第一篇：高溫材料在燃氣輪機中的應用和發(fā)展

華東理工大學

高溫材料在燃氣輪機中的應用和發(fā)展

燃氣輪機在過去幾十年中取得了突飛猛進的發(fā)展。燃氣輪機具有熱效率高、污染少、耗水少等優(yōu)點，參與聯(lián)合循環(huán)的燎氣輪機組能達到更高的熱效率，因而燃氣輪機在電力上的應用越來越廣泛。材料是先進燃氣輪機設計、制造技術的基礎和保證條件，特別足高溫材料，沒有先進的高溫材料就不可能設計制造出先進的燃氣輪機。高溫合金材料是燃氣輪機材料中極其重要的組成部分。在燃氣輪機燃燒室、導向葉片、渦輪動葉片以及渦輪盤等部位上都有著廣泛的應用。本文就當前燃氣輪機所采用高溫合金的主要特點及新技術的應用情況進行了說明和分析，并對目前世界主要國家的研制水平和發(fā)展趨勢進行了簡要的介紹。

一

概述

高溫合金材料是現代燃氣輪機所必需的重要金屬材料，它能在高溫（一般指600到1100度）氧化氣氛中和燃氣腐蝕條件下承受較大應力，并長期使用。20世紀40年代初，英國在鎳—鉻電熱材料的基礎上用鋁和鈦等元素對合金進行強化，促進了鎳基高溫合金的發(fā)展，同時也為燃氣輪機性能的提高創(chuàng)造了必要條件。隨后，美國和前蘇聯(lián)也相繼研制了高溫合金。我國自20 世紀50年代末至今，從無到有，由仿制到獨創(chuàng)，基本上形成了我國的高溫合金材料系列和科研生產基地。

二 高溫合金材料的分類

高溫合金按基體分類有鐵基、鎳基和鈷基合金。實際上加入了大量的合金

華東理工大學

定。

4.2 導向葉片用高溫合金

導向葉片的第一級是渦輪發(fā)動機上受熱沖擊最大的零件之一。但由于它是靜止的，所受的機械負荷并不大。通常由于應力引起的扭曲、溫度劇烈變化引起的裂紋以及過燃引起的燒傷，使導向葉片在工作中經常出現故障。根據導向葉片工作條件，要求材料具有如下性能：足夠的持久強度及良好的熱疲勞性能；有較高的抗氧化和抗腐蝕的能力；如用鑄造合金，則要求具有良好的鑄造性能。

4.3 渦輪動葉片用高溫合金

渦輪工作葉片是渦輪發(fā)動機上最關鍵的構件之一。雖然工作溫度比導向葉片要低些，但是受力大而復雜，工作條件惡劣，因此對渦輪葉片材料要求有：高的抗氧化和抗腐蝕能力；高的抗蠕變和持久斷裂的能力；良好的機械疲勞和熱疲勞性能以及良好的高溫和中溫綜合性能。

4.4 渦輪盤用高溫合金

渦輪盤在工作中受熱不均，盤的輪緣部位比中心部位承受較高的溫度，產生很大的熱應力。榫齒部位承受最大的離心力，所受的應力更為復雜。為此對渦輪盤材料要求有：合金應具有高的屈服強度和蠕變強度；良好的冷熱和機械疲勞性能；線膨脹系數要小，無缺口敏感性，較高的低周疲勞性能。

五 高溫合金的發(fā)展趨勢和新技術

為滿足新一代的燃氣輪機對高性能材料的需要，除在定向凝固鑄造技術和單

華東理工大學

噴涂CoCrAlSiY/ZrO2剃度涂層是沿高溫合金基體至涂層表面的厚度方向上，ZrO2含量逐漸增加，CoCrAlSiY 含量逐漸減少，表現出涂層成份剃度化分布，剃度涂層層與層間無明顯的成份突變，組織呈連續(xù)變化，大大提高了涂層與基材的結合強度。該種涂層最大厚度可達180μm，可降低100~150度的工作溫度。電子束:剃度涂層是通過制備一定直徑的靶材，當電子束射擊靶材時，通過靶材中的元素蒸發(fā)和真空室中連續(xù)供給氧氣的技術，使金屬Zr和Y 原子在CoCrAlY涂層表面形成在Y2O3中穩(wěn)定的ZrO2涂層。涂層成份的變化通過控制電子束噴涂設備的功率來調整。該種涂層最大厚度可達120μm。

可以預見，今后將會有更多的不同元素組成的涂層應用于燃氣輪機高溫部件上，這樣就可以大大提高燃氣輪機的效率、可靠性和經濟性，滿足不同用途燃氣輪機的使用要求。

六 現有水平及發(fā)展趨勢

美國在20世紀90年代推出了一些新型鎳基合金，Haynes242,230,214和556等。新型Inconel718.合金已用于美國F-117飛機發(fā)動機的尾噴管蜂窩夾芯板，該蜂窩夾芯板用超塑性成形擴散連接加工而成，能耐高溫、壓力和聲壓。Haynes242為Ni-Mo-Cr時效硬化合金，具有較高的強度和塑性、良好的抗氧化性和低熱膨脹系數，可不用涂層防護，目前這種合金制成的發(fā)動機構件現已進入試車階段，主要用于發(fā)動機環(huán)形件和件。Haynes230成份Ni-22%Cr-14%W2%Mo，主要用于發(fā)動機燃燒室部件和密封件等。Haynes214的成份為Ni-16%Cr-4.5% Al-13%Fe-Y，它是一種優(yōu)良的抗氧化材料，用于蜂窩密封件時，其性能為Hastelloy的8倍。Haynes556為Fe-M-Cr-Co合金，為用于高溫合金的新型焊接材料，主要也用于發(fā)動機構件。

華東理工大學

金材料，如國際鎳公司發(fā)展的低膨脹系數合金4005（42Ni-29.5Fe-18Co-6Al-3Nb-1.5Ti）等。合金發(fā)展的一個主要特點是日益提高加入合金元素的總量。

