航空发动机论文的文献

涡扇发动机双轴最常见，包含低压与高压压气机、主燃烧室、高压与低压涡轮、加力燃烧室四个部分。核心机指基准发动机上的高压系统，包括高压压气机、主燃烧室和高压涡轮三部件。在核心机上面加上不同低压系统构成各种形式的发动机。高推：中国80年开始高性能推进系统工程预研，简称高推预研。网络通常叫做高推。高推目标：以F404发动机为目标提供技术储备。以624所为总师单位，有全国24个厂、所、院校参加。89－92年展开三大高压部件全尺寸试验件的设计和试验研究，91-19年1月，进行核心机设计及试验研究。中推核心机：94年1月中推核心机达到设计指标。中推是指中推核心机，含义是中等推重比级核心机。高推项目包括中推核心机，但是也可以包括高推重比核心机。中推核心机成果：1． 吴仲华教授三元流动理论，建立了无粘条件下准三元轴流压气机设计体系。建立了高负荷跨音速涡轮气动设计体系。初步掌握先进核心机的总体、气动、冷却、结构、强度设计技术和三大部件间的匹配技术。2． 七级高压压气机，压比，效率，喘振裕度。3． 带蒸发管短环燃烧室研究，带气动雾化喷嘴的短环形燃烧室，其火焰筒长度190 mm，出口平均温度1662K（温升850℃），温度场均匀，壁温小于900℃。4． 带冷气的全尺寸涡轮部件，在核心机上经受住1600～1650K和16500转/分的考验。 5．“对流－冲击－气膜”复合气冷叶片试验与一套先进设计方法和计算机程序。平均降温水平导叶361～438℃，动叶320～357℃,加上涂层的综合降温效果487℃。采用复合冷却技术加涂层隔热技术，能使涡轮前燃气温度达到1600～1650K。6．跨上推重比8一级的台阶。 高推重比核心机95年进展：1． 84年开始推重比10发动机预研的技术论证，88年4月召开了预研选题论证会，90年正式立项开题。2． 94年完成了6个总体方案的顶层设计，完成了项目指南和综合论证，93～96年开展对俄合作。3． 已基本确定了推重比10发动机总体方案。有些课题，如平均级压比达的三级压气机研究已经取得了良好进展。 文章中指出推重比10发动机国外进展，即高推重比核心机目标。要求高推重比、低耗油率，高可靠性和推力矢量等。美国空军推重比10发动机的循环参数范围是：涵道比～，总增压比23～27，节流比～，涡轮前温度1922～2033K。国外典型代表是F119、EJ200、M88Ⅲ和P2000。俄罗斯的P2000因经济困难已陷于停顿。刘大响认为指标接近F119、EJ200，适当安排推重比10～20的概念研究和少量关键技术研究。中国发动机研制与美国相仿，应用基础、探索发展研究属于预研。美国预先发展阶段也属于预研，分为技术验证机与型号验证机，中国使用“先期技术演示验证”概念。以后的工程发展和使用发展两个阶段与美国相同。刘大响提议“应用研究－先进部件－核心机－验证机”的发展道路。95年中推核心机尚没有进入“先期技术演示验证”阶段，刘大响认为这是必要时发展7500 ～10000daN级涡扇发动机的先期技术演示验证，比推重比10预研来完成这个过程要更有利。文章留下这样的迷团：1． 推重比8与10核心机发展验证机的分岐。2． 推重比10发动机预研自行研制核心机与和俄罗斯合作的分岐。3． ××号机和×××发动机是两个工程型号。4． 推重比10发动机预研可以采用推重比8预研，核心机和技术验证机预研为基础，吸收×××，×××发动机研制经验。《航空知识》2000年第5期刊登了《心系航空动力——记航空动力专家刘大响》一文。刘大响先后出任“七五”、“八五”高性能推进系统预研和先进核心机工程研制的项目总设计师和第一总设计师。文中所述的“先进核心机工程”指中推核心机，94年初进行了两台试验。北京航空航天大学的《我国航空发动机发展的道路选择》论文中进一步披露，1． 89年高推预研办公室与北京航空航天大学分析认为当时可获得性能水平与美国差距约20年，到2000年这个差距约为25年。也有文献认为到2005年我们比发达国家落后20年左右。2． 20世纪80年代中期，在国外某核心机的基础上研制的涡扇10发动机预计到2005年可装备部队，推重比，相当于国外第三代发动机的技术水平，差距缩短到20年左右。3． 突破推重比为10一级的发动机的技术关键是现实需要。国外经验是在成熟核心机上发展新机只要3～5年，经费也只有全新发动机的40%左右。4． 我国进行的国际合作主要是合作生产，尚没有达到合作研制经营与合作研究发展阶段。5． 文章认为需要“加大投入，坚定不移地根据国情发展相应水平的核心机”。又是刘大响院士在最近披露了黎阳公司WS13发动机的研制。文章说明：1． WS13的原型机是外正在服役的主力战斗机动力。可以在中推核心机基础上改型发展成WS13。作者：麻雀特别声明：禁止超级大本营以任何方式使用本文。高温合金是铁基、镍基和钴基高温合金的总称，又称超合金。铁基合金使用温度一般比镍基合金低，可做中温使用的零部件，如700℃以下使用的涡轮盘。镍基合金用来制造受力苛刻的热端部件，如涡轮叶片、导向叶片、燃烧室等，在先进的发动机中，镍基合金占总重量的一半。钴基合金因其具有良好的抗热腐蚀性能和抗冷热疲劳性能广泛用作导向叶片。国外铸造合金随定向凝固、单晶、超纯熔炼技术的发展，从定向正发展至单晶。单晶合金也已先后研制出三代产品。单晶合金是提高涡轮前温度、高推比的必须。国外现役发动机叶片材料主要采用第二代和第三代单晶合金，目前发展低成本（少Re）三代单晶合金，发展多孔单晶发散叶片。开发出第四代单晶。用于高推重比发动机涡轮盘的粉末合金第一代有In100、Rene95、APK-1、ЗП74НП合金等。GE用HIP，HIP+热模锻，HIP+HIF（等温锻）和EX（挤压）+HIF的Rene95粉末盘，轴等高温部件。俄罗斯研制的ЭП741HП合金用量最大，1550MPa以上 ，750℃，100h的持久应力达750Mpa。主导制造工艺路用温度达700℃的ЭП962П高强合金与Rene95类似。使用母合金熔炼及电极棒浇注加工→ 等离子旋转电极制粉→ 粉末处理→ 粉末装套及封焊→ 热等静压成形→ 热处理→ 机加工→ 检验→ 成品。推重比10发动机涡轮盘用的二代粉末合金有Rene88DT、N18、MERL-76、ЗП975合金。盘件合金实现了由高强型向耐损伤型的转变，强度稍有降低，但疲劳裂纹扩展速率下降较多，工艺性能得到改善，设计的使用温度达到750℃或更高。采用铸造及激光打孔工艺直按制造发散冷却孔道。第三代粉末盘发展双组分（AF115+MER-76）、双重热处理组合盘。机械合金化合金，采用Y2O3（<2%）质点强化镍合金可使其在850～1200℃、1000h性能优于PWA1480，用于F100发动机叶片，寿命提高2倍，推重比提高30～50%，涡轮前温度可提高至1540～1650℃。已发展有MA754、MA956、MA6000E，正在发展的有取代MA6000E的MA760，取代MA956的MA957，前者兼具优良的中温（760℃）性能，后者在保持抗氧化基础上提高强度。推重比10的F119-PW-100的涡轮前温度1580℃、4000循环寿命使用控制冷却效果和隔热涂层防护的三代单晶合金涡轮叶片。F119压气机、涡轮及推气系统机匣使用由In909发展的In783。工艺对单晶合金的发展具有极其重要的意义，八仙过海各显神通。目前和未来的高温合金的熔炼方法有：单炼：AAM（电弧炉熔炼），AIM（感应炉熔炼），VIM（真空感应炉熔炼），真空电弧熔炼（VAR），电渣熔炼（ESR），电子束熔炼（EBM），电子束冷室炉床熔炼（EBCHR），等离子电弧炉熔炼（PAF），等离子感应炉熔炼（PIF）。双炼：VAR（真空电弧重熔），VADER（真空电弧双电极重熔），VIR（双真空熔炼），EVR（真空感应加渣重熔），NER（非自耗），PAR（等离子重熔），EBM（电子束重熔），VEB或VIM+EBCFM（真空感应加电子束），NEB（非自耗电极加电子束）。三次熔炼：VIM+VAR+ESR，VIM+ESR+VAR，NAV+EBM+VAR。氩气雾化在欧美广泛采用。粉末冷速高，晶粒非常细（－3μm），但粉末纯净度稍差，因此以热等静压直接成型为主，目前向无陶瓷细粉方向发展。等离子旋转电极雾化在俄罗斯应用较多。热等静压和热挤压是粉末成型的关键技术，可以直接成型盘件，也可制预坯再等温锻成盘件。直接热等静压成型盘件时盘件成本低得多，但要求粉末质量好，目前只是在俄国用得比较多。利用热等静压复合技术、热机械处理、热处理等研制盘芯高强度、高低周疲劳性能，盘缘持久蠕变性能好的双性能盘，可以扩展盘件的使用温度范围，双性能盘已在F119等发动机上应用。