超临界锅炉管道耐磨涂层的微观组织结构及冲蚀规律

开发两种适用于超临界锅炉管道防磨的含TiAl3(AW1)、Cr3C2(AW2)的复合粉芯丝材,采用超音速电弧喷涂技术制取耐磨涂层,结合光学显微镜、维氏硬度、X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、能谱分析等分析方法对喷涂层的的微观组织结构和高温冲蚀磨损规律进行研究,并与20钢进行对比分析。结果表明:AW1、AW2涂层具有固溶体相和氧化物相相互间隔的叠层结构特点;经800°C1、50 h氧化试验,AW1和AW2涂层的抗氧化性能分别是20钢的10倍和15倍;20钢、AW1和AW2涂层的最大冲蚀率分别出现在15°和45°冲蚀角附近;AW1涂层具有与商用AW2涂层接近的耐高温冲蚀性能,耐冲蚀性能明显优于20钢;当冲蚀角为45°时,AW1和AW2涂层的耐冲蚀性分别是20钢的3.1和3.0倍。图7表2参6     

多凹槽井下工具冲蚀规律研究及优化设计

井下工具的冲蚀问题一直是石油行业关注的焦点。针对现有技术无法解决多凹槽结构井下工具抗冲蚀问题,通过数值模拟分析,开展了多凹槽井下工具冲蚀规律研究,认识到排量相同情况下,凹槽位置、凹槽宽度、台阶倾角等是冲蚀程度的重要影响因素,第一个凹槽处冲蚀风险最大,凹槽宽度、尾部台阶角度、凹槽间距等增加也会提高其冲蚀风险。据此,提出控制凹槽宽度、凹槽尾部台阶角度及间距值来降低凹槽冲蚀风险的设计原则,创新性提出了内嵌耐冲蚀环+占位环的新型结构,突破常用抗冲蚀方法在凹槽型工具上使用的局限,实现井下工具特殊凹槽结构的保护。镶嵌耐冲蚀环+占位环凹槽型结构的井下全通径无级滑套工具成功应用于川西气田82口井分段压裂,压裂工具开启成功率达100%,最高分段数达30级;抗冲蚀性能优异,可以经受住1500m~3陶粒的冲蚀考验。     

超超临界汽轮机组固体颗粒冲蚀的数值研究

文章采用商用计算流体动力学软件CFX,针对某1000 MW汽轮机组,采用欧拉-拉格朗日法,数值模拟了高压缸首级通道内固体颗粒的运动特性,结果表明:不同粒径的固体颗粒对叶片的冲蚀有着不同的影响,固体颗粒直径越大,发生碰撞时的角度越大,撞击点位置越接近前缘.固体颗粒在静叶压力面、吸力面撞击点的撞击角度均在0°~15°之间.静动叶内的冲蚀区主要集中在压力面的中后部,并且静叶受冲蚀的程度远大于动叶.文章还对静叶出汽边采用Cr2C3抗冲蚀涂层后的流动情况进行了分析和比较,结果表明,采用Cr2C3抗冲蚀涂层对叶片气动性能影响不大.     

海水中固体颗粒对潮流能水轮机的冲蚀性能影响

潮流能水轮发电机是潮流能电站的核心技术装备之一，海水中固体颗粒的冲蚀损伤对水轮机叶片造成的伤害将直接影响机组的发电效率和运行的稳定性。利用计算机仿真技术，对潮流能水轮机叶片进行数值模拟，分析叶片的冲蚀速率和颗粒相的体积分数，判断叶片受损严重部位，对冲蚀性能进行评价。研究结果表明，该潮流能水轮机叶片的迎流面叶尖外边缘位置受损最严重。随着流速的增大，造成的冲蚀损伤几乎成倍数式增加；颗粒浓度造成的冲蚀损伤大小与速度呈正相关。研究结果对水轮机叶片结构的冲蚀性能评价具有指导意义，也可为结构设计的抗冲蚀性能优化提供参考。     