我國正在開發(fā)一種用于680-700度盤件生產的新型Inconel718（中國牌號GH4169）合金。該改型合金基于Ni-19Cr-18Fe-3Mo-B，W(NB)較高，為5.2%-5.5%Ni+Ti+Al摩爾分數控制在6.5%-7.5%范圍內，(Al+Ti)/Nb 原子比控制在1.1-1.4范圍內，w（W）1%-2%為增強固溶強化效果，有時添加低含量的Co，一定含量的P作為該新型合金的晶界強化元素。該改型718合金的科研開發(fā)目的在于提高合金性能以得到高質量特別是更長的應力斷裂壽命及提高650-700度的溫度特性。目前改型718合金的目標是作為700度的盤件材料。其改變如下：（1）高溫強度（例如700度）特別是應力斷裂壽命和蠕變性能必須與傳統(tǒng)Inconel718在650度時的性能相同；（2）調整主要強化元素Nb,Ti，Al（沒有添加貴重元素Ta），同時保持γ1和γ2沉淀強化特性；（3）加入少量固溶強化元素，例如W和Co，但Co 含量應盡可能控制得低；（4）P作為一種新的晶界強化元素加入到合金中。另一種我國自主研制的γ沉淀硬化鎳基高溫合金GH4133(GH33A)，w(Nb)1.15%-1.65%，已生產20多年，廣泛應用于700度的各種噴氣發(fā)動盤件上。為進一步提高持久（蠕變）強度和斷裂韌性，采用加Mg 微合金化，增強晶界強化效應，發(fā)展和生產了GH4133B合金，目前我國民航機的噴氣發(fā)動機渦輪盤,燃氣輪機都使用了該合金。

燃氣輪機廣泛應用于現代的發(fā)電、航空航天、船舶等領域，燃氣輪機技術水平的高低已成為一個國家科技水平、軍事實力的綜合國力的重要標志之一。通過分析目前世界先進發(fā)電燃氣輪機各主要部件的使用材料，及對未來下一代燃氣輪機使用材料的發(fā)展趨勢進行討論，可以有效把握和促進國內當前燃氣輪

第二篇：燃氣輪機在船舶動力方面的應用

燃氣輪機在船用動力方面的應用與發(fā)展

邵高鵬

（清華大學汽車系，北京 100084）

摘 要：介紹船用燃氣輪機的工作原理和特點，對比燃氣輪機和內燃機性能的優(yōu)缺點，總結燃氣輪機應用于船用動力的現狀和未來的發(fā)展方向。

關鍵詞：船用燃氣輪機；原理；應用；發(fā)展方向；

1．引 言

燃氣輪機動力裝置在50年代開始用于船舶，在此之前，水面艦艇都已蒸汽輪機和內燃機作為其動力裝置，大型艦船以蒸汽輪機為其主要的動力裝置，蒸汽輪機的優(yōu)勢在于技術相對簡單，制造相對容易，但是其同樣存在油耗大，占用空間大等等劣勢，而柴油機的單機功率有限，必須采用多機并用。并且由于燃氣輪機汽固有的一些優(yōu)點，使得它逐漸向柴油機動力在船舶動力上的統(tǒng)治地位發(fā)起了挑戰(zhàn)。最初的燃氣輪機還只能應用與軍用艦艇，但是隨著燃氣輪機技術的發(fā)展，燃氣輪機在商船上也逐步得到了推廣。

2．船用燃氣輪機的工作原理

船用內燃機的循環(huán)模式可以分為簡單開式循環(huán)，其工作過程同內燃機類似，也可以分為吸氣、壓縮、做功及排氣四個工作行程，但是與內燃機又有很大的不同，下圖中是一種燃氣輪機的結構示意圖。

軸流壓氣機的轉子高速回轉，在壓氣機的進口處產生吸力，將新鮮空氣吸入壓氣機，對應著吸氣的過程?？諝庠谳S流壓氣機中增壓，壓力和溫度都有升高，空氣繼續(xù)流動經過擴壓器，減速增壓進入燃燒室中，此時的空氣溫度和壓力都較高，比容很小，這就實現了空氣的壓縮過程。在空氣進入燃燒室的同時，燃油同時噴入與空氣混合形成可燃混合氣，點燃后迅速燃燒，溫度繼續(xù)升高，而壓力變化不大（由于流動損失的存在）；高溫高壓的燃氣，經過渦輪的靜葉的導向之后沖擊渦輪的動葉葉片，推動葉片使渦輪轉子高速轉動而產生轉矩。渦輪常分為兩級，第一級渦輪（高壓渦輪）上產生的轉矩用于驅動與之聯(lián)動的壓氣機，第二級渦輪（動力渦輪）上產生的轉矩經過傳動軸和減速箱輸出，這就是燃氣輪機的燃燒和做工過程。經過兩級渦輪的燃氣經廢氣箱和煙囪排入大氣，是燃氣輪機的排氣過程，這部分氣體中仍然含有一些能量，可以把這部分能量加以利用來提高整機的工作效率。

除了簡單開式循環(huán)外，船用燃氣輪機還有一些更為復雜的循環(huán)型式，包括回熱機組和中冷機組等等?；責釞C組中排氣溫度高，經回熱器(即換熱器)先把壓氣機出口的空氣加熱，然后空氣再進入燃燒室，優(yōu)點是可以提高熱效率，但是會增加機器的重量和尺寸；中冷機組在壓縮過程中采用中間冷卻，這樣可以減小高壓壓氣機的壓縮功，使單位流量工質的輸出功增大。

3．船用燃氣輪機的特點

燃氣輪機雖然發(fā)展比內燃機和蒸汽輪機稍晚，但是很快便在航空領域取得了絕對的統(tǒng)治地位，并在船用動力系統(tǒng)中也得到了廣泛的應用，與傳統(tǒng)的內燃機動力和蒸汽輪機等相比，燃氣輪機能夠克服很多它們的缺點，但是也有一些自身慣有的不足。

與柴油機相比，船用燃氣輪機有以下特點：

1.燃氣輪機工作時雖然同樣經歷吸氣、壓縮、做功和排氣四個環(huán)節(jié)，但是這些環(huán)節(jié)是分別在不同位置同時、連續(xù)地進行的，各裝置的工作過程互不干擾而且又同時進行，而柴油機要等一個沖程結束后才能開始另一個沖程。

2.燃氣輪機以高速回轉方式工作，它的主要運動部件壓氣機轉子和渦輪轉子等都經過精確地調節(jié)平衡，因此燃氣輪機在高速轉動的過程中沖擊小，平穩(wěn)性好。而活塞式內燃機運動方式為往復運動，工作時有較強的沖擊。

