
1. 高温高压燃气轮机涡轮叶片材料的选择与设计在高温高压环境下，涡轮叶片材料的选择需要考虑多个因素。
首先，材料必须具备良好的高温强度和耐腐蚀性，以抵御燃气轮机中的高温腐蚀和氧化。
常用的涡轮叶片材料包括镍基高温合金和钛合金等。
其次，材料的热膨胀系数应与叶片基座匹配，以避免因温度变化引起的热应力产生。
此外，材料的疲劳寿命和断裂韧性也是材料选择的重要考虑因素。
2. 涡轮叶片材料性能与高温高压环境的关系高温高压环境对涡轮叶片材料的性能有着直接的影响。
在高温条件下，材料的抗蠕变性能和热膨胀系数变得尤为重要。
抗蠕变性能可以通过测量材料在高温下的蠕变速率和蠕变寿命来评估，而热膨胀系数则可以通过热膨胀实验得到。
这些性能参数的准确预测，有助于评估涡轮叶片材料在高温高压环境下的性能表现。
3. 涡轮叶片材料寿命预测方法涡轮叶片材料的寿命预测是燃气轮机运行维护的重要环节。
目前，常用的涡轮叶片材料寿命预测方法主要包括实验研究和数值模拟两种。
实验研究通常通过在实际工作环境下对涡轮叶片进行寿命测试，以获取材料的疲劳寿命和断裂韧性等关键参数。
而数值模拟则通过建立材料的物理力学模型，结合实际工况条件下的载荷和温度等参数，预测涡轮叶片的寿命。
这些方法的发展使得涡轮叶片材料寿命预测更加准确可靠。
4. 降低涡轮叶片材料失效风险的措施为了降低涡轮叶片材料失效风险，可以采取一系列的措施。
首先，合理优化设计和制造工艺，提高涡轮叶片的制造质量和尺寸精度。
其次，加强材料预处理和热处理工艺，提高材料的组织结构和性能稳定性。
同时，通过增加涡轮叶片的冷却措施，有效降低叶片的温度梯度和热应力，延长材料的使用寿命。
机组燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命分析
机组燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命分析随着工业与技术的发展，燃气轮机已经成为了许多企业中极为重要的设备，它们常常被用于机组制造和电力发电。
然而，燃气轮机在长期运行过程中，轮机叶片很容易出现疲劳、变形等问题，这会严重影响燃气轮机的使用寿命和安全性。
因此，机组燃气轮机涡轮叶片的疲劳寿命分析成为了一个重要的研究方向。
1. 燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命分析的意义机组燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命分析的意义在于，为了确保这些设备的稳定运行，提高其使用寿命及其安全性，需要对疲劳寿命进行科学的研究，建立数学模型，进行故障分析，最终为机组制造提供有效的技术支持和解决方案。
2. 燃气轮机涡轮叶片疲劳机理机组燃气轮机涡轮叶片在运行过程中，容易发生疲劳现象。
疲劳机理主要包括低周疲劳、高周疲劳和超高周疲劳三种情况。
因此，涡轮叶片工作中常常存在节点、间隔、转子叶片转角等的压力脉动，这将导致涡轮叶片产生应力集中，从而产生疲劳损坏。
3. 燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命分析方法机组燃气轮机涡轮叶片的疲劳寿命分析包括一系列的计算和试验方法。
其中计算方法主要采用有限元分析的技术，通过建立模型、进行计算，来确定涡轮叶片的疲劳寿命；试验方法则是通过在试验台上进行模拟实验，来检测涡轮叶片疲劳情况。
4. 燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命影响因素机组燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命影响因素主要包括叶片材料、设计、制造工艺以及运行环境等因素。
叶片材料的强度、韧性和耐腐蚀性，是影响涡轮叶片疲劳寿命的重要因素之一。
而设计和制造工艺则决定了涡轮叶片的结构、尺寸和表面形貌等特性，对涡轮叶片的疲劳性能有着直接影响。
而运行环境则是指涡轮叶片在工作过程中受到的温度、震动、负载等影响。
