年产30000件燃气轮机涡轮盘系列产品项目可行性研究报告

燃气轮机涡轮盘生产基地建设项目可行性研究报告

XXX有限公司

年产30000件燃气轮机涡轮盘系列产品项目

可行性研究报告

编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司

高级工程师：高建

目录

第一章总论 (7)

1.1项目概要 (7)

1.1.1项目名称 (7)

1.1.2项目建设单位 (7)

1.1.3项目建设性质 (7)

1.1.4项目建设地点 (7)

1.1.5项目负责人 (7)

1.1.6项目投资规模 (7)

1.1.7项目建设规模 (8)

1.1.8项目资金来源 (8)

1.1.9项目建设期限 (9)

1.2项目承建单位介绍 (9)

1.3编制依据 (9)

1.4编制原则 (10)

1.5研究范围 (10)

1.6主要经济技术指标 (10)

第二章项目背景及必要性可行性分析 (12)

2.1项目提出背景 (12)

2.2本次项目发起缘由 (13)

2.3项目建设必要性分析 (14)

2.3.1顺应我国战略性新兴产业高端装备制造业快速发展的需要 (14)

2.3.2符合《中国制造2025》“三步走”实现制造强国战略目标 (15)

2.3.3促进我国制造业转型升级及振兴发展的需要 (15)

2.3.4促进我国高温合金产业快速发展的需要 (16)

2.3.5增加就业带动相关产业链发展的需要 (17)

2.3.6促进项目建设地经济发展进程的的需要 (17)

2.4项目可行性分析 (18)

2.4.1政策可行性 (18)

2.4.2技术可行性 (19)

2.4.3管理可行性 (19)

2.4.4财务可行性 (19)

2.5分析结论 (19)

第三章行业市场分析 (21)

3.1我国制造业发展状况分析 (21)

3.2我国制造业发展趋势分析 (24)

3.3我国燃气轮机产业发展现状分析 (25)

3.4燃气轮机涡轮盘市场发展前景分析 (28)

3.5市场分析结论 (30)

第四章项目建设条件 (31)

4.1地理位置选择 (31)

4.2区域投资环境 (31)

4.2.1地理位置 (31)

4.2.2地形地貌 (32)

4.2.3自然气候 (33)

4.2.4自然资源 (33)

4.2.5交通区位 (34)

4.2.6经济发展 (35)

第五章总体建设方案 (37)

5.1总图布置原则 (37)

5.2土建方案 (37)

5.2.1总体规划方案 (37)

5.2.2土建工程方案 (38)

5.3主要建设内容 (39)

5.4工程管线布置方案 (39)

5.4.1给排水 (39)

5.4.2供电 (41)

5.5道路设计 (43)

5.6总图运输方案 (44)

5.7土地利用情况 (44)

5.7.1项目用地规划选址 (44)

5.7.2用地规模及用地类型 (44)

第六章产品及技术方案 (46)

6.1主要产品方案 (46)

6.2产品标准 (46)

6.3产品价格的制定 (46)

6.4产品优势 (46)

6.5产品生产规模确定 (46)

6.6项目产品生产工艺 (47)

6.6.1工艺设计指导思想 (47)

6.6.2项目产品工艺流程 (47)

第七章原料供应及设备选型 (48)

7.1主要原材料供应 (48)

7.2主要设备选型 (48)

7.3自控方案 (49)

第八章节约能源方案 (50)

8.1本项目遵循的合理用能标准及节能设计规范 (50)

8.2建设项目能源消耗种类和数量分析 (50)

8.2.1能源消耗种类 (50)

8.2.2能源消耗数量分析 (50)

8.3项目所在地能源供应状况分析 (51)

8.4主要能耗指标及分析 (51)

8.5节能措施和节能效果分析 (52)

8.5.1工业节能 (52)

8.5.2节水措施 (52)

8.5.3建筑节能 (53)

8.5.4企业节能管理 (54)

8.6结论 (54)

第九章环境保护与消防措施 (56)

9.1设计依据及原则 (56)

9.1.1环境保护设计依据 (56)

9.1.2设计原则 (56)

9.2建设地环境条件 (57)

9.3 项目建设和生产对环境的影响 (57)

9.3.1 项目建设对环境的影响 (57)

9.3.2 项目生产过程产生的污染物 (58)

9.4 环境保护措施方案 (58)