3.相比內燃機，燃氣輪機有更高的工作溫度，而燃燒膨脹壓力較低。4.燃氣輪機啟動時需要強制點火，而正常運行之后則可以自燃，而內燃機一般只有一種固定的著火方式。

5.燃氣輪機運行時沒有時間和角度的要求，也沒有正時的問題，燃氣輪機的燃油噴射是連續(xù)不間斷的，而內燃機只在一個循環(huán)中的某個階段進行噴油。

一般來說，與船用柴油機相比，燃氣輪機的優(yōu)點主要有：

1.比功率大，重量輕，體積小。在同等功率的各種內燃機中，燃氣輪機具有最輕的重量和最小的體積。船用燃氣輪機單位功率重量，只有高速柴油機的十五分之一或更小。

2.船用燃氣輪機對功率指令反應迅速，低溫起動性，加速性良好，且起動后立即可投入全負荷工作。不必“暖車”，不必慢慢提速，有利于提高艦船的機動性。

3.燃氣輪機工作時有充足的空氣來滿足燃油燃燒所需。由于燃燒完善，從而保證在起動、加速、變速及正常運行等不同工況下排氣都不會冒黑煙。這個突出的優(yōu)點，大大提高了軍用船艦的隱蔽性。

4.燃氣輪機結構緊湊，傳動機構較少，工作極為平穩(wěn)，不震動，工作噪音。尤其是高頻噪音較小。便于安裝封閉式機罩而對機組實行整體隔音、降噪，從而使機艙工作條件得到改善。在一定程度上也能提高船艦的隱蔽性。

5.燃氣輪機工作可靠性高，故障較少發(fā)生。同時拆卸、維修、安裝都較方便。與船用柴油機相比，船用燃氣輪機具有以下缺點:

1.耗油率偏高，尤其是小型船用燃氣輪機。但隨著技術的發(fā)展，已得到很大改善。2.燃氣輪機的工作轉速很高，但輸出扭矩較小，必須通過減速箱降速提高扭矩才能輸出作功。然而配套的減速箱減速比都比較大，其重量甚至大于燃氣輪機本身，增加了結構的復雜性。

3.燃氣輪機工作當中耗氣量特別大。故進氣通道及排氣煙囪尺寸都較大，占用了船 艙的部分空間容積在小噸位船上布置起來有些不便。4.燃氣輪機的構造較復雜精細，制造材料和工藝要求都很高，因而它的造價較柴油機高，維修配件也比較貴。

5.為滿足燃氣輪機高速、高溫工作所需，對使用的潤滑油有較嚴格的要求，必須具有良好的潤滑性及抗高溫的熱穩(wěn)定性。燃料則用熱值高，含雜質、水分少，尤其是含硫分低的優(yōu)質輕柴油，因而在一定程度上限制了使用范圍并增加了營運成本。

4．燃氣輪機應用于船舶的狀況

1.軍事方面：英國于1967 年率先提出實行水面戰(zhàn)艦全燃汽輪機推進的動力政策。1969年以后，高性能船舶燃氣輪機LM2500 研制成功，美國海軍動力裝置迅速走上了全燃推進的道路，并在裝艦數量上遠遠超過了英國。原蘇聯(lián)一直是船舶燃氣輪機的最大使用國，其海軍裝用燃機的艦艇數、燃機臺數和裝機總功率均占世界第一位。80 年代初，日本海軍步英國、美國和原蘇聯(lián)后塵也走上了全燃推進的道路。最近十多年，其燃機裝艦的速度和規(guī)模均超過了英國。目前的護衛(wèi)艦，尤其是裝備現代武器的大型護衛(wèi)艦，采用燃機(含柴燃聯(lián)合裝置)推進日益增多；在驅逐艦和巡洋艦中，燃汽輪機將取代蒸汽機，成為兩艦種的動力裝置；輕型航母也傾向于采用燃機驅動。我國第一艘裝備燃氣輪動力的“舷號452”氣墊登陸艇于1989年服役，成為我海軍發(fā)展史上的一個重要里程碑。后來又在一些中大型軍艦，如舷號112、113、168、169等驅逐艦上，裝備了多種不同型號的燃氣輪機動力，為海軍的現代化建設奠定了牢固基礎。2001年，以沈陽黎明公司為研制總成單位、六〇六所為總設計單位，聯(lián)合清華大學、中科院、上海交通大學等科研院所和有關企業(yè)，組成設計研制項目聯(lián)合體，借鑒國外技術，引進國外智力，共同研制R0110重型燃氣輪機。這一項目被列為國家“十五”期間“863”能源領域重大專項。2009年，重型燃氣輪機己進入最后聯(lián)調及試驗驗證階段。輸出功率預計可達114500kW，可以作為中型常規(guī)航空母艦的主動力。這對于提高我國的綜合國力具有積極推動作用。

2.民用船舶：近十年來，燃氣輪機在高速渡船中得到大量應用。具有代表性的是瑞士斯坦納航運公司營運的三艘HSS1500大型高速渡船。大型旅游船和高速集裝箱船采用燃機推進是船用燃機在商船應用領域中的又一個重大突破。在商船推進領域中，船舶燃氣輪機正在向船用柴油機的世襲地位挑戰(zhàn)。

5．船用燃氣輪機的未來發(fā)展方向

近20 年來，隨著燃氣輪機技術的發(fā)展、高性能航空發(fā)動機的改裝以及在燃氣輪機熱力循環(huán)方面的開發(fā)研究，船用燃氣輪機的性能日益先進，技術日臻完善。船用燃氣輪機技術發(fā)展方向主要有以下幾個方面。

1.提高燃氣輪機參數，改進部件設計，提高簡單循環(huán)機組性能，由于艦船對高性能燃氣輪機的需求，近20 年來推出了多型大功率高效燃氣輪機組。通過提高初溫和壓比、改進部性能等措施，在簡單循環(huán)下機組效率超過40%，如GE公司的LM6000PC、R-R公司的MT30等。在推出新機組的同時，各大公司不斷提高原有機組的性能。

