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          上海藍鑄特種合金材料有限公司
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          工業燃氣輪機葉片分析

          日期: 2021-08-31
          瀏覽次數: 4

          1.?介紹

          燃氣輪機在現代工業中最常見的兩個應用是燃氣渦輪發電機和燃氣渦輪壓縮機。在燃氣渦輪發電機渦輪動力裝置中有一個發電機,要發電,發電機需要一個原動力,這就是燃氣渦輪。燃氣輪機將燃料(如天然氣)中的化學能轉化為機械能。由渦輪機出口軸產生的機械能通過齒輪箱傳遞到發電機軸。這種類型的電力一般有低或中等水平的電壓,轉換成高電壓使用升壓變壓器。

          在現代燃氣輪機中,為了將燃氣的化學能轉化為機械能,燃料必須在燃氣輪機的燃燒室中進行燃燒??諝馔ㄟ^進氣口進入燃氣輪機,并與適量的天然氣混合??諝夂蜌怏w的比例是根據氣體的熱值、空氣質量、濕度和離海平面的高度來確定的。點火系統使最初的火花提供所需的熱量。

          當燃燒室內的火焰穩定下來時,點火系統就會關閉。燃氣輪機性能最關鍵的過程是控制燃燒和產生適量的高壓廢氣。廢氣被供應到渦輪,渦輪旋轉葉片,然后旋轉渦輪軸??諝庖资芪廴?,污染會影響燃燒過程,甚至危害系統,降低整體性能,篩選和過濾是進口空氣的基本初始步驟。在適當的儀器儀表的幫助下,還監測空氣和燃料的通風壓力和溫度。

          渦輪空氣壓縮機是一種軸向壓縮機,包括徑向安裝在渦輪進口軸上的多級葉片。 渦輪葉片的兩種材料是經過廣泛研究選擇的,發現最適合高溫、高頻和高轉速的葉片。 材料為 Inconel 718 Ti-6Al-4V。 葉片的設計在 Solidworks 2019 中進行,在 ANSYS 2019 2020 中進行分析。

          1:材料特性

          特性

          單元

          Inconel718

          Ti-6Al-4V

          密度

          g/cm2

          8.19

          4.43

          楊氏模量

          MPa

          2E05

          1.14E05

          泊松比


          0.31

          0.342

          拉伸屈服強度

          MPa

          1069

          1100

          拉伸極限強度

          MPa

          1375

          900

          導熱系數

          W/mK

          11.2

          6.7

          2.?分析在ANSYS 20192020中對渦輪葉片進行分析。葉片分析在3500 rpm保持恒定的整個分析。分析過程的基本步驟是定義網格。網格劃分的方法是四面體。材料的屬性在軟件中定義,如表1所示。

          工業燃氣輪機葉片分析

          -1:渦輪葉片的網格模型

          對于Inconel 718和Ti-6Al-4V合金,初始溫度、根部溫度和渦輪葉片溫度分別定義為23C、300C和1200℃。結果是根據總熱通量和定向熱通量。

          工業燃氣輪機葉片分析

          -2:Ti-6Al-4 的總熱通量

          工業燃氣輪機葉片分析

          -3:Ti-6Al-4V 的定向熱通量

          工業燃氣輪機葉片分析

          -4:Inconel 718 的總熱通量

          工業燃氣輪機葉片分析

          -5:Inconel 718 的定向熱通量

          2.2模態分析通過模態分析得到Ti-6Al-4V在100.14Hz, 246.11Hz, 419.76Hz和Inconel 718在99.174Hz, 241.11Hz, 411.66HZ的總變形量。

          工業燃氣輪機葉片分析

          -6:Ti-6Al-4V 在 100.14Hz 時的總變形


          ?工業燃氣輪機葉片分析

          -7:Ti-6Al-4V 在 246.11Hz 時的總變形


          工業燃氣輪機葉片分析

          -8:Ti-6Al-4V 在 419.76Hz 時的總變形

          工業燃氣輪機葉片分析

          -9:99.174Hz 時 Inconel 718 的總變形

          工業燃氣輪機葉片分析

          -10:Inconel 718 在 241.11Hz 時的總變形

          工業燃氣輪機葉片分析

          ? -11:411.66Hz 時 Inconel 718 的總變形

          結果

          3.1?ti-6a1-4v穩態熱分析結果表明,最大總熱流為3.9184 W/mm2,最大方向熱流為3.8969 W/mm2。模態分析結果表明,在100.14Hz, 246.11Hz, 419.76Hz下的總變形為18.6mm, 18.748mm。分別為23.164毫米718年

          ?

          3.2鉻鎳鐵合金穩態熱分析結果表明,最大總熱流為6.5502 W/mm2,最大方向熱流為6.5124 W/mm2。模態分析在99.174Hz、241.11Hz、411.66Hz時的總變形分別為13.657mm、13.775mm、16.83mm。

          2:穩態熱分析結果

          范圍

          單元

          Inconel718

          Ti-6Al-4V

          總熱通量

          W/mm2

          6.5502

          3.9184

          定向熱通量

          W/mm2

          6.5124

          3.8969

          3:模態分析 Ti-6Al-4V 結果

          頻率(赫茲)

          總變形量(mm)

          100.14

          18.6

          246.11

          18.748

          419.76

          23.164

          4:模態分析 Inconel718 結果

          頻率(赫茲)

          總變形量(mm)

          99.174

          13.657

          241.11

          13.775

          411.66

          16.83

          1.?結論

          從上述結果可以看出,這兩種材料都給出了相當大的結果。一種材料的總熱流值取決于該材料的熱導率。穩態熱分析結果表明,Ti-6Al-4V合金的總熱流比 Inconel 718合金的總熱流低40%左右。因此,Ti-6Al-4V材料比Inconel 718的效果更好。對于這兩種材料,所有3種模式的總變形都在增加。但與Ti-6Al-4V相比,Inconel 718在幾乎相同的頻率下變形更小。對于耐高溫材料來講,Inconel 718是更好的選擇。

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