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。