国之重器,十载砥砺——重型燃气轮机制造基础研究进展 被引量：16

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作者 范学领 李定骏 +4 位作者 吕伯文 方宇 赵世全 张伟旭 王铁军 《中国基础科学》 2018年第2期32-40,F0002,共10页

燃气轮机被誉为制造业王冠上的明珠,是关乎国防安全、能源安全和保持工业竞争力的战略产业,是一个国家科技和工业整体实力的重要标志之一。燃气轮机制造装备水平的提升依赖于基础研究的重大突破。自国家重点基础研究发展计划(973计划)... 燃气轮机被誉为制造业王冠上的明珠,是关乎国防安全、能源安全和保持工业竞争力的战略产业,是一个国家科技和工业整体实力的重要标志之一。燃气轮机制造装备水平的提升依赖于基础研究的重大突破。自国家重点基础研究发展计划(973计划)实施以来,共支持了两项重型燃气轮机制造基础研究项目。2006年,西安交通大学王铁军教授作为项目首席科学家主持了我国重型燃气轮机制造基础研究的第一个国家973计划项目,2011年项目结题验收为优秀。2012年,项目得到了国家973计划的持续支持。这2个国家973计划项目实施10年来,通过与东方电气集团东方汽轮机有限公司等单位协同创新,将基础理论研究融入企业实践,在高温透平叶片的传热与冷却技术、热障涂层强度理论与检测技术、高温透平叶片增材制造技术、高温透平叶片精密加工与检测技术、热力透平密封技术、轴承转子系统动力学等方面取得了重要进展,初步形成了重型燃气轮机高温叶片自主制造与实验验证能力,包括冷却设计、定向晶成形、涂层制备到试验验证,初步形成了F级重型燃气轮机转子设计、制造与验证能力,支撑了东方电气集团的重型燃气轮机研发,培养了人才,为我国重型燃气轮机自主研发打下了坚实的基础,相关成果及研究队伍可进一步服务于航空发动机和燃气轮机重大专项及企业实践。本文就该项目的研究概况与主要进展进行深入浅出的论述,并对后续研究提出展望。 展开更多

关键词 燃气轮机 制造 热障涂层 高温叶片 转子系统

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重型燃气轮机高温叶片热障涂层烧结问题研究进展 被引量：5

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作者 吕伯文 江鹏 +1 位作者 李定骏 王铁军 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2020年第11期855-870,共16页

燃气轮机是清洁高效火电能源系统的核心动力装备,对保障国家能源安全和国防安全具有重要意义。燃气轮机技术等级的主要标志是透平前燃气温度水平,目前国际先进重型燃气轮机的已达到1500~1600℃,这对燃气轮机高温叶片设计与制造提出了严... 燃气轮机是清洁高效火电能源系统的核心动力装备,对保障国家能源安全和国防安全具有重要意义。燃气轮机技术等级的主要标志是透平前燃气温度水平,目前国际先进重型燃气轮机的已达到1500~1600℃,这对燃气轮机高温叶片设计与制造提出了严峻挑战。为此,科技人员提出了多种应对方案,相对而言,热障涂层制造成本较低,隔热效果显著,是国际公认的重型燃气轮机制造的关键核心技术之一。在长期高温服役环境下,热障涂层系统的陶瓷隔热层会发生显著的烧结现象,从而引起涂层微结构、力学、热学性能的变化,严重影响涂层的热障效果和安全服役。可见,陶瓷层烧结是制约热障涂层长期服役稳定性与寿命的瓶颈之一。介绍了重型燃气轮机热障涂层烧结问题的最新研究进展,包括烧结现象及其表征、烧结力学模型及其行为预测、抗烧结涂层的设计及其验证、抗烧结参数及评价方法等,并对未来研究方向进行了展望。 展开更多

关键词 重型燃气轮机 高温叶片 热障涂层 烧结 模型

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间隙位置和几何对端壁冷却性能的影响 被引量：3

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作者 祝培源 宋立明 +1 位作者 李军 丰镇平 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期175-184,共10页

