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盐雾腐蚀条件下燃气轮机压气机性能衰退研究
| 论文题名： | 盐雾腐蚀条件下燃气轮机压气机性能衰退研究 |
| 关键词： | 燃气轮机;压气机;盐雾腐蚀;性能衰退 |
| 摘要： | 在高湿度、高盐度的海洋环境下，船用燃气轮机中的发动机内部通流结构很容易发生腐蚀现象，随空气进入压气机的盐雾将造成压气机内叶片表面、叶顶和其他关键部件的腐蚀与失效，对压气机内流场造成影响，使得压气机压比、效率、流量等性能参数都受到影响。由盐雾腐蚀造成的燃气轮机故障事故在国内外多次发生，严重地影响了燃气轮机的安全性和经济性，因此研究压气机盐雾腐蚀造成的性能下降就显得尤为重要。 本文以NASA Stage67型压气机为例，通过化学实验和数值模拟相结合的方法，对海洋环境下压气机盐雾腐蚀对其性能的影响进行研究分析，通过分析内部流场的变化，来找出导致性能衰退的原因，最终研究得到压气机性能衰退与腐蚀程度之间的关系，提供发动机叶片使用寿命的有效参数。本文采用的研究方法及内容如下： 首先，分别对X5CrNiCuNb16-4马氏体不锈钢和X20Cr13马氏体不锈钢两种材料的压气机叶片进行模拟海洋环境的加速盐雾腐蚀实验，通过金相观察、莱卡显微镜观测、失重与失厚测试和电化学实验，得到两种叶片腐蚀的宏观和微观形貌、失重率和减薄率、电化学特性。研究表明，在相同腐蚀条件下，X5CrNiCuNb16-4马氏体不锈钢比X20Cr13马氏体不锈钢具有更好的耐腐蚀性能。 其次，分别对两种材料的叶片进行力学性能测试。研究表明，随着腐蚀时间的延长， X5CrNiCuNb16-4马氏体不锈钢试样的拉伸强度先大幅度下降后逐渐趋缓，而X20Cr13马氏体不锈钢试样的拉伸强度呈线性下降。 然后，采用数值模拟方法，利用实验得到的压气机叶片表面腐蚀试验结果来考察表面粗糙度对以X20Cr13马氏体不锈钢为叶片材料的压气机性能的影响。模拟结果表明，随着叶片表面粗糙度的增大，压气机流量、效率和压比、扭矩和功率都出现衰退现象。高转速条件下表面粗糙度引起的压气机流量衰退量相比低转速条件更大。以 NASA Stage67型压气机为例，得出了由盐雾腐蚀造成的不同粗糙度对压气机损失特性的函数关系。 最后，利用材料腐蚀所产生的叶片重量损失全部集中在叶顶上的方法，将实验得到的叶片重量损失折合成叶顶的磨损损失，通过数值模拟方法，考察叶顶间隙对压气机气动特性、总体性能和内部流动的影响，得到了压气机服役年限下的损失特性的函数关系。 |
| 作者： | 曹磊 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 李淑英 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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