叶片和粉末盘热等静压复合的整体件也已投入使用，大幅度提高了涡轮转速。中国航空材料工业存在“五多五少”：仿制多而创新少，低水乎多而高水乎少，立项研制的多而改进改型少，获奖励的多而真正用上的少，单一用途多而一材多用的少。高温合金又称热强合金、耐热合金或超合金，国内代号：GH前缀指变形高温合金（FGH指粉末冶炼），铸造高温合金K，定向凝固合金DZ，单晶合金DD，金属间化合物合金IC。另外钛合金中TA代表α型钛合金，TB系列代表ß型钛合金，TC系列代表α+ß型钛合金。中国650℃第一代高温合金粉冶FGH95在77年进行研制，从德国Heraeus公司引进了部分研究设备仿制Rene95合金。84年底模锻出Φ420mm的全尺寸涡轮盘，基本达到Rene95性能。展开母合金熔炼，氩气雾化制粉，粉末处理，热等静压成形，等温锻，热处理，超声检验及表面强化等研究，发现工业生产等工艺问题严重。从俄国引进工业化生产的等离子旋转电极制粉设备及盘件生产线，95年底全部投产，从根本上解决了粉冶高温合金的粉末质量问题。95年西南铝加工厂用包套锻造工艺成功地模锻出10A盘用的φ630mm的粉冶FGH95 合金涡轮盘，经过潜心研究度过了淬火关，得到快速冷却而不裂的涡轮盘。但是发现问题，以后倾向于采用HIP+等温锻（或热模锻）工艺路线。FGH95合金使用温度为650℃，拉伸强度可以达到1500Mpa。在650℃、1035MPa应力条件下，持久寿命大于50小时。国外目前Inconel 718与Hastoloyx粉末高温合金占先进发动机用高温合金中的60%，抚顺钢厂、上钢五厂和长城钢厂生产GH4169（仿IN718），另外中国目前正在重点建设GH4169生产工艺和产品系列化。GH4169高性能、难变形盘件高温合金，工作温度760℃以下。国内外IN718合金过程中高温合金熔炼方法及熔炼水平：国外 VIR,美国CM公司 O、N、S=1ppm VIM(CaO坩埚) O、S<10ppm N=10ppm EBCHR O、S=4～5ppm N=20～40ppm EBR 数据不详 VIM+ESR+VAR 数据不详 VIM+EBR O=7ppm N=60ppm 国内 VIM+电磁搅拌 S<10ppm O=1ppm N=4ppm VIM+VAR或VIM+ESR 数据不详 冷壁坩埚熔炼 数据不详 VIM(CaO坩埚) O、N=20ppm S=5ppm 钢铁研究总院仲增墉2000年前后分别确定IN718和Waspaloy两种合金的锻造控制模型，用以控制锻造过程。贵州安大航空锻造有限责任公司2000年采用整体锻造工艺研制出了国内第一根GH4169低压涡轮轴。新艺机械厂网站的消息，中推核心机高压压气机叶片使用的是GH4169合金材料，叶片周向带有圆弧棒齿结构。在国内模锻技术转让的资料中，GH4169材料和涡轮盘生产工艺已用于型号发动机关键件的工业性试制，并装机试车，进入应用研究。同时使用“复合包套模锻”技术研制成功28种高温合金模锻件，用於急需的GH698、GH169、GH132等高温合金涡轮盘（注： GH4169属于GH169合金系列）。GH4169已经进行高性能航空发动机涡轮盘和压气机盘背景研究。航材院的DD3和FGH95粉末盘为先进涡轴发动机提供了关键材料（均为国内首次应用）。广州有色金属研究院NiCoCrAlTaY六元合金粉末用于DD3抗高温和热腐蚀涂层，解决了急需。第一代低密变、低成本单晶合金DD3可以达到1020℃的高温。现已推广到多个机种，成为我国真正用于航空的第一代单晶合金。目前国内展开高温合金锻件、盘件及环形件，开展第二、三代涡轮盘粉末高温合金、双性能复合粉末盘用先进粉末高温合金研究。GH586、GH742W等工艺研究、降低高性能盘成本并扩大应用。发展新一代低成本涡轮叶片单晶高温合金。现已确定高推重比发动机发动机匣用IN909、IN783，燃烧室耐高温烧蚀用氧化物弥散强化合金，耐烧蚀部件用Ni3Al基金属间化合物应用。钢铁研究总院研发FGH96、FGH97，可在750℃下使用。北京航空材料研究院开展第二代FGH96粉末涡轮盘材料应用研究，采用等离子旋转电极法制备预合金粉末。WP13AII压气机第1、2级转子叶片和盘、压气机轴、第8级静子叶片为1Cr11NiW2Mo不锈钢锻件，其余各级转子叶片、盘及静子叶片均TC11。火焰筒材料为GH3044，涂W－2高温陶瓷。安装边GH1015。稳定器和隔热屏材料为GH3128，筒体 为GH99。高压与低压涡轮导向器叶片材料为K403。第1级转子叶片材料K417。第2级转子叶片材料GH4049，WP13FI为DZ4定向结晶耐热合金。贵州新艺机械厂与北京航空材料研究院合作DZ4 合金定向凝固工艺技术，完成美国5241型定向结晶炉技改，建立了国内最大的定向凝固生产线。在WP13FI使用以后，开展“863”计划新材料IC6 合金定向凝固二级导向器叶片工程化应用研究，96年底通过坚定。IC6取代进口，随J8IIM的WP13B实际使用。IC6叶片初熔温度1310－1320℃，使用温度超过1100℃，100h，持久性能水平达到国际最高水平。试制IC6和IC6A（加Y）WP-13F发动机（500小时延寿）二级导向叶片，进行挂片试车。用IC6试制10A发动机一级导向叶片，进行地面挂片试车考核，以替代钴基合金，并对合金性能和工艺进一步改善，更好满足工程应用的要求。Ni-Al系金属间化合物的应用开发项目提高了WP-13B二级导向叶片的铸造毛坯合格率至50-60％，达到零件批产水平。“定向凝固无余量精铸FWS10发动机一、二级低压涡轮叶片的研制”获中航总公司99年科技进步三等奖（南昌航空工业学院网站）。WP13B四种叶片已批产：1． 一级DZ4 合金三大冷却孔锯齿冠定向凝固精铸涡轮叶片。2． 二级DZ4 合金锯齿冠定向凝固精铸涡轮叶片。3． 一级DZ4 合金空心整体定向凝固导向器叶片。4． 二级IC6金属间化合物Ni3Al基高温合金整体定向凝固导向器叶片。需要指出的是DD3和FGH95粉末盘在10A发动机上的使用没有成功的报道。WP13F1涡轮第2级转子叶片首先使用DZ4，然后推广到WP13B。WP13B首先使用IC6作第2级转子叶片，而在中推核心机上率先使用了GH4169。DD3是单晶合金，FGH95粉冶变形高温合金，DZ4是定向凝固合金，GH4169是镍基高温合金。虽然都属于高温合金，粉末盘与叶片材料发展不一致。FGH95是中国第一代粉末盘材料，DD3是第一代单晶合金；第二代粉末盘材料GH4169，第二代单晶合金是DD6。叶片材料是定向结晶DZ4，升级产品是Ni3Al基DZ6，然后试用GH4169发现不稳定，再发展到IC6。到这时候，中国的单晶合金才在叶片上粉墨登场。叶片材料的要求比粉末盘高，或者说最先进的材料首先使用在叶片材料上。从WP13的叶片发展可以看出，高低压涡轮叶片材料是不一致的，最先进的材料首先使用在高压涡轮叶片上。在技术特点上，叶片要求也与粉末盘有一些区别，另外实验室产品与工业化产品也有不同，高温材料需要先进工艺的保障，然后才能走出实验室。比如GH4169在2000年完成工业化，却早在94年以前已经应用。昆仑发动机是中国第一个贯彻军标，按型号规范研制，具有完全自主知识产权的航空军用发动机，是第一个走完自行研制全过程的型号。采用了带气动雾化喷嘴的环型燃烧室、复合气冷定向凝固无余量精铸涡轮叶片、数字式防喘控制系统、压气机高扩稳增益技术、大功率附件传动机匣等。比J－79先进，可以改进为小涵道比涡扇发动机。由沈阳发动机设计研究所设计，黎明航空发动机司、西安航空发动机公司和红林机械有限公司等联合研制。83年初设计，85年12月试车，86年9月达到验证机设计指标。2002年7月9日会正式设计定型。2000年获中科院科技进步一等奖有“昆仑发动机用GH761合金及其应用”项目。GH761高强变形铁镍基高温合金，从室温至700℃有高屈服强度、持久强度、抗冷热疲劳和低周疲劳性能，优异的缺口性能，长期组织和性能稳定。解决了偏析、超声探伤、合金冶炼、热加工、模锻、轧环等一系列工艺难题。可用于750℃以下工作的涡轮盘和其他高温承力零部件。新艺机械厂DZ4、DZ17G、IC-6等制作涡轮转子和导向叶片。使用特殊陶瓷型芯制成空腔，真空气淬热处理、强力磨削精密加工、榫头喷丸强化、叶身耐高温腐蚀涂层、无损检测、振动光饰等制造工艺。TC4、TC11、GH4169、ICr11Ni2W2MoV等制作高压缩器、压气机叶片和风扇叶片，精密锻造、真空热处理、榫头和型面精密加工、榫头和型面表面喷丸强化、无损检测、榫头涂层等制造工艺。