2.采用先進的復雜循環(huán)，提高機組性能采用回熱循環(huán)、間冷－回熱循環(huán)等復雜循環(huán)，是提高燃氣輪機性能的另一條途徑。對于低壓比小功率船用燃氣輪機，通過增加回熱器形成回熱循環(huán)來提高效率；對于高壓比三轉子大功率船用燃氣輪機，增加中間冷卻器和回熱器形成間冷回熱循環(huán)，可增大功率、提高效率。

3.采用燃蒸聯(lián)合循環(huán)，提高裝置的功率和效率在燃氣輪機后增加一個利用排氣熱量的余熱利用回路，用來產生蒸汽并使它在蒸汽輪機中做功，然后蒸汽輪機與燃氣輪機并車驅動螺旋槳。這種燃蒸聯(lián)合裝置可明顯地提高裝置的輸出功率和效率。燃蒸聯(lián)合循環(huán)的效率將達到45%～50%，在使用低壓蒸汽時，整個系統(tǒng)的能量利用率高達80%。

4.燃氣輪機發(fā)電模塊是未來艦船燃氣輪機的主要應用方向綜合電力系統(tǒng)是今后艦艇動力的發(fā)展方向，其主要特點是將推進動力與電站動力合二為一，為艦船裝備高能武器奠定電能基礎。綜合電力系統(tǒng)對電站總功率的需求大幅度增加，這就要求單臺發(fā)電機組的功率成倍增長，傳統(tǒng)意義上的柴油機發(fā)電機組已不能滿足這種變化要求。燃氣輪機單機功率大、輸出轉速高，特別適合作為綜合電力系統(tǒng)的原動力.5.低NOx排放燃燒室的研制對陸地和空中推進裝置日益嚴格的排放要求，未來艦船的主動力裝置應滿足今后的排放法規(guī)，以保證艦船在世界各國港口均能順利入港。通常用于陸基燃氣輪機的干式低排放系統(tǒng)采用貧預混燃燒室，但是這些裝置大多數是以氣態(tài)燃料運行而不是使用餾出油。英國羅爾斯·羅伊斯公司正承擔一項計劃，根據貧預混預氣化(LPP)原理生產使用餾出燃油的液體干式低排放系統(tǒng)。此項工作已證明，在高功率下可以使NOx排放減少到是常規(guī)擴散火焰技術的10%。

參考文獻：

[1]吉桂明.船舶燃氣輪機技術和應用的展望吉桂明[J].艦船科學技術,2000.05.06 [2]王志安.船用燃氣輪機技術的發(fā)展方向及我國發(fā)展途徑的思考[J].熱能動力工程,2011.07 [3]牛金章，鄧武安.燃氣輪機的發(fā)展及其在艦船上的應用[J].學術園地，2010.07 [4]聞雪友.現代艦船燃氣輪機發(fā)展趨勢分析[J].艦船科學技術，2010.08

第三篇：高溫合金材料的應用與發(fā)展

高溫合金材料的應用與發(fā)展分析

李桃山

王保山

南昌航空大學飛行器工程學院100631班：10號

南昌航空大學飛行器工程學院100631班：20號

摘 要：

本文主要介紹高溫合金材料的定義及加工特點，通過了解合金的使用范圍及選擇標準，使更好的發(fā)展運用在各個領域。隨著工業(yè)技術的發(fā)展。要求使用具有耐更高溫度下的疲勞、蠕變、熱穩(wěn)定性以及抗氧化性能的高溫材料，以適應先進設備（主要是航空運用）的設計要求，因此近半個多世紀以來人們從未停止過對的各種高溫合金材料研發(fā)。從我國高溫材料的發(fā)展歷程與現狀分析認為，我們應該發(fā)揚民主, 軍民結合, 發(fā)揚全國一盤棋的精神, 形成一個和諧的集體，使我國高溫合金體系建立在一個更堅實的基礎上。

關鍵字：高溫合金材料 合金分類 應用 合金發(fā)展前景 選擇標準 前 言：

高溫鈦合金以其優(yōu)良的熱強性和高比強度，在航空發(fā)動機上獲得了廣泛的應用。類似的高溫合金材料在未來很長的一段時間應該是王牌型材料，在科技日新月異的今天，對高溫合金材料的研究與來發(fā)具有很高的實際意義與戰(zhàn)略意義。未來的航空航天飛行器及其推力系統(tǒng)，要求發(fā)展比現有的Ti64和Ti6242合金的強度、工作溫度和彈性模量更高，密度更小，價格更低的高溫合金材料，因此，高溫合金材料的是航空材料的發(fā)展主流。

一、高溫合金材料的定義及加工特點

高溫合金定義：高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應力作用下長期工作的一類金屬材料。并具有較高的高溫強度，良好的抗氧化和抗腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能。高溫合金為單一奧氏體組織，在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性。高溫合金加工特點

對于鎳合金、鈦合金以及鈷合金等高溫合金來說，耐高溫的特性直接提高了加工難度。在加工時的重切削力和產生的高溫共同作用下，使刀具產生碎片或變形，進而導致刀具斷裂。此外，大多數此類合金都會迅速產生加工硬化現象。工件在加工時產生的硬化表面會導致刀具切削刃在切深處產生缺口，并使工件產生不良應力，破壞加工零件的幾何精度。加工鈦合金同樣面臨這些問題。盡管加工鈦合金所需的切削力只比鋼稍微高一點，但由于鈦合金的特殊性能，使加工它比加工同等硬度的鋼要困難得多。主要有以下幾點：

1）鈦合金和其它高溫合金一樣，也容易產生加工硬化；

2）鈦基合金導熱能力很低，使加工時產生的所有熱量幾乎都集中在切削刃上；

3）鈦合金的彈性模量很小，尤其是在重切削力時，使工件容易受刀具偏移和震動的影響；

4）最嚴重的是鈦合金比其它高溫合金化學性能都要活潑，這一點使鈦合金工件在加工時很容易與刀具發(fā)生化學反應，從而導致工件產生縮孔。

因為以上原因，加工耐高溫合金需要特殊的加工技術，這里就不詳細列出。

二、合金使用范圍及選擇標準

在540 ～ 815℃高強度應用場合主要采用析出強化合金。這些合金體系均包含通過鎳、鋁、鈦或鈮的析出物(Ni3 Al、Ni3 Ti、Ni3 Nb)以及固溶強化元素(如Mo)加以強化的奧氏體基體。

