烟气透平叶片抗冲蚀热态试验分析与机理研究

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烟气透平作为极具价值的二次能源回收装置,其在利用高炉炉顶煤气具有的压力能和热能的基础上,通过透平机膨胀做功转化为机械能而驱动发电机发电。  烟气透平中叶片强度和气动特性关系到安全生产和生产效率,由于高温气体工质中的含尘对叶片表面产生气固两相冲蚀,微小颗粒长时间冲撞与研磨,造成了叶片叶形的损坏,同时严重破坏叶片的振动特性,因此研究冲蚀机理,采取防范对策非常关键和紧迫。近年来关于冲蚀的试验范围仍较窄,目标分散,对叶片的材质、涂层、表面处理工艺等抗冲蚀措施的选用还不能形成优选的依据,研究深度和广度亟待加强。尤其冷态工况与热态工况相比,试验会有很大差别,因此有必要利用热态风洞试验台,在选材、试验参数等方面开展更加广泛的热态试验。本研究将有如下部分组成:  (1)热态试验台的建设  采用引风开式、稳定段颗粒可控推入、靶件与颗粒喷口节距可调的热态气固两相风洞,满足稀相气固两相亚音速(M<0.3)流体在全冲角、多性状颗粒、变粒径、变温度条件下的叶片材质冲蚀试验要求;试验台采用计算机通讯,实现试验现场各仪器控制,通过人机界面,直接全局观测各试验段的试验情况,及时、方便地调节风机和风道加热器的参数设定值,采集试验数据。本试验台试验工况稳定,并能满足高效地分析不同叶片材质在不同工况下冲蚀磨损的试验研究需要。  (2)试验研究  在稀相,气流马赫数<0.3的条件下,试验分别以合金钢叶片基材及其喷丸强化后的试件为热态冲蚀试验对象,温度为200℃和300℃,冲蚀试验冲角10°~90°,每10°为间隔,以电子天平记录比较冲蚀试验前后试件的质量损失情况并归纳试件在多种工况温度、不同颗粒速度和冲角为变量下的冲蚀行为。  (3)冲蚀机理分析  通过金属材质表面的扫描式电子显微镜(SEM)成像,分析研究不同冲角下冲蚀差别的微观机理,为强化烟气透平叶片的结构强度和表面处理工艺、优化叶型的气动特性积累理论依据。
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