5. 燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命的优化对于机组燃气轮机涡轮叶片的疲劳寿命问题，需要进行优化。
优化方法主要包括：薄壁涡轮叶片设计优化、双层涂层涡轮叶片制造，一些提高涡轮叶片抗疲劳性能的技术应用等等。
6. 燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命分析应用领域机组燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命分析应用领域十分广泛。
燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命预测研究
燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命预测研究燃气轮机是一种高效的发电设备，其关键组件之一就是涡轮叶片。
涡轮叶片在高温、高压和高速操作下承受着巨大的压力和力量，因此其疲劳寿命预测研究对于提高燃气轮机的可靠性和性能至关重要。
本文将探讨燃气轮机涡轮叶片的疲劳寿命预测研究。
疲劳寿命预测是指通过模拟涡轮叶片在不同工况下的应力和应变，来预测其疲劳破坏的寿命。
在燃气轮机的运行过程中，涡轮叶片会遭受到热胀冷缩、浸漬循环热冲击等多种载荷作用，这些载荷作用对涡轮叶片的材料结构造成很大的影响。
因此，准确地预测出涡轮叶片的疲劳寿命，对于延长燃气轮机的使用寿命和减少故障率具有重要意义。
燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命的预测主要依赖于两个方面的研究：材料研究和结构研究。
首先，材料研究是疲劳寿命预测的关键。
涡轮叶片一般采用高温合金材料，以满足其在高温下的稳定性和抗氧化能力。
材料的力学性能、高温强度、断裂韧性等都是疲劳寿命的决定因素。
科学家们通过材料实验和数值模拟，研究不同材料在高温和高压下的性能变化，以建立起准确的材料模型。
这些模型可以用来计算涡轮叶片在不同工况下的应力和应变，从而预测其疲劳寿命。
其次，结构研究是疲劳寿命预测的另一个重要方面。
涡轮叶片的结构设计对于其疲劳性能有着决定性的影响。
合理的叶片结构可以减小应力集中，提高疲劳寿命。
科学家们通过结构优化和仿真分析，改进涡轮叶片的设计，使其能够更好地承受工况变化带来的载荷。
此外，结构研究还包括了涡轮叶片的修复和维护。
当涡轮叶片损坏或疲劳寿命接近达到时，需要对其进行修复或更换，以确保燃气轮机的正常运行。
除了材料和结构研究，燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命的预测还受到一些其他因素的影响。
例如，工作介质的气动动力学特性、温度梯度、循环负载、载荷频率等都会对涡轮叶片的疲劳寿命产生影响。
因此，在疲劳寿命预测过程中，这些因素也需要进行归纳和分析，以建立更加完整和准确的模型。
疲劳寿命预测研究的发展给燃气轮机行业带来了巨大的进步。
燃气轮机透平叶片涂层技术
8
燃气轮机及其内部透平叶片
根据燃气轮机型号用途不同，每一级的叶片数量和材料也不一 样，其中高压燃气室工作条件恶劣，叶片由于腐蚀寿命短于其 疲劳寿命，使用一段时间后必须修复表面抗腐蚀涂层，保证叶 片的服役寿命。
2015/3/20 中国科学院金属研究所 表面工程叶片工作在温度最高、环境最恶劣的高压燃气室内， 对材料要求严格，主要由单晶高温合金、粘结层和陶瓷层组成。 为提高其使用温度，叶片还配有冷却系统。
燃气轮机透平叶片涂层技术
2015/3/20
中国科学院金属研究所 表面工程研究部
1
燃气轮机应用
发电 舰艇 航空器
2015/3/20
中国科学院金属研究所 表面工程研究部
2
世界上主要的航空发动机生产商
2015/3/20
中国科学院金属研究所 表面工程研究部
3
燃气轮机及其内部透平叶片
2015/3/20
中国科学院金属研究所 表面工程研究部
