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透平叶片热态冲蚀特性试验研究

黄新友  
【摘要】:透平是转换工业过程产生的含尘高温高压气体能量的主要动力装置,因转换过程不需要任何燃料同时能有效地抑制氮氧化物的排放,所以得到广泛应用。含尘透平运行过程中因高温气体对叶片表面不可避免的冲蚀,不仅影响叶片型线、破坏气动特性,还危及叶片的强度安全。因此,对叶片材质、强化工艺和涂层开展多温度、变冲角下的冲蚀试验,在拟真实工况下揭示材质的抗冲蚀特性,为优化叶片选材提供依据很有必要。本文对基材钢(1Cr12Mo、X20Cr13、2Cr12NiMo1W1V)、典型涂层(C1涂层)、表面处理工艺(6min与12min钢丸强化)三类六种不同透平叶片材质于200℃~600℃的不同冲角条件下的冲蚀率进行了冲蚀试验,结果表明:叶片因冲蚀的失重均随冲蚀颗粒质量呈线性变化;其中15°~25°冲角之间冲蚀率最大,90°冲角冲蚀率最小;试验基材的冲蚀率随试验温度升高呈先下降后上升趋势,即每种材质具有自身冲蚀率最优温度,此温度下冲蚀率最低;2Cr12NiMo1W1V在200℃与300℃的冲蚀率高于另两种材质,耐冲蚀性差,但在400℃试验温度且冲角40°状态下冲蚀率低于另两种材质;1Cr12Mo经钢丸强化后冲蚀率升高耐冲蚀性降低;C1涂层的冲蚀率随温度升高呈先升高后降低趋势,在高温条件下具有良好的抗冲蚀特性。通过扫描电子显微镜对已冲蚀试件作微观机理分析,发现小冲角(10°~40°)条件下的冲蚀形貌主要以切削、犁削、铲削为主;大冲角(80°~90°)主要以凿削、点坑为主;从微观角度探寻温度升高冲蚀率降低的原因;钢丸强化使材质表面点坑密布且塑性降低,不利于耐冲蚀性的提高;颗粒于高温下对材质的冲击锻打使C1涂层表面布满氧化晶粒,耐冲蚀性提高;本文还通过研究叶片表面弹性特性对冲蚀分布的影响,以此探索冲蚀可控性规律,提出一种基于弹性恢复系数,关于叶片冲蚀可控的新思路。


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