中国正在研制DZ17G铸造合金K4169和单晶高温合金以及长程有序金属间化合物NiAlNi3al、FeAl、FeAl和TiAl等。DZ125定向凝固高温合金可用作先进航空发动机定向薄壁空心叶片，00年《航空材料学报》报道：铸造某航空发动机的具有复杂内腔的薄壁定向叶片已通过台架试车，投入小批量生产。此合金具有良好的定向铸造工艺性能和高的薄壁力学性能。含Y2O3的MCrAIY涂层是发动机涡轮叶片、导向叶片等发动机热端部件用的可设计成分的第三代涂层，已在国外高性能、长寿命发动机上得到应用。航材院采用磁控溅射沉积工艺和多弧离子镀技术已研制成功这种涂层系列，其抗热腐蚀及综合性能已达到国外同类涂层的先进水平。该涂层系列已被高温合金、定向凝固合金、单晶合金和Ni-A1基合金涡轮叶片、导向叶片选用，作为高温抗氧化涂层已在先进发动机和地面燃气涡轮机上使用。导向叶片溅射离子镀技术表面制备NiCrAlY纳米晶涂层，可用作1150℃涡轮导向叶片和1050℃涡轮工作叶片材料，于2000年开始进入批量生产。高温材料研究所展开“863”项目相关研究，在Ti3Al、TiAl和Ti2AlNb以及Ni3Al等金属间化合物合金研究方面取得了重大进展，已为我国航天、航空及兵器部门研制成功多个重要部件，有的已成功试车。北京航空材料研究院研制定向凝固Ni3Al基高温合金IC10，并拟用于某型号先进发动机导向叶片，与GH3039异种高温合金的钎焊。经检索，GH3039通常用作加力燃烧室的加力扩散器等，使用电子束焊或者真空钎焊。中国的先进发动机肯定不会使用固溶强化型镍基合金作燃烧室部件了，因而判断IC10型号是其他发动机使用。北京钢铁研究总院Ti-Al中心研制成功TAC-1()和TAC-1B，这两种Ti3Al基合金的力学性能和工艺性能全面超过美国的同类合金水平。TAC-1突破了超塑性、焊接及薄板轧制工艺难关。TAC-1B使用的温度范围为：-100℃～700℃。TAC-1和TAC-1B合金具有优良的热、冷加工性能、机械切削性能，能加工成饼、棒、管、板箔等各种型材，并具有优异的超塑成形、扩散连接以及熔化焊接性能。它们是具有工程意义的先进高温轻质结构材料，在航天航空等领域应用极具潜力。北京航空材料研究院曹春晓等人优选出两个无钒的Ti3Al合金即TD3()和TD4()，与TD2合金相比，TD3和TD4具有更好的抗氧化性、断裂韧性、塑性和高温持久性能。目前，已用Ti3Al试制了气体涡轮的燃烧器旋流器、压缩机外壳、支撑环、燃烧器，涡轮导风板。国家近十年以来的863金属间化合物高温材料的研究在解决Ti3Al和TiAl脆性和工程实用化方面取得了重大进展，铸造TiAl用于航空发动机涡流器的部件研制已成功，正作使用考核。钢铁研究总院Ti-Al中心研制的具有独立知识产权的Ni3Al基MX246系列合金。比重、优良的中高温强度、良好的室高温塑性、优良的抗汽蚀和抗烧蚀性能和优异的高温抗氧化性能，指标见表1～2，高温性能优于传统高温合金。具有良好的高温组织稳定性和优良的铸造工艺性能，适于制造大型铸件，具有更高的性价比。MX246系列合金可在1000～1200℃下长期稳定工作，目前用飞机发动机高温承力部件，为壁厚1～、轮廓面积为500×100mm的大型复杂薄壁铸件。直接接触1800K高温燃气冲刷，并承受高温火焰矢量加力，在1200℃温度下长期工作。傅恒志院士提出特种合金及其金属间化合物航空航天发动机叶片液态无模电磁成形和超高梯度超细化定向凝固技术属世界首创，94年领导“超高梯度电磁自约束定向技术和超细单晶及定向涡轮叶片研究”项目，初步实现了无坩埚、无铸型的合金熔炼与定向凝固成形。利用超高梯度ZMLMC定向凝固技术并引入电磁自约束成形技术就完全有可能获得设定形状的超细柱晶的铸件（叶片），从而实现具有特定三维形状的涡轮叶片的定向凝固组织的超细化。这样，定向凝固技术超高梯度电磁自约束成形，将可能成为更新一代涡轮叶片的制备技术。以大推力、超高温发动机为研究背景，自主开发耐热温度在1000℃以上的钛铝基发动机叶片的制备技术。具有超高冷却能力的新型定向及单晶技术获得无（少）偏析、组织超细化、高精确取向的高温合金或以金属间化合物为基的复合材料满足跨世纪更新一代的高推重比、长寿命、工作温度大于1200℃的航空发动机对涡轮叶片和导向叶片的要求。研究成果可迅速工程化并直接用于高性能航空发动机涡轮叶片、导向叶片的研制和生产。750℃损伤容馅型粉末盘是我国推比10发动机必需的涡轮盘关键材料。正开展第二代、第三代单晶合金的研制。北京航空材料研究院研制的第二代单晶高温合金DD6应用于先进的涡轮发动机叶片，国内综合性能最好的单晶合金。适合制作具有复杂内腔的燃气涡轮工作叶片和在高温、高应力、氧化及腐蚀条件下工作的高温零件。1050-400℃下完全抗氧化，850-1000℃／100h条件下腐蚀速度≤0．18／平方米。DD6的拉伸、持久、抗氧化和耐热腐蚀性能达到或部分超过国外第二代单晶合金具有低成本优势。北京科技大学高温材料及应用研究室正在根据高推重比研究计划和设计部门要求，填补国内先进涡轮盘材料空白，为高推重比航空发动机材料储备关键技术，进行“十五”攻关项目高推重比发动机用粉末高温合金双性能涡轮盘研究，750-850℃难变形高性能高温合金盘材的研制。863“高熔点结构材料快速凝固喷射成形制备技术”子课题，研究喷射成形高温结构材料的特殊微观结构及其与高温蠕变和疲劳性能的关系，为应用建立基础。中国已能小批生产中小型钛合金叶片精锻件和定向空心叶片精铸件，并已研制成功单晶合金叶片精铸件，直径570mm的钛合金机匣铸件和投影面积小于1m2的模锻件。与国际先进水平的差距甚大，与我国研制和生产先进战斗机、先进民机及其高推比发动机和机载设备对热加工技术的需求相比，其差距也很大。需要研究双合金整体叶盘结构(单晶叶片和粉末盘)热等静压复合成形技术、超纯净高温合金涡轮盘喷射成形技术及其相关技术、铝基复合材料构件喷射成形技术，为新机研制作好技术储备。针对在研和在制飞机及其发动机典型零件工业生产的需求，研究某发动机粉末合金涡轮盘直接热等静压批生产工艺及其可靠性，开发喷射成形技术在某发动机涡轮盘上的工程应用。集中力量攻克高效冷却单晶叶片精铸技术和粉末高温合金涡轮盘超塑性锻造技术等先进战斗机和先进民机及其配套发动机急需的关键热加工技术，以保证新机研制的顺利进行。美国综合高温涡轮燃气机计划（IHPTET）和先进热机材料计划（HITEP）提出，陶瓷基复合材料目标用于1650℃以上军用和民用发动机。目前先进陶瓷制备技术和基础研究的发展趋势可大致归结为陶瓷的单晶化和复相化，块体材料的膜层化、片式化和多层化。普遍认为C/C复合材料是推重比20～30发动机1930～2227℃热端件的优选材料，重量是高温合金的1/4，比强度高5倍。发展方向是突破抗氧化涂层材料与工艺技术、高效低成本制备工艺，应用是时间问题。中国研制出可工作于1300摄氏度左右的陶瓷基复合材料，主要力学性能达到了国际先进水平。突破了陶瓷基复合材料薄壁异型结构件的近净尺寸制造等技术关键，制备出了航空发动机燃烧室浮璧和矢量喷口调节片隔热板等全尺寸典型试验件，并对部分制件进行了环境模拟考核试验。目前有针对性地开展高温使用的大型陶瓷部件和复杂形状部件的烧成制造技术、微细精密陶瓷部件成型加工技术、陶瓷部件内部缺陷的无损检测技术，大幅度提高我国结构陶瓷产品的技术水平。30% Cf/Si3N4的弯曲强度达454MPa，KIC达 MPa·m1/2，断裂功达4770J/m2，显著优于国外Si3N4陶瓷。中国研制的高熔点金属间化合物SiCw(20%)/MoSi2,，弯曲强度和KIC分别达到346 MPa和 MPa·m1/2。Mo5Si3被认为是有可能用于高温的候选材料，蠕变性能已超过1300℃。中国已研制成功Ti-55、Ti-633G、 Ti-53311S、7715C和HT-5-Y等5种高温钛合金。研制出Ti3Al棒材、板材，并锻出φ656mm×506mm×80mm环件。断裂韧性比Ti6Al4V高31%的新型高韧Ti-451合金，已用于飞机事故记录仪壳体、防弹装甲、火焰喷射器筒体等。中国引进了6t级Al-Li合金熔铸生产线，在863计划中开展了快速凝固AlFeVSi系、过共晶Al-Si系耐热铝合金以及纤维和颗粒增强铝基复合材料研究。另外，先进的镁合金的研究与开发自20世纪90年代开始，正在迅猛发展。科学院化学研究所研制生产的KH－304热固性聚酰亚胺树脂和北京材料工艺研究所研制并生产的KH－304／HT3复合材料，耐317℃的喷气发动机外涵道。中国在高分子材料的改性、新型特种材料的研制、成型加工技术及设备、设计及制品开发等方面仍有明显差距

