燃气轮机透平叶片材料及疲劳蠕变研究进展.pdf

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1、第５９卷第２期汽轮机技术Ｖｏｌ．５９Ｎｏ．２２０１７年４月ＴＵＲＢＩＮＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡｐｒ．２０１７燃气轮机透平叶片材料及疲劳蠕变研究进展孙权，纪冬梅，郭恒超（上海电力学院能源与机械工程学院，上海２０００９０）摘要：燃气轮机是当今乃至未来很长时间的高效能源转换与清洁利用系统的主要动力装置，其安全、高效和清洁的优势得到了很多国家的重视；然而，燃气轮机涡轮和其它透平一样，受到疲劳和蠕变问题带来的困扰。概述了近年来燃气轮机透平叶片材料的进展，综述了解决叶片材料疲劳蠕变等问题的进展，并对相关问题进行了初步展

2、望。关键词：燃气轮机；透平叶片；疲劳；蠕变分类号：ＴＫ４７１文献标识码：Ａ文章编号：１００１-５８８４（２０１７）０２-００８１-０３ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＧａｓＴｕｒｂｉｎｅＢｌａｄｅＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＣｒｅｅｐ-ｆａｔｉｇｕｅＳＵＮＱｕａｎ，ＪＩＤｏｎｇ-ｍｅｉ，ＧＵＯＨｅｎｇ-ｃｈａｏ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙ＆ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９０，Ｃｈｉｎａ）Abstra

3、ct：Ｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｉｓａｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｌｅａｎｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｔｐｒｅｓｅｎｔａｎｄｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅｆｏｒａｌｏｎｇｔｉｍｅ．Ｄｕｅｔｏｓａｆｅｔｙ，ｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｃｌｅａｎ，ｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｇｅｔｓａｌｏｔｏｆｎａｔｉｏｎａｌａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ａｓｓａｍｅａｓｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅ，ｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｉｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｆａｔｉｇｕｅａｎｄｃｒｅｅｐｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｔｈｅｒ

4、ｅｃｅｎｔａｄｖａｎｃｅｓｉｎｔｈｅｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｏｎｆａｔｉｇｕｅａｎｄｃｒｅｅｐｏｆｔｈｅｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ａｎｄｓｏｍｅｒｅｌａｔｅｄｐｒｏｂｌｅｍｓａｂｏｕｔｔｈｅｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｗｅｒｅａｌｓｏｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Keywords：gasturbine；turbineblades；fatigue；creep和工艺，使燃气轮机叶片在性能上得到了很大提高，但仍很０前

5、言难满足工程上的需要。总结燃气轮机透平叶片材料及其工艺的进展历程以及研究燃气轮机透平叶片疲劳蠕变的发生自２０世纪３０年代诞生以来，燃气轮机发展迅速。用于机理对进一步研究燃气轮机透平有很大意义。发电的重型燃气轮机联合循环热效率已达到６０％，是人类目前已掌握的热－功循环效率最高的大规模商业化发电方式。１透平叶片材料的研究进展目前，燃气轮机大部分以天然气和燃油为燃料，据统计全球天然气和燃油发电量占发电总量的五分之一，是继煤电和核历经数十年的发展及工业上的需要，燃气轮机参数不断电之后当今世界第三大发电方式。我国燃气

6、轮机发电技术提高，部分重型燃气轮机透平的进口温度已经达到１７００℃，开始于２０世纪５０年代，但由于技术和资源的影响，发展速透平所承受的负荷大大增加，导致了透平叶片使用环境更加度相对缓慢。进入２１世纪，我国逐渐重视燃气轮机技术的苛刻，促使了叶片材料的迅速发展。研究，近海天然气资源的开发、“西气东输”工程及引进国外透平叶片是燃气轮机高温部件运行条件苛刻的主要部［１］天然气资源工程全面展开。我国在已经完成燃气轮机设件，也是事故的高发部件。透平叶片在运行过程中主要受到计方案的基础上，生产出了首台具有自主知识产权的重

7、型燃以下方面的影响：［２，３］气轮机。“十二五”期间，我国将燃气轮机的３个主要部（１）高速燃气对叶片的冲击力及气动磨损。分（压气机、燃烧室和透平）的研究作为长期发展计划，并在（２）高速转动过程的强烈振动。此基础上完成了多个试点工程。“十三五”规划中将包括航（３）燃气轮机在启停和变工况过程中所引起的热应力。空发动机和燃气轮机等多个工程作为科技创新２０３０－重大（４）高温气体对叶片产生的氧化腐蚀。项目。与发达国家相比，我国的燃气轮机技术还是相对落（５）燃气轮机在长期运行过程中产生的离心力。［４，５］后，其中热端

8、部件的材料及加工技术滞后是其原因之一。经过数十年的发展，透平进口温度从２０世纪４０年代的燃气轮机的入口温度每提高１００℃，输出功率约提升２０％～７００℃提高到现今的１７００℃，每一步的提高都离不开先进的２５％，节省燃料６％～７％；但是随着温度的提高，叶片的疲劳设计理念、优越的制造技术和使用有效的防护涂层，更离不［６］［７］蠕变等问题随之而来。叶片是燃气轮机的核心部件，处在开用于铸造高压透平叶片的高性能合金的使用。