2015/3/20 中国科学院金属研究所 表面工程研究部 10
冷却系统
高压燃气室温度 1700~1850℃
空气冷却后叶片工作温度 1400~1500℃
高温合金工作温度
1000~1100℃
通过空心叶片冷却系统可以将叶片工作温度降低到1400~1500℃ ，而陶瓷隔热层可以进一步将其降低到高温合金允许的工作温 度 1000~1100 ℃ 2015/3/20 11 中国科学院金属研究所 表面工程研究部
三级高压燃气室叶片 四代航空设计: 效率高 空心冷却: 服役寿命长 单晶材料：力学性能优越 耐腐蚀粘结层：良好韧性和耐腐蚀性能 陶瓷涂层：隔热性能良好
2015/3/20
中国科学院金属研究所 表面工程研究部
科技成果——燃气轮机叶片及热端部件修复再制造技术
科技成果——燃气轮机叶片及热端部件修复再制造技术所属行业装备制造适用范围燃气轮机修复成果简介1、技术原理燃机是一种高效、节能、低污染的动力设备，广泛地应用于地面发电、能源动力、航空航天等领域。
随着燃机性能的提高，其热端部件所使用的材料性能也不断提高，以往可以用常规焊接工艺修缮的工件现已经不能采用，而如今的热端部件的制造仅仅掌握在国外的几家大型公司，其价值昂贵，往往一台份叶片的价格近5000万美元（9E、9F等机组），国产叶片也近4000万人民币所以叶片的损伤是目前国内使用单位最大的经济损失与压力，这样就急需要开发研制新方法、新工艺来解决。
激光作为一种特种能量源，发展激光辐照下的粉末熔铸生长和激光显微积分焊以及激光微弧沉积复合修复工艺。
其中粉末冶金法是公司在激光修复技术之外的一项重大突破。
粉末冶金过程为：粉末-成形-烧结，通过粉末组成的优化选择可实现工件的近、等强度的无损求原修复；通过可塑粉末体随工件基体几何结构抹塑成形，可实现工件的大面积、大孔洞、大间隙和较大厚度的无损求原修复。
对于高温合金，尤其是含Al+Ti量高的镍基高温合金，由于其难熔焊修复的问题，采用粉末冶金修复再制造技术应是十分有意义的，在发动机叶片及热端部件修复再制造中具有广阔的应用前景。
2、关键技术与装备（1）针对不同叶片片体基材烧结界面的冶金化程度即双金属界面液态相容性；（2）针对大缺陷处的烧结如何解决由于金属收缩比不同产生的裂纹；（3）控制烧结真空度与烧结温度，对空心型腔结构烧结时不会发生烧结粉末熔化点时的流动，也可称为仿型烧结技术；（4）烧结后烧结区的强度应不低于本体强度的70%，性能要达到基体性能的90%。
装备：TFL-H6KWCO2激光器一台成套设备；ZKSX-DC-02、ZKSX3004固态激光器二台；YAG500W、SF-1GX-500B激光器二台；DS-300电弧喷涂机、N-800等离子喷涂机各一台；等离子堆焊机一台；VHB-181830H、VHB-6612H多用途真空热处理炉二台；多功能微弧增材制造机（专利产品）若干台。
高温燃气轮机涡轮叶片的设计与制造改进
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100MW以上
20-100MW
中型燃气轮机
燃气轮机发展背景 ——柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机比较
动力装置
柴油机
蒸汽轮机
燃气轮机
重量
大
大（金属耗量比燃机多3-5倍）
小
体积
大
很大（厂房比燃机大2.5-4倍）
小
功率
小
大
大
单位重量
大
很大
小
燃料消耗率 （热效率）
低 （热效率高）
较高 （热效率较高）
舰船 动力
军用舰艇 舰载机 商用豪华客轮 豪华游艇动力
军用坦克、装甲车辆 油田注水、注气、气举采油 输油和输气管道增压 铁路机车动力驱动
机械 驱动
主要 应用 领域
燃气轮机发展背景 ——燃气轮机主要应用领域
工业 电力
预计2020年全世界燃气轮机发电将占50%