采用数值求解三维雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和k-ω湍流模型,研究了间隙位置和几何对燃气轮机叶片端壁冷却性能的影响。在验证数值方法正确性的基础上,研究了3种间隙位置对端壁气膜冷却性能的影响,并提出了3种渐缩梯形间隙结构,... 采用数值求解三维雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和k-ω湍流模型,研究了间隙位置和几何对燃气轮机叶片端壁冷却性能的影响。在验证数值方法正确性的基础上,研究了3种间隙位置对端壁气膜冷却性能的影响,并提出了3种渐缩梯形间隙结构,分析了渐缩间隙结构对端壁流动和冷却特性的影响。结果表明,间隙距叶片前缘距离的增大会降低叶片前缘附近马蹄涡影响区域的气膜有效度,但是,当质量流量比大于1.0%时,端壁气膜有效度分布均匀性提高。在质量流量比为0.5%时,间隙位于距叶片前缘0.1倍轴向弦长位置时,会发生主流入侵的现象。相比于原始间隙,3种渐缩梯形间隙均能够显著提高端壁气膜有效度。特别是质量流量比为1%时,3种渐缩梯形间隙使得端壁平均气膜有效度最大增大了105.36%。此外,渐缩梯形间隙还防止了在质量流量比为0.5%时,主流入侵的发生。 展开更多

关键词 端壁冷却 间隙射流 气膜冷却 数值模拟 高温叶片

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高温叶片流热固耦合分析及多目标多学科设计优化 被引量：3

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作者 宋英杰 余广霖 +2 位作者 宋立明 李军 丰镇平 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期2367-2371,共5页

采用共轭换热分析方法,实现了C3X型高温叶片的流热固耦合分析,计算结果与实验数据的比较验证了数值方法的可靠性。结合自适应多目标差分进化算法、多目标概念的约束处理方法和三维叶栅自动参数化造型方法,自主开发了适用于高温叶片的自... 采用共轭换热分析方法,实现了C3X型高温叶片的流热固耦合分析,计算结果与实验数据的比较验证了数值方法的可靠性。结合自适应多目标差分进化算法、多目标概念的约束处理方法和三维叶栅自动参数化造型方法,自主开发了适用于高温叶片的自动多目标多学科优化设计平台。以C3X型叶片为参考叶片,选择总压恢复系数最大和叶片最高温度最低为目标进行优化设计。优化后获得了21个Pareto解。详细气热分析表明优化设计得到的叶片性能明显优于参考叶片,验证了所建立的高温叶片多学科设计平台的有效性。 展开更多

关键词 高温叶片 流热固耦合 多目标 多学科设计优化

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高温叶片用渗铝涂层的研究进展 被引量：3

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作者 齐浩雄 马瑞 +2 位作者 孟国辉 刘梅军 杨冠军 《材料保护》 CAS CSCD 2022年第10期147-161,共15页

高温叶片是航空发动机和燃气轮机最为核心的零部件,然而,高温叶片服役过程中所面临的氧化和腐蚀损伤是其可靠服役的关键问题。在叶片表面制备渗铝涂层,可显著改善其抗氧化和耐腐蚀性能。概述了渗铝涂层从制备到服役以及性能改善所涉及... 高温叶片是航空发动机和燃气轮机最为核心的零部件,然而,高温叶片服役过程中所面临的氧化和腐蚀损伤是其可靠服役的关键问题。在叶片表面制备渗铝涂层,可显著改善其抗氧化和耐腐蚀性能。概述了渗铝涂层从制备到服役以及性能改善所涉及的相关问题。首先介绍了当前制备渗铝涂层的主要技术及涂层形成机理。然后,在此基础上阐述了渗铝涂层的高温氧化和腐蚀机理。随后,概述了当前为提高渗铝涂层的抗氧化和耐腐蚀性能而对渗铝涂层进行的元素改性处理及改性元素的作用。最后,展望了未来渗铝涂层的发展趋势。提出的通过预处理工艺制备大晶粒铝氧化膜技术的思路可为未来高性能渗铝涂层的发展提供参考。 展开更多