发动机 发动机，又称为引擎，是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器，通常是把化学能转化为机械能。（把电能转化为机器能的称谓电动机）有时它既适用于动力发生装置,也可指包括动力装置的整个机器.比如汽油发动机,航空发动机.发动机最早诞生在英国，所以，发动机的概念也源于英语，它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。随着科技的进步，人们不断地研制出不同用途多种类型的发动机，但是，不管哪种发动机，它的基本前提都是要以某种燃料燃烧来产生动力。所以，以电为能量来源的电动机，不属于发动机的范畴。回顾发动机产生和发展的历史，它经历了外燃机和内燃机两个发展阶段。所谓外燃机，就是说它的燃料在发动机的外部燃烧，发动机将这种燃烧产生的热能转化成动能，瓦特发明的蒸汽机就是一种典型的外燃机，当大量的煤燃烧产生热能把水加热成大量的水蒸汽时，高压便产生了，然后这种高压又推动机械做功，从而完成了热能向动能的转变。明白了什么是外燃机，也就知道了什么是内燃机。这一类型的发动机与外燃机的最大不同在于它的燃料在其内部燃烧。内燃机的种类十分繁多，我们常见的汽油机、柴油机是典型的内燃机。我们不常见的火箭发动机和飞机上装配的喷气式发动机也属于内燃机。不过，由于动力输出方式不同，前两者和后两者又存在着巨大的差异。一般地，在地面上使用的多是前者，在空中使用的多是后者。当然有些汽车制造者出于创造世界汽车车速新纪录的目的，也在汽车上装用过喷气式发动机，但这总是很特殊的例子，并不存在批量生产的适用性。此外还有燃气轮机，这种发动机的工作特点是燃烧燃烧产生高压燃气，利用燃气的高压推动燃气轮机的叶片旋转，从而输出动力。燃气轮机使用范围很广，但由于很难精细地调节输出的功率，所以汽车和摩托车很少使用燃气轮机，只有部分赛车装用过燃气轮机。人类的智慧是无穷无尽的，各种新型的发动机不断地被研制出来，但是，出于安全操控的需要，到目前为止，我们可爱的摩托车还只有一种选择——往复式发动机。发动机总成 发动机总成发动机总成,又称为引擎，是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器，通常是把化学能转化为机械能。（把电能转化为机器能的称谓电动机）有时它既适用于动力发生装置,也可指包括动力装置的整个机器.比如汽油发动机,航空发动机.发动机最早诞生在英国，所以，发动机的概念也源于英语，它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。随着科技的进步，人们不断地研制出不同用途多种类型的发动机，但是，不管哪种发动机，它的基本前提都是要以某种燃料燃烧来产生动力。所以，以电为能量来源的电动机，不属于发动机的范畴。回顾发动机产生和发展的历史，它经历了外燃机和内燃机两个发展阶段。所谓外燃机，就是说它的燃料在发动机的外部燃烧，发动机将这种燃烧产生的热能转化成动能，瓦特发明的蒸汽机就是一种典型的外燃机，当大量的煤燃烧产生热能把水加热成大量的水蒸汽时，高压便产生了，然后这种高压又推动机械做功，从而完成了热能向动能的转变。明白了什么是外燃机，也就知道了什么是内燃机。这一类型的发动机与外燃机的最大不同在于它的燃料在其内部燃烧。内燃机的种类十分繁多，我们常见的汽油机、柴油机是典型的内燃机。我们不常见的火箭发动机和飞机上装配的喷气式发动机也属于内燃机。不过，由于动力输出方式不同，前两者和后两者又存在着巨大的差异。一般地，在地面上使用的多是前者，在空中使用的多是后者。当然有些汽车制造者出于创造世界汽车车速新纪录的目的，也在汽车上装用过喷气式发动机，但这总是很特殊的例子，并不存在批量生产的适用性。此外还有燃气轮机，这种发动机的工作特点是燃烧燃烧产生高压燃气，利用燃气的高压推动燃气轮机的叶片旋转，从而输出动力。燃气轮机使用范围很广，但由于很难精细地调节输出的功率，所以汽车和摩托车很少使用燃气轮机，只有部分赛车装用过燃气轮机。人类的智慧是无穷无尽的，各种新型的发动机不断地被研制出来，但是，出于安全操控的需要，到目前为止，我们可爱的摩托车还只有一种选择——往复式发动