单轴重型结构，初期高温合金，简单空冷技术。性能参数特征：涡轮进口温度小于1000℃，简单循环效率小于30%，增压比4-10。 涡轮进口温度达到1260-1300℃，增压比10-30，简单循环效率36-40%，联合循环效率55-58%。 第三代：使用最先进的高温合金和少量现有的超级合金、陶瓷材料，涡轮进口温度在1400℃～1500℃，短时达到1600℃。 第四代：涡轮进口温度达1600-1800℃，新材料应是密度小于5g/cm3、具有更好的综合性能，也许陶瓷材料是一种选择。
Ni Superalloy Turbine Airfoils: Significant Advances in Alloys and Casting Processes…
Alloy Temperature Capability (oF)
大型燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命研究共3篇
大型燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命研究共3篇大型燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命研究1大型燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命研究燃气轮机是一种高效可靠的动力装置，适用于许多领域，包括空客工业、能源生产和石油勘探。
在燃气轮机中，涡轮叶片是最容易受到疲劳影响的部件之一。
因此，对于大型燃气轮机涡轮叶片的疲劳寿命进行研究至关重要。
疲劳是材料或构件在循环应力下的疲劳破坏。
涡轮叶片通常受到很高的应力和温度，这可能导致疲劳开裂。
疲劳破坏是一种微弱的、渐进的过程，可能导致不可逆的结构损坏。
因此，预测涡轮叶片的疲劳寿命至关重要。
大型燃气轮机涡轮叶片的疲劳寿命研究通常需要借助模拟和实验。
模拟通常包括数值模拟和仿真，在模拟中，考虑到各种应力载荷、材料疲劳特性和涡轮叶片的结构特征，从而预测疲劳寿命。
实验通常包括试验评估和疲劳试验，在试验评估中，对材料能力、疲劳极限等进行测试，而在疲劳试验中，对涡轮叶片的疲劳性能进行验证。
大型燃气轮机涡轮叶片的疲劳寿命研究不仅仅是保证设备寿命的关键因素。
它也可以为设备改进、材料选择、质量控制和维护计划提供关键信息。
在开展涡轮叶片疲劳寿命研究时，需要对涡轮叶片重要的几何参数、材料性能、应力载荷等进行全面的评估。
面对日益严峻的市场竞争，燃气轮机开发商和制造商都致力于开发出更安全、可靠、可持续的设计。
疲劳寿命是大型燃气轮机设计的关键考虑因素之一。
因此，需要进行充分和全面的大型燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命研究，以确保装置的长期使用、生产效率和安全性综上所述，研究大型燃气轮机涡轮叶片的疲劳寿命至关重要。
通过模拟和实验，可以预测和验证涡轮叶片的疲劳性能，为设备改进、材料选择、质量控制和维护计划提供重要信息。
在当前的市场竞争中，保证装置的长期使用、生产效率和安全性是燃气轮机制造商的首要任务之一。
因此，需要不断深入和完善大型燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命的研究大型燃气轮机涡轮叶片疲劳寿命研究2随着现代工业的不断发展，大型燃气轮机在国家经济建设中占据着重要地位。
燃气轮机航空叶片介绍
航空发动机叶片众所周知，在航空发动机里叶片是透平机械的“心脏”，是透平机械中极为主要的零件。
透平是一种旋转式的流体动力机械，它直接起着将蒸汽或燃气的热能转变为机械能的作用。
叶片一般都处在高温，高压和腐蚀的介质下工作。
动叶片还以很高的速度转动。
在大型汽轮机中，叶片顶端的线速度已超过600 ｍ/ｓ，因此叶片还要承受很大的离心应力。
叶片不仅数量多，而且形状复杂，加工要求严格；叶片的加工工作量很大，约占汽轮机、燃气轮机总加工量的四分之一到三分之一。
叶片的加工质量直接影响到机组的运行效率和可靠行，而叶片的质量和寿命与叶片的加工方式有着密切的关系。
所以，叶片的加工方式对透平机械的工作质量及生产经济性有很大的影响。
这就是国内外透平机械行业为什么重视研究叶片加工的原因。