关键词 高温叶片 渗铝涂层 氧化 腐蚀

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显著变量识别与高温叶片多学科设计优化方法 被引量：2

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作者 宋英杰 郭振东 +2 位作者 宋立明 李军 丰镇平 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1215-1223,共9页

针对高温叶片气热多学科优化设计问题中设计变量过多造成的维数灾难问题,提出了基于数据挖掘技术的显著变量识别方法。采用显著变量识别方法剔除了对高温叶片Mark II气热性能影响小的设计变量,使设计变量个数从36个减少为15个。通过耦... 针对高温叶片气热多学科优化设计问题中设计变量过多造成的维数灾难问题,提出了基于数据挖掘技术的显著变量识别方法。采用显著变量识别方法剔除了对高温叶片Mark II气热性能影响小的设计变量,使设计变量个数从36个减少为15个。通过耦合共轭换热分析方法、三维叶片及冷却系统参数化方法以及自适应多目标差分进化算法,建立了高温叶片多学科多目标设计优化系统。基于显著变量识别方法获得的设计变量,完成了Mark II型叶片的气热性能多学科设计优化。优化获得了9个Pareto解,典型Pareto解的气热分析结果表明,优化后叶片的气热性能明显优于原始叶片,验证了基于数据挖掘技术的高温叶片多学科设计方法的有效性。 展开更多

关键词 高温叶片 多学科优化 显著变量识别 数据挖掘 共轭换热

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喷雾降温对燃气轮机涡轮叶片损伤的影响 被引量：2

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作者 肖旺 方勇 +1 位作者 黄忠胜 陈成 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期73-80,共8页

建立了燃气轮机高温涡轮叶片损伤评估模型,包括热力学性能计算模型、应力评估模型、热评估模型和交互损伤分析模型,无法测量参数由热力学性能计算模型计算,作为应力评估模型和热评估模型的输入。根据蠕变与疲劳损伤模型分析结果,对进气... 建立了燃气轮机高温涡轮叶片损伤评估模型,包括热力学性能计算模型、应力评估模型、热评估模型和交互损伤分析模型,无法测量参数由热力学性能计算模型计算,作为应力评估模型和热评估模型的输入。根据蠕变与疲劳损伤模型分析结果,对进气道内使用喷雾冷却降温的燃气轮机高温涡轮叶片进行损伤评估,比较了燃气轮机在不同转速以及负荷下,使用喷雾冷却系统前后,高温涡轮叶片损伤的变化,定量评估喷水量对高温叶片寿命的改善。结果表明:启用喷雾冷却系统可以大幅减小因蠕变造成的叶片损伤,在低负荷(30%)时损伤减小的幅度尤为明显,其预期寿命从40000 h延长到50000 h以上,可以大幅延长叶片的使用寿命;在夏季运行时(53%负荷),如果以减少蠕变损伤为目标,可以考虑增加喷水量,从40%~100%,叶片各级蠕变损伤最高可减小13.5%。 展开更多

关键词 燃气轮机 高温叶片 喷雾冷却降温 损伤评估 蠕变与疲劳

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旋转对带斜肋的内流通道冷却和换热的影响

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作者 章大海 孙永航 +1 位作者 石凡奇 王君 《航空计算技术》 2012年第6期37-40,44,共5页

以带45°斜肋的燃气轮机内流方形通道为对象,采用数值模拟的方法对其内部的流场和温度场进行了研究,通过对通道在不同转速下的流场和温度场的计算结果对比可知:旋转状态下,通道内各面换热的变化是和通道内流场的变化密切相关的,其... 以带45°斜肋的燃气轮机内流方形通道为对象,采用数值模拟的方法对其内部的流场和温度场进行了研究,通过对通道在不同转速下的流场和温度场的计算结果对比可知:旋转状态下,通道内各面换热的变化是和通道内流场的变化密切相关的,其中由于哥氏力的不均匀分布,中间大四周小,使得二次流旋涡偏向尾缘;转速越高,温度梯度越大;同时,随着旋转数的增加努塞尔数增大,换热效果增强,并且通道的前表面要比后表面换热效果好。 展开更多