复材叶片在民用航空发动机中的应用

因复合材料的低密度、高比强度、高比刚度，能有效降低油耗、噪音，采用复合材料叶片已成为民用航空发动机的发展趋势。以下是我为大家推荐的相关论文范文，希望能帮到大家，更多精彩内容可浏览()。

摘要：进入新世纪以来，多领域技术都得到了巨大的发展，特别是随着交通运输业的进步，大型民用飞机开始成为交通运输的主力军，因而各国开始更加重视大型飞机的研制，航空业也开始成为衡量一个国家综合国力的重要标准。而大型飞机研发的重点以及核心技术便是发动机技术。随着民用航空业的发展，民用航空飞机核心技术———发动机技术也发展飞速，其中复材叶片已经逐步在多种民机型号中得以应用。

关键词：民用航空;复合材料;发动机;风扇叶片

过去飞机发动机叶片主要采用金属以及合金，随着新材料出现，复合材料开始被应用于航空发动机叶片，与金属材料相比，其具有低重、低噪、高效的优势，并且复材叶片数量更少，能够有效抗震颤、损伤，并且在抗鸟撞性上也更加优越，满足了现代民航适航需要。因而复材叶片开始受到世界各大发动机厂商的关注，并逐步得以推广应用。

1复合材料叶片的应用

复材叶片制造技术主要有预浸料/压模技术和3-DWOVEN/RTM技术。采用预浸料/模压技术的代表有GE90、GEnx、TRENT1000及TRENTXWB发动机的复合材料风扇叶片，而LEAP-X发动机复合材料风扇叶片采用3D-WOVEN/RTM技术成型。

预浸料/模压成型叶片

采用该种复材叶片的代表主要有GE90发动机和GEnx发动机(美国GE)，此外罗•罗公司也在进行相关研发。(1)GE90发动机。该型号发动机为GE公司上世纪九十年代所研发的特大推力发动机，是国外应用于民航最早使用复材叶片的发动机之一。该发动机复材叶片使用了预浸料/模压成形技术，叶片从内至外逐渐减薄，叶尖厚度最薄。并且在叶身涂有防腐涂层(聚氨酯)，叶背采用一般涂层，前缘包边采用钛合金材料，从而提高叶片鸟撞抗性。为防止复合材料在运行中分层，在叶片后缘以及叶尖处采用纤维缝合技术予以加固。叶根榫头为三角燕尾形，其表面涂有耐磨材料以降低榫头摩擦系数。GE90所采用的复材叶片为22片，相比较于钛合金空心叶片，复材叶片质量更轻，强度更高。经过十余年的运行，证明了复合材料风扇叶片适用于具有严格要求的商业飞行的需要。(2)GEnx发动机。该发动机所应用的复材叶片材料以及模压成型工艺，同GE90相比变化不大，在此基础上GEnx对GE90的复材叶片的结构设计进行了优化。GEnx主要采用了第3代GE复合材料，外形也类似GE90-115B发动机，但由于使用了新一代三元流设计，叶片数减为18片，总质量进一步降低。叶片尖部以及前缘使用钛合金护套，并在叶片榫根部位，增加了耐磨衬垫，便于后期维护检修。(3)随着复合材料在民航发动机中的应用，英国罗•罗公司也开始将目光从钛合金叶片上转移到复材叶片。其同GKN集团正共同进行碳纤维增强复材叶片的研发，该叶片同钛合金叶片同样薄，并且在量产、成本以及鲁棒性上均符合民航发动机标准。目前这种碳纤维风扇叶片已经完成了包括叶片飞出、鸟撞试验在内的地面试验。