随着科学技术的发展，叶片的加工手段也是日新月异，先进的加工技术正在广泛采用。
叶片的主要特点是：材料中含有昂贵的高温合金元素；加工性能较差；结构复杂；精度和表面质量要求高；品种和数量都很多。
这就决定了叶片加工生产的发展方向是：组织专业化生产，采用少、无切削的先进的毛坯制造工艺，以提高产品质量，节约耐高温材料；采用自动化和半自动化的高效机床，组织流水生产的自动生产线，逐步采用数控和计算机技术加工。
叶片的种类繁多，但各类叶片均主要由两个主要部分组成，即汽道部分和装配面部分组成。
因此叶片的加工也分为装配面的加工和汽道部分的加工。
装配面部分又叫叶根部分，它使叶片安全可靠地、准确合理地固定在叶轮上，以保证汽道部分的正常工作。
因此装配部分的结构和精度需按汽道部分的作用、尺寸、精度要求以及所受应力的性质和大小而定。
由于各类叶片汽道部分的作用、尺寸、形式和工作各不相同，所以装配部分的结构种类也很多。
有时由于密封、调频、减振和受力的要求，叶片往往还带有叶冠（或称围带）和拉筋（或称减震凸台）。
叶冠和拉筋也可归为装配面部分。
汽道部分又叫型线部分，它形成工作气流的通道，完成叶片应起的作用，因此汽道部分加工质量的好坏直接影响到机组的效率。
航空发动机及燃气轮机涡轮叶片热障涂层技术研究及应用
了分析。简要论述了涡轮叶片热障涂层研究未来将向着 1300 ℃以上超高温陶瓷层、1200 ℃以上抗氧化并与先进单晶高温合金界
面匹配良好的金属黏结层、长寿命且抗 CMAS 性能良好的方向发展。
关键词：涡轮叶片；热障涂层；制备技术；失效分析；航空发动机
中图分类号：V261.93+3
文献标识码：A
doi：10.13477/ki.aeroengine.2021.S1.005
作用，服役环境非常恶劣。热障涂层（Thermal Barrier
0 引言
Coatings，TBCs）具有降低叶片表面温度、提高叶片抗
Байду номын сангаас
涡轮叶片是航空发动机及燃气轮机的核心部件， 高温氧化腐蚀能力、延长叶片服役寿命、降低发动机
处于高温、高压、高速的燃气腐蚀工作环境中，承受着 油耗等优点，是与先进高温结构材料技术、高效冷却
离心力、气动力、温度应力等循环交变载荷与动载荷 技术并重的涡轮叶片三大关键技术之一[1]。
Research and Application of Thermal Barrier Coatings for Aeroengine and Gas Turbine Blades
WANG Bo1，2，LIU Yang3，WANG Fu-de4，ZHANG Yi-xin2，SONG Jia2 （1. School of Materials Science and Engineering，Beihang University，Beijing 100191，China；2. Shenyang Liming Aero-Engine Co.， Ltd.，Shenyang 110043，China；3. Luxun Academy of Fine Arts，Shenyang 110004，China；4. Air Force Equipment Department Second
燃气轮机涡轮冷却叶片设计及优化
燃气轮机涡轮冷却叶片设计及优化燃气轮机是一种高效、可靠的动力设备，广泛应用于发电、航空、船舶等领域。
其中，涡轮是燃气轮机中最关键的部件之一，其叶片的设计与优化对于提高燃气轮机的效率和性能至关重要。
涡轮冷却是涡轮叶片设计与优化中不可或缺的环节。
涡轮叶片在运转时会受到高温高压气流的冲击，如果不及时进行冷却，叶片就会出现烧蚀、断裂等问题，从而影响燃气轮机的工作效率和寿命。
因此，涡轮冷却技术的研究与应用对于提高燃气轮机的性能和寿命具有重要意义。
涡轮冷却技术主要包括内部冷却和表面冷却两种方式。
内部冷却是通过在叶片内部引入冷却介质来进行冷却，常用的冷却介质有空气、氢气、水蒸气等。
表面冷却则是通过在叶片表面覆盖冷却剂来进行冷却，通常采用的是涂覆陶瓷材料或金属涂层等技术。