當析出物過剩并隨溫度升高開始溶解時,說明這些合金已達到溫度極限。但是,通過增加析出成形元素(Ti、Al、Nb),可以提高其耐熱性。此外,還必須持續(xù)增加鎳含量,以形成金屬間析出物,并穩(wěn)定合金含量更高的奧氏體結構。還可以添加鈷元素,降低析出物的溶解傾向。添加鎢和鉬等難熔元素,可提高高溫硬度。所有這些添加元素可改善耐熱性能,但亦使合金成本大幅提高。

選擇合金取決于力學性能要求(即強度、蠕變、疲勞)以及最高使用溫度。典型高溫合金的成分、力學性能和使用溫度上限分別見表

1、表2。

A286的名義鎳含量為25% ,成本較低。

按耐熱性能的升序排列,其他常用合金有901、718、X750、751、Waspaloy和Pyromet 41與720合金。表1所示為本系列材料逐漸增加的合金含量。Pyromet 718合金也許是最通用的高溫合金,在675℃具有高強度和抗蠕變性,且這兩種特性在 最高760℃下,均達合理水平,其抗疲勞特性極其優(yōu)越。Waspaloy合金主要用于溫度超出675℃時和最高溫度在760℃時需達至超蠕變的情況。由于它的鎳和鈷含量更高,故其成本較高。Waspaloy是渦輪部件、鍛模緊固件和鋼模鍛造等的理想之選。

高溫合金的發(fā)展已很成熟,根據具體需求發(fā)展現有合金,比開發(fā)新型合金更為經濟。合金生產工藝及控制技術日新月異,為合金性能的發(fā)展開辟了新的天地。

三、高溫合金分類及其應用

1、高溫合金又叫熱強合金、超級合金。按基體組織材料可分為三類：鐵基、鎳基和鉻基。

鐵基高溫合金——此類合金又分為固溶強化合金和時效硬化合金。時效硬化合金包括PyrometA57、CTX909合金和Thermo750和751合金,這些合金的適用溫度最高為870℃。固溶強化合金(Pyromet 102、680和625合金)最高工作溫度達1 205℃。

鈷基高溫合金——此類合金的代表是L-605。除含有鎳、鐵、鉻和鎢外,其鈷含量達50%;它屬展延性合金,工作溫度最高約1 040℃;此類合金還包括MP159和188合金。此類合金尤其適用于需耐硫腐蝕的環(huán)境。

2、按生產方式可分為變形高溫合金與鑄造高溫合金。按強化機理可分為碳化物強化、固溶強化、時效強化和彌散強化。（1）鑄造高溫合金

鑄造高溫合金及制品主要以航空、航天發(fā)動機，地面燃機等動力機械為服務 對象，其發(fā)展主要以動力機械需求為牽引。鑄造高溫合金及制品對原材料要求高，制備工藝復雜，產品質量控制嚴格，行業(yè)準入門檻高，國內外具有研制和生產鑄 造高溫合金能力的企業(yè)數量有限。

近年來，國內外鑄造高溫合金發(fā)展趨勢主要表現為：

1）在等軸晶方面不再投入大量的人力和物力進行新合金的研制，而是通過工藝水平的提高，挖掘合金的潛能，提高等軸晶鑄件的使用性能，因而高性能等軸晶的發(fā)展是一個重要的方向。

2）目前各種先進鑄件制造技術和設備在不斷開發(fā)和形成，如細晶工藝、熱控凝固、真空離心鑄造技術等，許多大型復雜結構高溫合金鑄件制造成功，并付諸應用，特別是越來越呈現出材料和工藝互相影響和促進的趨勢。發(fā)達國家在鑄造高溫合金材料上將集中于少數極端工作條件的關鍵需求上，如適用于超高溫、大應力、富氧或腐蝕環(huán)境等。同時，繼續(xù)開發(fā)新技術，并提高現有技術的控制水平，從而提高各種高溫合金鑄件產品的質量一致性和可靠性。

3）定向、單晶高溫合金研究方興未艾，新型合金不斷涌現，定向凝固合金已出現三代，單晶合金發(fā)展到5代，材料本體承溫能力達到1200℃，基本達到此類材料的極限。（2）變形高溫合金 變形高溫合金在國內外發(fā)展基本比較平穩(wěn)，美國變形高溫合金年產量約4 萬噸左右，我國約5000噸左右。變形高溫合金在航空發(fā)動機中至今仍然是主要 用材，隨著其他產品的日益成熟，變形高溫合金的用量可能會有所減少，但這個 過程比較漫長。而且，通過改進現有變形高溫合金的綜合性能、優(yōu)化生產工藝、降低制造成本，變形高溫合金至少在數十年內仍是航空發(fā)動機的主要用材。

目前，國內的變形高溫合金使用可分為兩大類：

一是軍用，主要用戶為航空、航天、艦用等領域，軍品的特點是高牌號、高 使用性能、高精度、種類規(guī)格繁多。

二是民用，主要在石油化工、能源動力、冶金與環(huán)保等諸多民用工業(yè)領域廣 泛應用，尤其是近幾年來，隨著產品的升級換代，高溫服役的部件使用溫度提高，許多原先使用耐熱鋼、不銹鋼部件都逐漸使用高溫合金和耐蝕合金取代，對高溫 合金及耐蝕合金的需求量非常大。民用變形高溫合金產品種類主要有不同規(guī)格的 鍛棒、軋棒、板材、帶材、絲材、管材等。（3）新型高溫合金

新型高溫合金包括粉末高溫合金、鈦鋁系金屬間化合物、氧化物彌散強化（ODS）高溫合金、耐蝕高溫合金、粉末冶金及納米材料等多種細分產品領域。1）粉末高溫合金處于第三階段，同時具有高強度、高使用溫度及高抗裂紋擴展能力，粉末高溫合金材料及制件已經在國外獲得了廣泛的應用。