成型复材叶片

对于风扇叶片中等推力发动机提出的强度要求更高，因而Snecma公司在CFM56系列发动机研发中，在LEAP-X中将会应用碳纤维对复合材料进行增强。相比较于GEnx以及GE90，所采用的碳纤维薄层铺设技术不同，Snecma公司在LEAP发动机叶片的制造中所采用的RTM工艺，是将碳纤维进行预先编制，在树脂注入以及叶片高压成型之前，碳纤维便已经成为3-DWOVEN结构。Snecma公司在复材叶片的制造上委托了AEC公司，由于AEC公司生产制造自动化程度相对较高，因而其制备三维编制预制体并完成整个叶片的制造仅需要24小时。同CFM56(CFM公司)发动机相比，LEAP发动机叶片成型采用了3-DWOVEN/RTM技术，前者结构上采用了更多的技术，而后者采用复合材料，有效减轻了发动机重量，提高了燃油效率，降低了排放量和发动机噪声。目前，LEAP-X发动机已经开始得到中国多种旅客机的关注，未来将会逐步在中国普及推广。

2复材叶片的发展趋势

因复合材料的低密度、高比强度、高比刚度，能有效降低油耗、噪音，采用复合材料叶片已成为民用航空发动机的发展趋势。制约复合材料叶片大规模应用的关键因素是预制体制备、复材成型技术等。

预制体制备

复材叶片制造的难点之一是制备预制体。国外常用的预制体制备方法有两种：一种是选用IM7/8551-7和IM7/M91作为预浸料并采用激光定位手工/自动化成型技术制备，适用于制备大推力、大叶盘直径涡扇发动机的风扇叶片预制体;另一种是对IM7碳纤维进行预浸渍处理，通过3D-WOVEN/RTM自动化技术成型，主要用于制备小推力涡扇发动机风扇叶片的预制体。以往采用激光定位辅助+手工铺叠的技术进行预制体制造，而GKN公司开发了自动化丝束铺放设备(简称AFP)可实现预制体的自动化成型。罗•罗公司在研制TNENT系列发动机复合材料风扇叶片时使用了GKN公司的自动化纤维丝束铺放设备，实现了复材叶片预制体的自动化成型，并运用超声刀对预制体进行切割。Snecma公司率先提出了无余量预制体成型技术、预制体预变形技术以及高度自动化的预制体制备技术。Snecma公司的3DW/RTM成型风扇叶片预制体技术可降低传统二维风扇叶片的分层缺陷产生的可能性，让叶片顶部更薄、根部更厚;经纱连续的变截面成型技术提高预制体的承载能力;采用高压水射流对预制体进行无余量切割。

成型技术RTM

注射成型以及模压是目前国际上流行的复材叶片成型技术，虽然两者在技术上具有一定的差异性，但均可称为闭模成型技术。涡扇发动机的叶片扭转大且为双曲面，其结构形式相对复杂，常规的成型技术无法满足叶片加工精度，而闭模成型技术的成型精度高，能够很好的满足涡扇发动机对于叶片制造的需求，因而其逐步成为目前复材叶片成型的'主流技术。随着技术的逐步发展，目前国外开始利用复合材料模具代替金属模具，以此保证生产加工中模具和零件能够保持一致的热膨胀系数，进而获得更高的零件尺寸精度。此外，复材叶片成型加工技术开始引入数字仿真模拟技术，从而在技术研究前期对成形工艺进行方向性指导，在研制过程中合理规避风险，缩短研制周期，降低研制成本。

3结束语

复合材料以其优越的特性开始成为民航发动机叶片的主流材料，并且随着技术的发展，复材发动机叶片的制造效率更高，自动化程度也更先进。在未来高精度、可靠性、一致性会成为复材叶片生产研发的主要方向。我国自主研发的大型民用客机中也开始应用商用发动机，这为我国复材叶片的研发制造提供了一个契机，虽然目前复合材料在我国航空发动机制造中还处于初始应用阶段，复材叶片的制造业仅在起步阶段，但在我国技术人员的努力下，我国自主研发的应用复材叶片的涡扇发动机必然会在世界航空领域占据一席之地。

参考文献:

[1]李杰.GE复合材料风扇叶片的发展和工艺[J].航空发动机，2008，34(4)：54-56.

[2]贺福.碳纤维及石墨纤维[M].北京：化学工业出版社，2010：1-16.

[3]赵云峰.先进纤维增强树脂基复合材料在航空航天工业中的应用[J].军民两用技术与产品，2010，37(1)：4-6.