关键词 燃气轮机 高温叶片 带肋通道 旋转

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汽轮机高温叶片用3325YC1钢中析出相的热力学计算及钢的成分优化

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作者 范华 王天剑 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期97-101,共5页

利用热力学计算软件Thermo-Calc计算出不同温度下3325YC1钢中M_(23)C_6和M_2B析出相的含量,以及铬、钨、钼元素含量对这两种相析出温度和析出量的影响;在此基础上通过降低铬、钨、硼含量对钢的成分进行调整,并对成分调整前后钢的高温拉... 利用热力学计算软件Thermo-Calc计算出不同温度下3325YC1钢中M_(23)C_6和M_2B析出相的含量,以及铬、钨、钼元素含量对这两种相析出温度和析出量的影响;在此基础上通过降低铬、钨、硼含量对钢的成分进行调整,并对成分调整前后钢的高温拉伸、疲劳和持久性能进行了对比试验。结果表明:铬是M_(23)C_6和M_2B相的主要形成元素,增加铬含量对这两种相的析出量没有影响;钨是M_2B的主要形成元素,随着钨含量增加,M_2B的析出量增加,但析出温度没有变化;硼含量增加能明显提高Cr_2B和M_2B相的析出量,但不影响它们的析出温度;钢的成分调整后基本不会影响它的高温瞬时拉伸性能和疲劳性能,其在620℃、10万h的Larson-Miller外推持久断裂强度仍高于100 MPa。 展开更多

关键词 汽轮机 高温叶片 析出相 热力学计算

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超超临界汽轮机高温叶片用11Cr-Co-W-Mo-V-Nb-N-B材料的热处理工艺与组织相分析试验研究 被引量：2

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作者 范华 《东方电气评论》 2009年第1期12-17,28,共7页

通过对超超临界汽轮机高温叶片用11Cr-Co-W-Mo-V-Nb-N-B材料的热处理工艺、室温力学性能以及组织相分析的试验研究,掌握了该材料的最佳热处理工艺,为该材料的推广使用奠定了基础。

关键词 超超临界 汽轮机叶片 11Cr—Co—W—Mo—V—Nb—N—B钢材料 热处理工艺 组织相分析

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一种适用于高温涡轮叶片的变形重构方法

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作者 魏莉 位燕辉 +1 位作者 李恒春 丁华雷 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第11期127-131,共5页

针对高温涡轮叶片变形监测的需求,提出了一种检测叶片变形的方案。该方案以Ko位移理论的变形重构算法为基础,以此来实现应变-变形的转换。首先对叶片进行仿真,将获得的应变结果进行重构得到变形结果。接着选取FBG传感器作为测量的应变... 针对高温涡轮叶片变形监测的需求,提出了一种检测叶片变形的方案。该方案以Ko位移理论的变形重构算法为基础,以此来实现应变-变形的转换。首先对叶片进行仿真,将获得的应变结果进行重构得到变形结果。接着选取FBG传感器作为测量的应变传感器,搭建了基于FBG传感器的高温涡轮叶片变形测量实验平台,采用波分复用方式实现高温涡轮叶片应变的分布式测量,叶片变形由相应工况下的变形重构算法确定。通过实验结果与仿真结果的对比,两者吻合程度较好,验证了该实验方法和相应算法的可行性。 展开更多

关键词 高温涡轮叶片 Ko位移理论 变形重构

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高温涡轮叶片变形重构研究

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作者 魏莉 李恒春 位燕辉 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第2期66-70,共5页

