汽轮机固体颗粒冲蚀特性及防治研究进展

随着超超临界汽轮机的发展,机组蒸汽参数不断提高,蒸汽管道内壁氧化产生的氧化物会加剧剥落,氧化铁粒子随着主蒸汽进入汽轮机通道,对叶片产生严重的冲蚀破坏。同时随着我国电力消费结构的变化,电昼夜峰谷差逐渐增大,风电、光伏等新能源发电迅速发展,新能源发电的消纳成为关键问题,超超临界机组也面临承担电网调峰的任务。对于高参数、大容量的机组,其发电量和经济性得以提高,然而新的技术问题又摆到了面前,即固体颗粒冲蚀问题,解决固体颗粒冲蚀问题至关重要。从粒子冲蚀行为的影响因素出发,主要包括粒子撞击速度、粒子撞击角度、粒子尺寸、粒子形状等角度出发,从根本上来分析粒子的冲蚀行为及冲蚀机理。针对动静叶片分析了粒子的冲蚀程度及冲蚀区域,指出调节级喷嘴所受冲蚀程度较动叶严重,随着长时间的粒子冲蚀,叶片会产生严重的缺口,机组经济性降低的同时安全性也大大降低。同时从表面涂层技术的应用、叶栅型线的改变、粒子分离方面来探究解决或降低冲蚀破坏的方法。在此基础上,对汽轮机固体颗粒冲蚀问题的研究前景做出了展望。

空气钻井钻具冲蚀磨损机理的分析

空气钻井技术受到越来越多的重视,针对空气钻井中钻具冲蚀磨损严重的现象,首先从阐释冲蚀本质入手,随后对现有的有影响力的冲蚀磨损理论对比分析,得出适合于空气钻井的3套冲蚀磨损理论,并分别进行详细阐述。这3种理论将从不同角度来解释空气钻井钻具的冲蚀磨损机理。微切削理论适用于解释钻屑粒子低入射角的切削情况;变形磨损理论从变形历程及能量变化角度解释了冲蚀现象;二次冲蚀理论从颗粒破碎后对钻具的二次冲蚀角度,更合理地阐述了冲蚀机理。最后就影响钻具冲蚀磨损的主要外部因素——钻屑粒径、几何形状、冲击速度、冲击角度、井内温度进行了定性分析。

固体颗粒冲蚀磨损模型的建立及有限元分析

着眼于固体颗粒冲击壁面的微观动态过程,建立了基于有限元(FEM)方法的颗粒冲蚀数值计算模型,模型中充分考虑了颗粒形状、冲击参数、材料特性等因素以及多颗粒重合打击的影响,通过引入弹塑性本构模型和失效模型描述金属材料的变形及失效行为,研究了冲蚀因素对冲蚀速率及表面变形特征的影响规律。结果表明,模型能够完整的展示冲击的动态过程,预测了颗粒冲蚀金属材料表面所造成的变形及失效破坏现象,多颗粒冲击造成材料表面的累计破坏使冲蚀量增大,冲蚀速率逐渐趋于稳定。为使模型能够合理的预测高应变率条件下材料变形,修正了本构模型中的应变率项,修正后的模型计算得到的冲蚀速率随冲击角的变化规律与工程实际更加符合,为今后微观颗粒冲蚀模型的建立及应用打下了理论基础。