轮机工程技术论文范文篇二 燃气轮机在热电联产工程中的应用状况分析 摘要： 燃气轮机是21世纪乃至更长时间内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备.介绍了燃气轮机的发展现状及其在热电联产工程中的应用，简述了联合循环和简单循环燃气轮机电厂的基本组合方式，并列举了目前应用在热电联产工程中的几种主要的燃气轮机.阐述了燃气轮机相对于常规火电机组的优点，分析了影响燃气轮机在热电联产工程中推广的因素，并对我国燃气轮机的发展前景进行了展望. 关键词： 燃气轮机; 联合循环电厂; 热电联产 中图分类号： TK 479文献标志码： A Analysis of the application of gas turbines in heat and power cogeneration projects SUN Peifeng， JIANG Zhiqiang (1. China United Engineering Corporation， Hangzhou 310022， China; 2. China Huadian Corporation， Beijing 100031， China) Abstract： The gas turbine is the core equipment of highefficiency clean energy systems in the 21st century and even longer period of time. The current situation of gas turbine development and its application in heat and power cogeneration projects were showed in this paper. Two types of application of gas turbines in heat and power cogeneration projects were briefly introduced， namely， the simple cycle gas turbine power plant and the combined cycle power plant， and gas turbines widely used at present in heat and power cogeneration plants were enumerated. The advantages of the gas turbine plant compared with conventional coalfired power units were described and factors which could influence the application of the gas turbine were analyzed. In addition， the prospects for the development of gas turbines in China were evaluated. Key words： gas turbine; combined cycle power plant; heat and power cogeneration 燃气轮机由压气机、燃烧室、透平、控制系统和辅助设备组成.燃气轮机的设计是基于布莱顿循环.压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气送入燃烧室，与喷入的天然气混合，并点火燃烧;燃烧后产生的高温烟气随即流入燃气透平中膨胀做功，推动透平带动压气机叶轮一起旋转.加热后的高温燃气的做功能力显著提高，因此，透平在带动压气机的同时，还有余功作为燃气轮机的输出功输出. 由于燃气轮机的工质是高温烟气而不是水蒸气，故可省去锅炉、冷凝器、给水处理等大型设备.因此，燃气轮机电厂附属设备较少，系统简单，占地面积较少. 燃气轮机可分为重型燃气轮机、工业型燃气轮机和航改型燃气轮机三类.重型燃气轮机的零件较为厚重，大修周期长，寿命可在10万h以上，主要用于满足城市公用电网需求，例如日立的H25和H80系列燃气轮机、通用电气的F级燃气轮机、西门子的SGT-8000系列燃气轮机、三菱的M701系列燃气轮机和阿尔斯通的GT系列重型燃气轮机等.工业型燃气轮机的结构紧凑，所用材料一般较好，燃气轮机的效率较高，例如索拉的T130燃气轮机和西门子SGT-800燃气轮机，常用于热电联产工程.航改型燃气轮机是由航空发动机改装而成的燃气轮机，在航空领域运用较多，但也有应用于发电及相关工业领域，例如通用电气的 LM 系列航改型燃气轮机等.航改型燃气轮机的结构最紧凑，最轻巧，效率最高，但寿命较短[1-2]. 燃气轮机自上世纪30年代诞生以来发展迅速.当今国际上最新型的G型燃气轮机和H型燃气轮机，单机功率已达到292～334 MW，发电热效率已达到.其中，由G型燃气轮机组成的联合循环单机功率可达489 MW，发电热效率可达;由H型燃气轮机组成的联合循环机组的发电热效率可达60%[3-5].H型燃气轮机组成的联合循环机组是目前已掌握的热-功循环效率最高的大规模商业化发电方式.不仅如此，燃气轮机与以煤为燃料的蒸汽轮机相比，它具有重量轻、体积小、效率高、污染少、启停灵活等优点.燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速启动，机动性好.在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用电源，还能携带中间负荷，能较好地保障电网的安全运行，所以得到广泛应用[6]. 国内外科技界与产业界已经认识到燃气轮机将是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备. 1燃气轮机在热电联产工程中的应用方式 燃气轮机在热电联产工程中的应用形式主要有两种：一种是燃气轮机联合循环热电厂;另一种是燃气轮机简单循环热电厂. 燃气轮机联合循环热电厂由燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机(背压式、抽背式或者抽凝式)和发电机共同组成.燃气轮机排出的做功后的高温烟气通过余热锅炉回收烟气中的热量而得到高温水蒸气，水蒸气注入蒸汽轮机发电.蒸汽轮机的排汽或者部分在蒸汽轮机中做功后的抽汽用于供热，形式有：燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环;燃气轮机、蒸汽轮机推动各自的发电机的多轴联合循环.单轴的燃气轮机联合循环电厂规模较大，例如通用电气的9F系列机组.而多轴的联合循环机组常见于中小型的燃气轮机联合循环电厂.因此，对于电厂规模相对较小的热电联产工程来说，常选择多轴的燃气轮机联合循环机组. 燃气轮机简单循环热电厂由燃气轮机和余热锅炉组成.该类型燃气轮机热电厂不配置蒸汽轮机，通过余热锅炉直接对外供热.因此该类型燃气轮机热电厂发电热效率相对联合循环燃气轮机热电厂较低，约为30%～35%之间;热电比和供热成本的指标方面，简单循环燃气轮机热电厂也低于联合循环燃气轮机热电厂[7]. 由此可见，燃气轮机联合循环可大大提高发电厂整体发电热效率.即使只有燃气轮机和余热锅炉组成的不配置蒸汽轮机的简单循环燃气轮机发电厂，其发电效率也高于常规的小型燃煤热电厂. 2热电联产工程中燃气轮机机型选择 热电联产工程遵循“以热定电”原则，首先满足外界对蒸汽负荷的需求，一般对发电量的需求相对较少.因此，对于热电联产工程来说，大功率的重型燃气轮机使用相对较少，常配置一些中小型的燃气轮机. 世界主要的中小型燃气轮机有：索拉的T130燃气轮机;日立的H25和H80燃气轮机;通用电气的6F和LM系列的航改型燃气轮机;西门子的SGT-800燃气轮机.各机型的主要技术参数如表1(见下页)所示(表中数据来自各个燃气轮机厂家产品宣传手册，且会因计算的天然气热值等参数变化而发生微小的变化). 表1各中小型燃气轮机相关性能参数 Performance parameters of some gas turbines 表1中，H25，H80 和6F为重型燃气轮机;SGT-800和T130为工业型燃气轮机;LM6000为航改型燃气轮机.从表1可知，工业型和航改型燃气轮机单机发电热效率相对重型燃气轮机的单机发电效率明显更高，但燃气轮机的排烟温度相对较低.由于排到余热锅炉的高温烟气所包含的热量相对较少，因此对于整个联合循环热电厂，工业型和航改型燃气轮机联合循环热电厂的整体发电热效率反而低些[8-9].