在涡轮叶片设计过程中，需要考虑叶片的热传导性能、强度和耐腐蚀性等因素，同时还需要根据燃气轮机的工作条件和要求进行优化。
例如，对于高温高压工况下的叶片设计，可以采用多孔陶瓷材料，利用其良好的隔热性能和热工稳定性来提高叶片的耐高温性能。
涡轮叶片的形状和结构也对冷却效果有很大的影响。
例如，采用S 形叶片可以增加叶片表面积，从而提高表面冷却效果；采用弧形叶片可以减小叶片轮廓尺寸，减少叶片的重量和惯性，从而提高燃气轮机的转速和响应速度。
涡轮叶片的设计和优化需要结合理论计算和实验验证。
在计算方面，可以采用有限元法、CFD模拟等技术进行设计和分析；在实验方面，可以通过风洞试验、热试验等方法进行验证和优化。
同时，还需要考虑到制造和成本等因素，确保设计方案的可行性和经济性。
涡轮冷却叶片设计与优化是燃气轮机研究中的重要问题。
通过合理的设计和优化，可以提高燃气轮机的效率和性能，延长其使用寿命，为工业生产和社会发展做出更大的贡献。
科技成果——舰船燃机动力涡轮导向叶片
科技成果——舰船燃机动力涡轮导向叶片技术开发单位沈阳中科三耐新材料股份有限公司技术概述燃机动力涡轮导向器叶片是安装在涡轮导向器内、外环上沿周向等距分布的叶片，位于工作叶片的前方。
在燃烧室中爆发高温高压燃气流经过导向器叶片时被整流且在收敛管道中转化为动能。
导向叶片是涡轮部件中承受温度最高和热冲击力最强的部件。
燃机动力涡轮导向器叶片是某型系列发动机重要部件。
采用K438铸造高温合金，K438合金是镍基沉淀硬化型等轴晶铸造高温合金，是抗腐蚀性能最好的合金之一，使用温度小于900℃。
该合金具有优异的抗热腐蚀性，具有中等水平的高温强度和良好的组织稳定性，主要应用于舰船及地面工业燃气轮机的长寿命涡轮工作叶片和导向器叶片、航空发动机涡轮叶片及耐腐蚀部件。
主要技术指标尺寸要求：叶片通道公差为±0.35mm；叶型型线轮廓度公差为0.25mm。
冶金质量：1、高温拉伸：800℃力学性能，sb³785MPa，d5³3%，Ψ³3%；2、高温持久：815℃持久性能s=420MPa，τ³70h。
3、射线检验：单个缺陷：A区不允许有任何缺陷，其余区域单个缺陷参考3/8″照片6；疏松：A区不允许有任何缺陷，其余区域允许疏松参照3/8″照片7。
4、表面质量：单个缺陷：A区允许有直径不超过0.3mm的单个缺陷；R区允许有直径不超过1.5mm，间距不小于8mm的单个缺陷；B区允许有直径不超过2.0mm，间距不小于6mm的单个缺陷；C区允许有直径不超过2.5mm，间距不小于5mm的单个缺陷；聚集缺陷：A区不允许有任何缺陷；R区允许有直径不超过15mm，的聚集缺陷；B区允许有直径不超过25mm的聚集缺陷；C区允许有直径不超过30mm的聚集缺陷；5、热处理：铸件采用真空热处理，制度：1120℃±10℃，保温2小时，充氩气保护，并以不小于空冷速度冷却。
先进程度国内领先技术状态批量生产、成熟应用阶段适用范围国防舰船主要动力装置。
工业燃气轮机材料体系
工业燃气轮机材料体系
工业燃气轮机材料体系主要包括以下几种材料：
1. 钢铁材料：用于制造燃气轮机的高温部件，如燃烧室、涡轮叶片和转子等。
钢铁材料具有较高的强度、韧性和耐热性，能够在高温环境下保持较好的机械性能。
2. 钛合金：用于制造燃气轮机的轻质部件，如涡轮盘、导流叶片和排气管道等。
钛合金具有较低的密度、高强度和优良的耐蚀性，能够减轻燃气轮机的重量并提高其推进效率。
3. 复合材料：在燃气轮机中应用复合材料可以有效地提高其性能和使用寿命。
复合材料具有较高的强度、刚度和耐热性，能够承受高温和高压的工作环境。
复合材料在燃气轮机中的应用包括燃烧室、喷嘴、隔热层和密封圈等。
4. 陶瓷材料：陶瓷材料具有较高的熔点、硬度和化学稳定性，能够用于制造高温下工作的燃气轮机部件，如喷嘴、涡轮叶片和热障涂层等。
陶瓷材料还可以用于制造燃气轮机的隔热层和密封圈等部件。
工业燃气轮机材料体系是一个综合性的材料体系，涉及多种材料的选择和应用。
在实际应用中，需要根据燃气轮机的具体工作条件和性能要求，选择合适的材料和工艺，以确保燃气轮机的性能和可靠性。