2）鈦鋁系金屬間化合物的各個合金均在我國航空、航天和兵器領域開始應用，應用進展明顯快于國外。

3）氧化物彌散強化（ODS）高溫合金主要用于航空航天等軍工領域。4）耐蝕高溫合金主要用于替代耐火材料和耐熱鋼，目前在化纖等領域已經得到廣泛應用。

5）粉末冶金及納米材料固體自潤滑軸承、新型耐磨高韌性硬質合金、新型高溫固體自潤滑密封件等已經在相關行業(yè)逐步得到推廣。

四、我國高溫合金的發(fā)展與展望

自1956 年第一爐高溫合金GH3030試煉成功,迄今為止,我國高溫合金的研究生產和應用已經歷了50多年的發(fā)展歷程.目前，已有GH系變形高溫合金和K系鑄造高溫合金?？梢哉f，我國已具備了高溫合金新材料、新工藝自主開發(fā)和研究的能力, 進行應用研究和對材料進行評估的能力以及進行故障分析的能力,可以解決航空、航天及其它工業(yè)部門生產和發(fā)展中所遇到的各種高溫合金材料問題。50 多年來由于需求的推動, 全國科技人員和企業(yè)共同努力, 我國逐步形成了獨有的高溫合金體系, 其特點是牌號多, 性能相近的合金不少, 因而本來生產量很小, 工藝和性能難以穩(wěn)定的問題更加突出.造成這種局面的主要原因是每引進一種發(fā)動機, 就要試制一批合金, 再加我國自行研制的合金品種的不斷增加, 因而造成我國高溫合金品種的多樣化，但是最根本的原因是我們對每個合金的深入研究不夠, 對每個合金的特點不能做出有說服力的判斷, 再加上合金研制與設計人員溝通不夠, 以及國家在這方面沒有明確的政策, 造成合金的品種增加多, 淘汰少, 從而形成當前如此局面, 這是留給高溫合金工作者和發(fā)動機設計人員的一個復雜而艱巨的任務.應該指出, 要想合理地解決這一問題, 必須發(fā)揚民主, 軍民結合, 發(fā)揚全國一盤棋的精神, 形成一個和諧的集體，使我國高溫合金體系建立在一個更堅實的基礎上。

五、結束語：

高溫合金的研制與應用一直受到各國研究者的高度重視和政府的大力支持，在中國西北地區(qū)亦是如此。但國內研制高溫合金與國外有較大差距這種差距不是在研究水平上，而是在工業(yè)化生產水平和應用尤其是應用上。

高溫合金發(fā)展的趨勢是進一步提高合金的工作溫度和改善中溫或高溫下承受各種載荷的能力，延長合金壽命。就渦輪葉片材料而言，單晶葉片將進入實用階段，定向結晶葉片的綜合性能將得到改進。

此外，有可能采用激冷態(tài)合金粉末制造多層擴散連接的空心葉片，從而適應提高燃氣溫度的需要。就導向葉片和燃燒室材料而言，有可能使用氧化物彌散強化的合金，以大幅度提高使用溫度。為了提高抗腐蝕和耐磨蝕性能，合金的防護涂層材料和工藝也將獲得進一步發(fā)展。

但是，由于高溫合金的難變形特性以及我國尚無大型擠壓機和先進的大型熱模鍛、等溫鍛造等設備, 使我國高溫合金材料的熱加工面臨很大的困難。雖然冶金學家致力于合金化提高合金的耐高溫性能，但收效甚微。

因此，進一步提高合金性能與對高溫合金材料開發(fā)的工作道路仍是曲折而漫長的。

參考文獻

[1] 胡本芙.高溫合金研究的新進展[J].北京科技大學學報.1981年03期 [2] 師昌緒.仲增墉我國高溫合金的發(fā)展與創(chuàng)新[J].第46 卷2010年11月第11 期第1281一1288 頁

[3] Kurt P.Rohrbach.高溫合金的發(fā)展與選擇[J].宇航材料工藝.2005年

第01期

[4] 李鳳梅.中國航空材料現狀、問題與對策[A].中國材料研討會論文摘要集 [C].2004年

[5] 施宗燦、齊煥君 張慶玲.航空材料的“領跑者”[N].中國航空報.2006

第四篇：微型燃氣輪機發(fā)電機組的發(fā)展概況（本站推薦）

微型燃氣輪機發(fā)電機組的發(fā)展概況

微型燃氣輪機發(fā)電機組的雛形可追溯到60年代，但作為一種新型的小型分布式能源系統(tǒng)和電源裝置的發(fā)展歷史則較短。1995年在美國動力年會上，AlliedSignal、Capstone與Elliott公司展示了25～75kW微型燃氣輪機發(fā)電機組樣機。其后發(fā)展迅速，每年均有樣機推出。美國能源部技術峰會指出微型燃氣輪機發(fā)電機組市場很大，工業(yè)應用競爭激烈，其中未來電力市場結構將是影響微型燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)展因素之一；微型燃氣輪機發(fā)電機組的廉價高效，性能可靠對其發(fā)展十分重要，同時，燃料處理。微型燃氣輪機發(fā)電機組壓縮，回熱系統(tǒng)以及電力電子技術對提高微型燃氣輪機發(fā)電機組的可靠性及降低造價也很重要，并且，廉價耐用可靠的高溫材料將是微型燃氣輪機發(fā)電機組在熱效率和環(huán)保方面取得進展的關鍵；微型燃氣輪機發(fā)電機組分布式發(fā)電的聯(lián)網是其特殊技術問題。

總之，近年來微型燃氣輪機發(fā)電機組進展顯著，特別是美國微型燃氣（燃氣發(fā)電機組）輪機的發(fā)展達到高潮。

技術特征及優(yōu)勢

微型燃氣輪機發(fā)電機組具有多臺集成擴容、多燃料、低燃料消耗率、低噪音、低排放、低振動、低維修率、可遙控和診斷等一系列先進技術特征，除了分布式發(fā)電外，還可用于備用電站、熱電聯(lián)產、并網發(fā)電、尖峰負荷發(fā)電等，是提供清潔、可靠、高質量、多用途、小型分布式發(fā)電及熱電聯(lián)供的最佳方式，無論對中心城市還是遠郊農村甚至邊遠地區(qū)均能適用。

發(fā)展動力——分布式發(fā)電

微型燃氣輪機發(fā)電機組的發(fā)展源于分布式發(fā)電。分布式發(fā)電主要是由電力市場的放松控制所驅動的，同時還得益于天然氣市場的放松控制。電力市場的放松控制是世界范圍內的發(fā)展趨勢，它使得用戶可以選擇向誰買電或允許用戶自行發(fā)電，就地供電（現貨電力）成為向用戶提供最低廉用電的主要競爭武器之一。