喷气角度对提升风力机翼型气动性能研究

研究了不同喷气角度对带有喷气襟翼的风力机翼型气动特性的影响,采用计算流体力学(CFD)方法对NACA4424翼型在不同喷气角度下进行了数值模拟。其中,喷气角度范围为-25°~10°,间隔为5°,计算了各种工况下的翼型气动性能并与原翼型气动性能作比较。数值模拟结果表明:喷气角度的改变,主要改变的是阻力系数;在相同喷气速度下,随着喷气角度的减小,翼型升阻比先增加后减小,当喷气角度为-20°时,可达到最大升阻比。     

斜置静叶对喷嘴内固体颗粒冲蚀作用的影响

汽轮机调节级采用斜置静叶可有效降低固体颗粒的冲蚀率。通过fluent软件进行数值模拟,建立汽轮机静叶的不同斜置角度的计算模型,基于三维定常可压缩流体的N-S方程,在连续相流场的基础上添加离散相模型,分析不同斜置角度下不同粒径的固体颗粒的运动轨迹及其对叶片的冲蚀作用。分析表明:静叶斜置角度的改变对固体颗粒的运动轨迹是有影响的,斜置角度为45°时,固体颗粒的运动轨迹最好,对壁面的冲蚀作用最小。随着斜置角度的增大,固体颗粒的运动速度减小,固体颗粒与壁面的碰撞角减小,对壁面的冲蚀率减小,汽轮机组的安全性提高。     

R20型燃气轮机在焦炉煤气下导向叶片高温防护涂层研究

利用超音速火焰喷涂技术制备了3种抗高温腐蚀和冲蚀的涂层。对3种涂层的抗冲蚀和高温氧化性能做了预研究,然后选出性能较好的进行了现场装机试验。结果表明:超音速火焰喷涂制备MCrAlY+Al_2O_3(机械混合)涂层与NiCr+Cr_3C_2涂层抗高温氧化腐蚀与抗冲蚀性能较好,850℃+100h条件下基本没有氧化,可以作为现场试验涂层之一;R20型燃气轮机在焦炉煤气下导叶涂层综合性能由好到差排序为:MCrAlY+Al_2O_3涂层NiCoCrAlYTa涂层NiCoCrAlY涂层NiCr+Cr_3C_2涂层;对于气质较差的焦炉煤气,MCrAlY+Al_2O_3涂层可以延长叶片使用寿命约3000h。     

含尘流透平叶片涂层的气动冲蚀行为

从气运冲蚀的角度,对在喷砂型固体颗粒冲蚀试验装置上使用石英砂颗粒和催化剂果粒对长城1号涂层叶片进行了有关涂层冲蚀行为的试验,根据试验结果讨论了冲击速度的冲击角度对涂层冲蚀率的影响;此外,就颗粒的种类、形状和尺寸对涂层冲蚀率的影响进行了探讨。     

基于太阳能利用的相变蓄热水箱结构优化

为解决因太阳能的不稳定性等因素导致的太阳能蓄热水箱储热/放热能力的不保证性问题,提出采用中低温有机相变材料58号石蜡作为相变蓄热材料的圆台式太阳能相变蓄热水箱。采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟的计算方法,在保证总蓄水体积(以100 L为例)不变的情况下,对水箱中不同内胆倾斜角度分别为75°、80°、85°、90°、95°、100°、105°的放热过程进行数值模拟,综合对比和分析水箱放热性能模拟结果,得到当倾斜角度为105°时的相变蓄热构件放热性能最佳,可为太阳能相变蓄热水箱的结构优化设计提供理论依据。     

带粒气流对透平叶片冲蚀特性的数值分析与试验研究

基于欧拉－拉格朗日解基本思想，数值模拟了带粒双级跨音速燃气透平三元粘性湍流场，在此基础上以计入颗粒湍流扩散的颗粒随机轨道模型和PSIC法实现了气固双向耦合，跟踪和分析了10万个分布直径和石英砂、催化剂颗粒的运动轨迹及颗粒滑移程度，并计算了叶片的质量冲蚀率。结果表明：涂层后叶片的质量冲蚀率较基体可减小一个数量级。另外，分别采用石英砂和催化剂颗粒对2Cr12Mo－5基体材料和MCrAlY涂层进行了冲蚀试验，通过比较发现：在大部会冲击角下，涂层能有效地减小叶片的冲蚀；在同样的试验条件下，大石英砂颗粒造成的叶片冲蚀强于小石英砂颗粒。