简单循环的燃气轮机热电厂若选择工业型燃气轮机及航改型燃气轮机，其热电厂发电热效率会较高. 对于配置蒸汽轮机的燃气轮机联合循环，重型燃气轮机因其排烟温度较工业型燃气轮机和航改型燃气轮机高，排到余热锅炉的高温烟气所包含的热量相对较多，余热锅炉产出的供蒸汽轮机发电用的高温高压的蒸汽也更多.因此，重型燃气轮机联合循环整体发电热效率比工业型燃气轮机和航改型燃气轮机联合循环的发电热效率高.燃气轮机联合循环热电厂中大多选择重型燃气轮机. 从能量的充分利用和逐级利用角度讲，相比于燃气轮机简单循环热电厂，燃气轮机联合循环热电厂更具有优势.目前我国燃气轮机热电联产工程中，大多选择重型燃气轮机组成的联合循环燃气轮机热电厂，如浙江省的某热电厂，采用6F级燃气轮机匹配余热锅炉和蒸汽轮机组成燃气轮机联合循环机组对外供热供电，燃气轮机联合循环热电厂整体发电热效率约60%. 但是对于某些对占地面积有严格要求的场合，如海上油气平台井等，一般可选择结构紧凑、效率高的工业型燃气轮机或者航改型燃气轮机机. 具体燃气轮机机型的选择可根据各工程的实际情况进行分析、计算、确定，如热电厂的对外供热参数和供热量、装机容量、机组数量、占地面积、整体热效率等. 3燃气轮机联合循环热电联产工程相对于常规火力发电热电联产的优势[10] 相对于常规燃煤的小型火力发电的热电联产电厂，燃气轮机联合循环热电厂的优势主要有： (1) 高效：燃气轮机联合循环的发电热效率已经达到甚至突破60%，这是一般常规火电机组无法比拟的，甚至高于目前最先进的超超临界机组而稳居各类火电机组之首. (2) 单位造价低：燃气轮机联合循环机组单位容量造价约400美元·kW-1，而常规火电机组造价为600～1 000美元·kW-1;若我国国产燃气轮机的制造加工水平进一步提升，燃气轮机联合循环机组单位容量造价还有非常大的下降空间. (3) 低排放：燃气轮机联合循环不排放SO2以及飞灰和灰渣;NOx的排放量也非常低，一般都可以达到 mg·m-3以下，甚至可以根据需要达到小于 mg·m-3的水平，CO2的排放量可以做到 mg·m-3;环保性能居于现有各种火电机组之上. (4) 节水：燃气轮机联合循环机组以燃气轮机发电为主，燃气轮机发电机功率占总容量的70%，联合循环机组所需用水量约为常规燃煤机组的1/3.这在某些缺水的地区显得尤为重要.若选择燃气轮机和余热锅炉配置的简单循环，整个电厂对机组冷却水量的需求相对于常规火电厂的冷却水量更是大幅度减少. (5) 省地：燃气轮机联合循环机组因附属设备较少，无需储煤场、输煤设施，占地面积仅为加脱硫装置的常规火电厂的1/3.这在城市边缘及城区的供热电厂显得尤为重要. (6) 建设工期短：燃气轮机联合循环机组最适合模块化设计，燃气轮机各部件模块可工厂化生产，运至现场吊装，因而大大缩短了燃气轮机电厂的建设工期. (7) 调峰性能好：通过余热锅炉的旁路烟囱，不运行蒸汽轮机及发电机组的情况下，一般在20 min 内就能达到燃气轮机及发电机组的100%负荷，而燃气轮机及其发电机组负荷占整个燃气轮机联合循环电厂额定负荷的70%左右，这保证了燃气轮机联合循环的良好调控性能，实现机组的日启夜停和调峰功能. (8) 操作运行和维护人员少：因为燃气轮机联合循环电厂自动化程度高，采用先进的控制系统，电厂对员工数量的需求大幅下降.一般情况下占同容量常规燃煤电厂人员的20%～25%就足够了. 4影响燃气轮机在热电联产工程中推广的主要因素 燃气轮机联合循环电厂在国外已经得到了普遍发展，近几年已占据美国电力市场的重要地位，欧洲的燃气轮机联合循环电厂也获得了长足的发展.目前我国燃气轮机联合循环电厂能否获得大力推广和发展，主要受制于如下三个因素： (1) 我国能提供多少天然气资源供燃气轮机发电工业使用;当前国内已有部分燃气轮机联合循环电厂因受制于燃料供应，每年运行的时间远远少于常规燃煤机组. 2012年，随着“西气东输”二线最后几条干线的建成投产，整个输气管道实现每年输气300亿m3.未来中国甚至有可能规划修建“四线”或者“五线”，进一步便于西部地区的天然气输送到东部地区开发利用. 另外，海上(东海、南海)天然气的开发、沿海港口城市液化天然气(LNG)的进口，也为联合循环发电扩充了气源供应条件.国内已经探明了华北、东北、西北三大煤层气资源储量，并将逐步开采. 随着天然气来源渠道的扩大，燃气轮机联合循环电厂的应用范围将大大突破西气东输管网和海上天然气所能影响的地区. (2) 如何合理确定天然气价格，使燃气轮机联合循环发电成本能够与严重污染的以煤为燃料的常规火电相竞争. 必须指出，天然气的价格对燃气轮机及联合循环的运行成本有着决定性的影响.在燃气轮机三项发电成本的组成中(设备折旧成本、机组运行维护成本、燃料成本)，燃料成本的比例高达60%～65%，即使在天然气的产地，运输过程费用大为降低，天然气价格相对东南沿海地区更加便宜，其成本占燃气轮机发电成本的比例仍然是非常高的[4].在天然气价格居高不下的今天，燃料成本高已经成为制约燃气轮机发电大力推广的一个关键性因素. 当前，作为工业企业及城市基础设施的重要组成部分的许多中小型燃煤热电厂，通常地处城市之中或者城市郊区，因此不可避免地会对当地大气环境质量产生很大影响.中小型燃煤热电厂改造为燃气轮机联合循环热电厂，对当地环境质量的改善效果非常明显，也最容易得到人民群众的接受和支持. 热电厂的燃料从煤炭改造为天然气，虽然合理调整了能源结构，提高了能源利用效率，减少了煤炭运输环节的损失和浪费，但是对燃气轮机联合循环热电厂来说，燃料成本必然要增加，能源代价必然会提高，因此争取群众和企业的理解和参与，合理分担部分天然气成本因素，是解决天然气市场和成本关系的一条合理途径. 政府在制定燃气轮机联合循环热电厂上网电价和外供蒸汽价格时，应考虑到燃气轮机的环境效益，适当提高上网电价和外供蒸汽价格，这也是对天然气成本过高的一种消化. (3) 从长远的角度看，我国燃气轮机整体行业水平的提高是决定我国燃气轮机及联合循环电厂能否大力推广的一个重要因素. 燃气轮机的发展水平代表着一个国家的重大装备制造业的总体水平.当前我国的燃气轮机技术水平与世界先进水平之间的差距还很大，燃气轮机的核心部件依赖于进口，燃气轮机的每次大修花费很大.若某些燃气轮机的大修只能运回美国等发达国家进行，则其费用更大. 近年来，为了推动燃气轮机工业的发展，按照“市场换技术”的原则，我国对规划批量建设的燃气轮机发电站工程项目采取“打捆”式招标采购模式，由国外先进燃气轮机制造企业与国内制造企业相互结合组成联合体，进行燃气轮机联合循环电站工程项目的竞争投标，以吸收和引进国外先进技术.在这一过程中，我国同时引进了世界三大动力集团(通用电气、西门子、三菱)的F级重型燃气轮机.在实现燃气轮机设备制造本土化和国产燃气轮机技术开发方面都取得了良好的成果.在吸收和引进国外先进燃气轮机技术的基础上，逐步实现了燃气轮机联合循环电站设备研发和制造的国产化、本地化和知识产权自主化[11-12]. 2008年，我国具有完全自主知识产权的110 MW级R0110燃气轮机进行了点火及实验验证，其性能已经接近于目前国际上先进的F级燃气轮机，对我国的燃气轮机设计、制造和加工的整体水平是一个巨大的提升[13-14]. 目前，我国燃气轮机技术水平与国际先进水平之间的差距正在不断缩小，我国的燃气轮机自主研发、生产制造等方面取得了重大进展.2012年9月12日，上海市科委重大专项课题“高温合金叶片制造技术研究”通过专家验收，这标志着我国在燃气轮机核心部件国产化、自主化生产的道路上迈出了坚实的一步. 从制约燃气轮机联合循环电厂发展的三个因素及我国目前的相应情况可知，我国大力发展燃气轮机联合循环的条件已经具备，燃气轮机联合循环电厂的快速发展在近期将成为可能. 5总结 实现节能减排，提高能源利用率是我国能源结构调整的目标.随着我国天然气资源的开发、利用及液化天然气资源的引进，我国燃气轮机联合循环机组将不断增加.燃气轮机联合循环以其高效、清洁和灵活的特点，必将成为我国未来大力发展的电厂类型. 目前可用于热电联产的中小型燃气轮机容量和整个热电厂供热能力与我国广泛使用的蒸汽轮机热电机组的规格十分接近，因而可在不改变外部系统，不增加发电容量和不间断供热、发电的前提下，以较短的时间、较低的投资和较合理的电、热成本实现对热电厂以气代煤的改造.这也是燃气轮机联合循环热电厂可获得大力推广的现实条件. 总之，燃气轮机联合循环机组在我国电力工业中的作用将逐渐增强，发展燃气轮机联合循环热电厂任重而道远，但是前景是非常光明的. 参考文献： [1]李孝堂.燃气轮机的发展及中国的困局[J]，航空发动机，2011，37(3)：1-7. 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