分布式發(fā)電的發(fā)展為微型燃氣輪機發(fā)電機組的技術發(fā)展和市場擴展提供了極好的平臺。目前，美、英等國電力市場已從控制發(fā)電轉向分布式發(fā)電的競爭。小型發(fā)電廠在分布式電網中的應用，已成為一種日益增長的可行選擇。這種發(fā)電方式能夠為用戶減緩電網擁擠，增加電網機動性，降低送電損失和成本，改善電力質量。微型燃氣輪機發(fā)電機組技術的發(fā)展及其商用推出大大增加了分布式發(fā)電面向較小用戶的可能性，微型燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電裝置的緊湊性，可靠性和遙控運行以及環(huán)境友好等特點，意味著它們特別適合分布式發(fā)電的區(qū)域性應用，例如可以置于非?？拷脩暨\行

技術進展

國際上幾個公司研發(fā)的第一代微型燃氣輪機發(fā)電機組的技術參數，其功率為28～75kW，效率為22.5～33。因此，在新一代微型燃氣輪機發(fā)電機組中，期望通過引人高新技術如陶瓷材料部件（陶瓷葉輪等），以大大提高效率。研究表明進氣溫度為1350℃的微型陶瓷燃氣輪機發(fā)電機組的效率可達40。微型燃氣輪機發(fā)電機組裝置的潔凈，可靠，高質量源于以下技術：通過采用貧燃料預混合技術，可使排放降低，通常NOx排放低于12ppm（燃用天然氣（天然氣發(fā)電機組）或丙烷燃料時為9ppm），噪聲低于70dB；通過采用空氣軸承，不需維修或維修性好，設計大修周期為40,000～50,000小時甚至更高；通過采用數字式遙控的聯(lián)網離網發(fā)電變換裝置，可以確保發(fā)電質量和電網安全。同時，微型燃氣輪機發(fā)電機組也具有較好的技術經濟性，目前售價為250～350美元/kW。

因此，先進微型燃氣輪機發(fā)電機組提供了清潔可靠高質量多用途分布式小型發(fā)電的最佳方式。

第五篇：高溫除塵技術及其應用

高溫除塵技術及其應用

高溫氣體除塵技術是利用高溫過濾介質（金屬或陶瓷過濾材料）直接在高溫條件下實現氣體的除塵和凈化，其突出優(yōu)點是可以最大程度地利用氣體的物理顯熱，提高能源利用率，實現高溫條件下過程強化反應，實現氣體的潔凈排放，同時可以簡化工藝過程，節(jié)省工藝設備投資，另外可以節(jié)約水資源，并避免了濕法除塵所帶來的二次水污染。

高溫氣體除塵技術在能源、石油化工、鋼鐵、建材等工業(yè)領域有廣闊的應用前景：整體聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術：煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）是一項跨世紀的發(fā)電新技術，煤氣化產生的高溫煤氣經過高溫除塵和凈化后首先通過燃氣透平發(fā)電，尾氣通過余熱鍋爐產生蒸汽驅動汽輪機發(fā)電，構成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，發(fā)電效率達45％～50％，較普通燃煤發(fā)電效率高5％～10％，同時污染物排放很低，是一種高效、清潔發(fā)電工藝。高溫除塵是其核心技術。

自20世紀80年代以來，各國競相開展煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術。荷蘭NUONPOWERBUGGENUM建立了25萬kWIGCC工業(yè)示范電站，美國SOUTHERNCOMPANY和日本WAKAMATSU都建立了半工業(yè)示范電站。中國華能集團“綠色煤電”工程也將在天津建立一座20萬kW IGCC工業(yè)示范電站。該項環(huán)保節(jié)能技術具有廣闊的應用前景。

煤化工多聯(lián)產技術：我國的能源狀況是“缺油少氣富煤”。煤化工是煤炭的深加工產業(yè)，發(fā)展煤化工有利于推動我國石油替代能源發(fā)展戰(zhàn)略的實施，有利于推動我國化學工業(yè)的結構調整，同時滿足國民經濟發(fā)展的需要。

煤炭屬于低效率、高污染能源，傳統(tǒng)的煤化工是高消耗、高污染、低效率即“兩高一低”的低技術層次的行業(yè)?，F代煤化工以煤、水煤漿為原料，通過煤氣化獲得高溫煤氣，經過高溫氣體除塵和凈化獲得潔凈合成氣，其后續(xù)產品可以是甲醇、二甲醚、烯烴、氫、油或電等，這是一種低排放、高效率的潔凈生產工藝。

近幾年，Shell煤氣化技術作為先進的潔凈煤技術大舉進入中國煤化工市場。目前國內共有煤炭、電力、化工等14家企業(yè)投資上馬17套Shell煤氣化工業(yè)裝置，以“煤頭”代替“油頭”生產合成氣從而生產甲醇、合成氨乃至烯烴等化工產品。

中石化巴陵化肥廠、中石化湖北分公司、安慶分公司、湖北應城和廣西柳州化肥廠、云南云天化股份有限公司和云南沾化集團引進荷蘭殼牌的煤氣化技術，“以煤帶油”生產合成氨；大連大化集團、河南省永城煤炭電力集團、河南中原大化集團有限公司以及河南省開祥化工有限公司引進荷蘭殼牌的煤氣化技術，利用該技術生產合成氣，作為生產甲醇的原料。甲醇作為“清潔替代燃料”，用于汽車能起到節(jié)能的作用。甲醇可進一步用于生產二甲醚，后者是一種替代液化氣的清潔燃料，可替代煤氣、液化石油氣用于民用燃料，也是柴油發(fā)動機最潔凈替代燃料，可降低氮化物排放，實現無煙燃燒，并可降低噪聲，其排放廢氣可達到或超過美國加州有關中型載重汽車及客車的尾氣排放標準（ULEV）。甲醇還可進一步用于生產烯烴，以制作各種化工產品；神華集團公司、大唐國際電力股份有限公司引進荷蘭殼牌的煤氣化技術，利用該技術生產合成氣，進一步為神華集團的煤制油項目、大唐國際的46萬t煤基烯烴項目制氫。

