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维普资讯 先进燃气轮机的材料和涂层 0 引言 GE公司的先进材料为其燃气轮机性能的大幅度提高铺平了道路，从而在向用户提供高 效发电设备方面创造了新 的记录。目前 ，由于燃烧温度的提高，以及高效零部件和系统的设 计 ，使联合循环的效率可高达60％。根据 GE的不断发展，可以断言，在今后十年内燃气轮 机的燃烧温度、压力和出力将继续提高。 本文叙述了针对不相一致 的市场需求所采取的一些措施 ：如提高燃烧温度与提高寿命 ； 防止燃料和空气中污染物的腐蚀与燃料的多样性和高效利用等等。主要集 中在高温燃气通道 部件 ，因为它们通常是燃气轮机 中最关键的部件。现在，由于超合金和工艺方面的改进 ，允 许提高了燃烧温度的先进燃气轮机高温燃气通道部件在承受离心应力、热应力和振动应力的 严酷条件下工作几千小时。本文还介绍 了压气机和转子方面的改进情况 。 GE工程师在掌握和发展燃气轮机材料技术方面继续处于领先地位 ，因为他们能从 GE 这家世界上产品最繁多 (从航空发动机到高科技塑料)的公司的各个试验室中汲取知识。他 们还应用了在各种气候条件下、燃用各种不同燃料的500o余台燃气轮机所积累的这些经验 和数据 ，来验证各种材料在所需条件下的应用情况。 1 材料应用原则 材料应用的主要原则是 ，为特定 的用途提供可靠 、高效和经济合理的燃气轮机。在可能 的条件下，始终采用具有成功应用业绩的标准材料。在许多情况下，借用了在航空发动机和 汽轮机方面的成熟技术。但是 ，对重型燃气轮机高温燃气通道部件往往有独特的要求 ，需要 专门的材料和工艺。通过 GE内部开发计划 ，以及与合金材料和部件供应商的合作 ，已经开 发出了不少合金材料和工艺 ，来满足燃气轮机行业的需求。 材料开发计划的最初阶段 ，代价 昂贵，周期长。首先，要对各种新理念及其发展前景进 行筛选，从中选出一种或两种最有可能满足设计要求的材料。然后，要进行大量试验工作， 确保材料能在重型燃气轮机 中安全使用几万小时。要在预期的运行温度下对材料进行长期蠕 变试验，以掌握合金材料的性能。 通常 ，试验室的研究项 目包括 ：拉伸试验、断裂试验 、低周／高周疲劳试验、热机械疲 劳试验、韧性试验、耐腐蚀／氧化试验、生产／I艺试验、以及所有物理性能的确定。 通过试验室试验和实机运行试验 ，还要与GE的用户合作 ，对新材料进行最后试验。用 于评定材料的综合性现场试验在用户的机组上进行，以便与 目前应用的材料作并列对比。 从50年代以来 ，已进行了50余次这样的综合性试验，其中包括压气机 叶片、压气机涂 层、燃烧室、透平喷嘴、喷嘴涂层、动叶和动叶涂层的材料。实际上，已成为GE公司 目前 · 7 · 维普资讯 用于高温燃气通道的所有改 良型标准材料，在正式应用之前都在实机转子上进行过综合性试 验 。通常，这种材料在综合性试验后需定期卸下进行评定 ，然后换上标准零件。目前 ，综合 性试验包括动静 叶涂层 、燃烧室部件和动静叶的材料 。 在转子上进行 的综合性试验和在试验室进 {：的长期试验 ，是材料发展的基石。它们确保 了GE重型燃气轮机相关材料和工艺成功的持续发展。 当材料在转子上经过综合性试验得到验证之后，即通过大量首件考核试验和首批评定进 行工艺性验证。接下来 ，这些部件在生产过程中还必须满足严格 的无损检验和破坏性试验的 要求。此外 ，还要与供方一起对应用了新材料的零件进行大量鉴定工作 。在此期间，需对试 用零件进行破坏性试验和分析 ，以确定其性能是否符合 GE规定 的技术要求。已对数百枚动 静叶的涂层和许多叶轮锻件进行了切割取样分析，以验证整个工艺 (从毛坯开始，包括铸造 ／锻造参数、热处理规范等等)是否正确。 一 旦对供方的考核合格 ，用于制造部件的生产工艺即被 “定型”，未经 GS批准 ，不得 任意更改。在投产后 ，还需对与某些锻件和所选定的铸件一起生产出来的试样进行破坏性试 验 ，以确保其符合有关 的技术要求。对关键 的旋转部件 ，还要根据部件 的不同进行诸如超声 波探伤、磁粉探伤和 x射线之类无损检验。对那些最