重型燃气轮机用La2(Zr0.7Ce0.3)2O7/YSZ双层热障涂层热循环性能研究

重型发电燃气轮机低排放、高效率的发展目标,要求燃气轮机透平的进气温度不断提高。热障涂层作为保护金属热端部件的重要手段,是实现这一目标的关键技术之一。目前世界上最先进的J级燃气轮机的透平进口温度已经达到1600℃,热端部件表面温度超过1250℃,传统的YSZ热障涂层已经不能满足这一发展需求,因此迫切需要开发温度更高、热导率更低的新型热障涂层。本文对La2(Zr0.7Ce0.3)2O7(以下简称LZ7C3)热障涂层在重型发电燃气轮机中的应用进行了初步验证。结果表明,LZ7C3涂层具有比常规YSZ热障涂层更低的热导率(0.79~0.48Wm^-1K^-1,相对传统YSZ涂层下降30%以上),且在1250℃的高温火焰台架试验中表现出优良的热循环寿命(>7370次),具有良好的应用前景。

重型燃气轮机透平叶片表面粗糙度对换热的影响

以某重型燃气轮机透平第一级静叶的叶型为研究对象,采用商业软件CFX的等效砂粒粗糙度模型研究了表面粗糙度对叶片表面换热的影响。结果表明:表面粗糙度对叶片表面附近的时均流场影响不大;但在叶片典型表面粗糙度下,压力面和吸力面的换热水平分别比光滑表面时高36.6%和33.4%,换热发生恶化;较小的表面粗糙度对叶片前缘换热基本没有影响,但当等效砂粒粗糙度增大到51 μm时,无量纲线平均传热系数反而比光滑表面时减小了15%;根据叶片一维传热过程模型,在换热增强30%时,叶片金属表面平均温度上升17 K,极大地影响了叶片的寿命。

航空发动机和工业燃气轮机热喷涂热障涂层用金属黏结层:回顾与展望

超音速火焰喷涂制作的金属黏结层加料浆喷涂制作的柱状晶结构陶瓷隔热层被视作新一代航空发动机和燃气轮机用热喷涂热障涂层,其中采用的MCrAlY金属黏结层正朝着长寿命、低成本、适用于新燃料的方向发展。本文综述近年来航空发动机和燃气轮机热端部件热障涂层用MCrAlY金属黏结层研究进展,并对涂层的结构设计与成分设计进行探讨。

80 MW等级小F重型燃气轮机启动过程放风优化设计研究

以某成熟燃气轮机为原型,针对80 MW等级小F重型燃气轮机提出了两种放风优化方案。用定常三维/一维数值方法,分别模拟了原型设计和两种优化方案的燃气轮机启动过程,分析了放风量对压气机气动稳定性的影响,并以压气机失速裕度进一步评估了两种优化方案的可靠性。结果表明:随着压气机中间级放风量的增大,启动过程低转速阶段压气机气动稳定性增强,高转速阶段压气机气动稳定性降低;相较而言,压气机中间级放风量小的优化方案更能兼顾低、高转速的稳定运行,最终选择采用该方案作为80 MW等级小F重型燃气轮机的放风优化方案。

基于流热耦合的燃气轮机透平叶顶冷却设计

燃气轮机透平叶顶区域存在复杂的流动和换热问题,承受很高的热负荷。为了降低透平动叶叶顶温度,在透平叶顶现有结构的基础上提出气膜冷却和气膜+内冷通道冷却两种叶顶冷却方案,并通过流热耦合计算分析冷却升级前后叶顶区域的换热和流动特性。研究发现:叶顶气膜冷却方案可有效降低叶顶温度,特别是叶顶前缘至中弦区域;而气膜+内冷通道冷却方案基于外部气膜冷却,结合内部冷却通道设计,可进一步降低叶顶尾缘的温度;与原型叶片相比,气膜+内部冷气通道的复合冷却设计可以使叶顶尾缘最高温度降低24 K。

椭球形轮毂端盖对透平排气扩散器性能的影响

排气扩散器是透平的重要组成部分。以某型号F级燃气轮机为例,通过数值模拟的方法,探究椭球形轮毂端盖对透平排气扩散器性能的影响。研究结果表明:一定轴向长度的椭球形轮毂端盖能显著地抑制轮毂下游的流动分离,减少排气扩散器的总压损失;当改型排气扩散器椭球形轮毂端盖的轴向长度与轮毂直径之比为1时,排气扩散器的总压损失系数相比原型减少约10.75%,静压恢复系数相比原型增加约2.18%;在大流量工况时,与原型相比,改型排气扩散器的性能也有一定程度的提升。该研究对透平的效率提高和升级改造具有重要意义。