煤液化技術：中國石油資源匱乏，大量依賴進口。從數量上分析，石油基液體燃料和化工品的短缺量很大，預計到2020年我國原油消費量將達到4～5億t，原油進口量將達到消費總量的60％。神華集團在內蒙建設的1Mt／a直接液化工業(yè)示范工程單條生產線年處理液化原料煤超過2Mt，是迄今為止世界上最大的加氫液化生產線。圖3為煤直接液化技術生產工藝流程。其中，氫是由煤氣化生成合成氣后，通過高溫氣體凈化和分離獲得。高溫除塵是過程核心技術之一。煤液化可得到質量符合標準，含硫、氮很低的潔凈發(fā)動機燃料，不改變發(fā)動機和輸配、銷售系統(tǒng)均可直接供給用戶。產品以汽油、柴油、航煤，以及石腦油、丙烯等為主，根據煤種和工藝的不同，3～6t煤可以制得1t液體燃料。根據目前工業(yè)示范工程經濟分析結果，在石油原油價格不低于每桶30美元的情況下，煤制油工業(yè)化生產可以獲得一定的經濟效益。煤液化產品市場潛力巨大，工藝、工程技術集中度高，是我國新型煤化工技術和產業(yè)發(fā)展的重要方向，其戰(zhàn)略意義重大。

汽／柴油吸附脫硫技術：為了改善日益惡化的環(huán)境污染問題，世界許多國家對其環(huán)保法規(guī)進行更新和修改，其中對硫含量指標做出了明確而嚴格的規(guī)定。1999年12月21日，英國環(huán)境保護機構（EPA）頒布了汽油硫含量標準和機動車排放標準的II級補充法規(guī)，規(guī)定成品汽油中平均硫含量應低于30μg／g，美國環(huán)保局規(guī)定自2006年9月公路柴油硫含量低于15μg／g，歐洲標準規(guī)定2005年公路柴油硫含量低于50μg／g.為了達到環(huán)保法規(guī)的要求，世界各大煉油公司開發(fā)了許多新型的脫硫技術。美國康菲（ConocoPhillips）公司開發(fā)的吸附脫硫技術（S－Zorb）通過采用流化床反應器，使用其專門的吸附劑脫除原料中的硫，從而達到對汽油進行脫硫的目的，具有產品硫含量低，辛烷值損失小、能耗少、操作費用低的優(yōu)點。為S－Zorb吸附脫硫技術基本原理，其中，高溫氣體除塵是該工藝的一項關鍵技術。

我國燕山石化引進康菲公司開發(fā)的吸附脫硫技術（S－Zorb）技術，對其1000萬t／a煉油系統(tǒng)進行改造，成功產出首批符合歐Ⅳ排放標準的高品質清潔汽柴油。隨著這一國內首座可以生產歐Ⅳ標準汽柴油的千萬噸煉油基地的投產，燕山石化已經具備向北京市場提供符合歐Ⅳ排放標準的高品質汽柴油的條件，提前兌現了中國政府對國際奧委會的承諾，可隨時向首都市場供應優(yōu)質能源產品，服務綠色奧運。同時，這項技術在國內還有很好的推廣前景。

鋼鐵工業(yè)、水泥工業(yè)氣體除塵技術：鋼鐵工業(yè)是我國節(jié)能減排工作重點行業(yè)之一。2005年鋼鐵工業(yè)產生廢氣57134億Nm 3，占全國比重21.31％；產生煙塵71萬t，占工業(yè)排放量8.3％；產生粉塵129.6萬t，占工業(yè)排放量15.65％。鋼鐵工業(yè)中高爐煤氣、轉爐煤氣的高溫除塵技術的廣泛推廣對鋼鐵行業(yè)的節(jié)能減排工作有著重要的意義。水泥工業(yè)是高能耗、高污染行業(yè)，其工業(yè)粉塵和二氧化碳排放量巨大，開展煙氣干法除塵和余熱發(fā)電技術的推廣，可大幅度降低粉塵和二氧化碳的排放量，有著很好的節(jié)能減排作用。

另外，高溫除塵技術在垃圾焚燒爐高溫氣體凈化，機動車尾氣凈化，生物質能源高溫氣體凈化等方面都有廣闊的應用前景。

高溫除塵技術展望自20世紀80年代，西方國家開展了高溫氣體過濾除塵技術的開發(fā)，其主要目標是實現被稱之為跨世紀新技術的煤的潔凈燃燒聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝技術（IGCC，PFBC）的商業(yè)化。在高溫過濾材料的研制、高溫除塵技術開發(fā)以及工程化應用等方面取得了很大進展。開發(fā)了許多高性能濾材，如日本Asahi公司的均質堇青石陶瓷濾管，德國Schumacher公司的SiC濾管，美國3M公司生產的Nextel系列Al 2 O 3－SiO 2陶纖袋，以及SiC－Al 2 O 3等纖維增強復合陶瓷過濾元件等。

Schumacher公司的SiC濾管已成功用于荷蘭Bueggenon的IGCC工業(yè)裝置。另外，針對陶瓷過濾材料韌性差、抗熱震性差的特點，美國Mott和Pall公司開發(fā)了310SFeAl金屬間化合物、FeCrAl等燒結金屬過濾材料，其中，FeAl燒結金屬過濾材料已成功用于美國SouthernCompany和日本Wakamatsu的IGCC半工業(yè)試驗裝置。

我國自20世紀90年代開展了高溫氣體過濾除塵技術的開發(fā)，鋼鐵研究總院／安泰科技股份有限公司開發(fā)了310SFeAl金屬間化合物等高性能燒結金屬過濾材料。安泰科技股份有限公司、國電熱工研究院、中科院山西煤化所圍繞IGCC工藝技術發(fā)展，開發(fā)了以金屬過濾材料為介質的高溫除塵技術，并在煤氣化中試裝置上成功應用，為工程化發(fā)展奠定了良好的基礎。根據能源工業(yè)潔凈能源技術發(fā)展的需要以及制造工業(yè)技術進步和節(jié)能減排的需要，進一步發(fā)展我國高溫除塵過濾材料制備技術和高溫除塵工程應用技術是非常必要的。