高温涡轮叶片在整个设备可靠运行的过程中起着至关重要的作用,因此在工作状态下监测高温涡轮叶片的变形非常重要。这里将高温涡轮叶片简化为二维梁结构,分析了涡轮叶片的主要变形形式,通过变形重构算法建立了应变-变形的数学模型,搭建... 高温涡轮叶片在整个设备可靠运行的过程中起着至关重要的作用,因此在工作状态下监测高温涡轮叶片的变形非常重要。这里将高温涡轮叶片简化为二维梁结构,分析了涡轮叶片的主要变形形式,通过变形重构算法建立了应变-变形的数学模型,搭建了基于FBG的高温涡轮叶片变形检测实验系统,在常温和500℃高温下对叶片施加不同类型的负载,利用光纤光栅传感器检测测点应变并重构叶片的变形;实验结果与ANSYS仿真结果及位移传感器测得的变形结果吻合程度较好,证明了该测量方法和变形重构算法的有效性。 展开更多

关键词 光纤光栅传感器 高温涡轮叶片 变形重构

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高温合金叶片的激光熔覆修复技术研究 被引量：3

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作者 佟永军 张鑫 《航空维修与工程》 2016年第8期60-61,共2页

航空发动机高温合叶片故障件很难修复,采用先进的激光熔覆技术对高温合金叶片进行深度修理具有重要意义。通过采用合适的激光设备、熔覆粉末,并选取合理的熔覆参数以及热处理工艺等,使熔覆粉末在叶片基体上形成有效的熔覆体,该熔覆体的... 航空发动机高温合叶片故障件很难修复,采用先进的激光熔覆技术对高温合金叶片进行深度修理具有重要意义。通过采用合适的激光设备、熔覆粉末,并选取合理的熔覆参数以及热处理工艺等,使熔覆粉末在叶片基体上形成有效的熔覆体,该熔覆体的强度和硬度达到叶片材料性能要求,同时也能保证熔覆体与基体的结合强度,完成高温合金叶片的修复。 展开更多

关键词 激光熔覆 高温合金叶片 深度修理

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通气孔对动叶冷却结构流动和换热特性的影响

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作者 董爱华 颜培刚 +2 位作者 钱潇如 韩万金 王庆超 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期45-51,共7页

为深入研究某型燃气轮高温旋转动叶片内部先进的复合冷却结构,采用三维气热耦合数值计算方法,模拟该叶片外部高温流场、内部前后冷却腔内蛇形折流通道复合冷却结构的流动性能与换热特性,研究前腔蛇形折流冷却通道在采用局部通气孔改进... 为深入研究某型燃气轮高温旋转动叶片内部先进的复合冷却结构,采用三维气热耦合数值计算方法,模拟该叶片外部高温流场、内部前后冷却腔内蛇形折流通道复合冷却结构的流动性能与换热特性,研究前腔蛇形折流冷却通道在采用局部通气孔改进设计的条件下对整个旋转叶片外表面冷却效果与内部冷却通道流阻系数的改善程度。计算结果表明:在给定的冷气流量条件下,无通气孔设计时,叶片内部蛇形折流通道采用的气膜/冲击/扰流复合冷却结构能够对叶片整体带来较好的换热效果,并且叶片内、外表面温度分布都处于合理范围,但由于整个内部折流冷却通道流动阻力较高,导致对冷却气源供应压力要求过大,且前后冷却腔室进口设计压力差别较大;在内冷前腔局部位置设计冷气通孔结构,可有效降低前腔折流通道的流动阻力,在保证叶片换热效果没有受到明显影响的前提下,实现了所需冷气供应压力和冷气量同时显著下降,多腔冷却气体用量得到更好匹配。该改型设计提高了原型叶片的工程应用价值。 展开更多

关键词 燃气轮机 高温动叶 冷却结构 通气孔 数值研究

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电镀CBN砂轮缓进给磨削高温合金叶片窄深槽的试验研究 被引量：8

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作者 康仁科 杨巧凤 +2 位作者 齐威 任敬心 刘亚声 《航空制造技术》 1999年第6期16-18,23,共4页

介绍了ＣＢＮ 砂轮缓进给磨削高温合金的磨削性能及电镀ＣＢＮ砂轮的磨削特点；针对发动机涡轮叶片根部窄深槽的加工难题，研究了电镀ＣＢＮ砂轮的制作和修整方法。

关键词 CBN砂轮 缓进给 磨削 高温合金 航空叶片

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