9.4.1 项目建设期环保措施 (58)

9.4.2 项目运营期环保措施 (60)

9.4.3 环境管理与监测机构 (61)

9.5绿化方案 (61)

9.6消防措施 (62)

9.6.1设计依据 (62)

9.6.2防范措施 (62)

9.6.3消防管理 (63)

9.6.4消防措施的预期效果 (64)

第十章劳动安全卫生 (65)

10.1 编制依据 (65)

10.2概况 (65)

10.3 劳动安全 (65)

10.3.1工程消防 (65)

10.3.2防火防爆设计 (66)

10.3.3电力 (66)

10.3.4防静电防雷措施 (66)

10.4劳动卫生 (67)

10.4.2卫生 (67)

10.4.3照明 (67)

10.4.4个人防护 (67)

10.4.5安全教育 (68)

第十一章企业组织机构与劳动定员 (69)

11.1组织机构 (69)

11.2劳动定员 (69)

11.3人力资源管理 (69)

11.4激励和约束机制 (70)

11.5福利待遇 (70)

第十二章项目实施规划 (72)

12.1建设工期的规划 (72)

12.2 建设工期 (72)

12.3实施进度安排 (72)

第十三章投资估算与资金筹措 (73)

13.1投资估算依据 (73)

13.2建设投资估算 (73)

13.3流动资金估算 (74)

13.4资金筹措 (74)

13.5项目投资总额 (74)

13.6资金使用和管理 (77)

第十四章财务及经济评价 (78)

14.1总成本费用估算 (78)

14.1.1基本数据的确立 (78)

14.1.2产品成本 (79)

14.1.3平均产品利润 (80)

14.2财务评价 (80)

14.2.1项目投资回收期 (80)

14.2.2项目投资利润率 (81)

14.2.3不确定性分析 (81)

14.3经济效益评价结论 (84)

第十五章风险分析及规避 (86)

15.1项目风险因素 (86)

15.1.1不可抗力因素风险 (86)

15.1.2技术风险 (86)

15.1.4资金管理风险 (87)

15.2风险规避对策 (87)

15.2.1不可抗力因素风险规避对策 (87)

15.2.2技术风险规避对策 (87)

15.2.3市场风险规避对策 (87)

15.2.4资金管理风险规避对策 (88)

第十六章招标方案 (89)

16.1招标管理 (89)

16.2招标依据 (89)

16.3招标范围 (89)

16.4招标方式 (90)

16.5招标程序 (90)

16.6评标程序 (91)

16.7发放中标通知书 (91)

16.8招投标书面情况报告备案 (91)

16.9合同备案 (91)

第十七章结论与建议 (92)

17.1结论 (92)

17.2建议 (92)

附表 (93)

附件1产品销售收入预测表 (93)

附件2 总成本费用估算表 (94)

附件3 外购原材料表 (95)

附件4外购燃料及动力费表 (96)

附件5 工资及福利表 (97)

附件6 利润和利润分配表 (98)

附件7 固定资产折旧费计算表 (99)

附件8 无形资产及递延资产摊销表 (100)

附件9 流动资金估算表 (101)

附件10 项目投资现金流量表 (102)

附件11 资产负债表 (104)

附件12 财务计划现金流量表 (105)

附件13 项目资本金现金流量表 (107)

附件14 借款偿还计划表 (108)

第一章总论

1.1项目概要

1.1.1项目名称

燃气轮机涡轮盘生产基地建设项目

1.1.2项目建设单位

XXX有限公司

1.1.3项目建设性质

新建项目

1.1.4项目建设地点

XXXXX

1.1.5项目负责人

1.1.6项目投资规模

本项目的总投资为90000.00万元，其中，建设投资为84847.50万元（土建工程为27985.00万元，设备及安装投资47400.00万元，土地费用为4200.00万元，其他费用为3600.16万元，预备费1662.34万元），建设期利息为1102.50万元，铺底流动资金为4050.00万元。

项目建成后，达产年可实现年产值120000.00万元，年均销售收入为89454.55万元，年均利润总额23295.40万元，年均净利润17471.55万元，

年上缴税金及附加为885.03万元，年增值税为8045.76万元；投资利润率为25.88%，投资利税率35.81%，税后财务内部收益率19.72%，税后投资回收期(含建设期)为5.90年。

1.1.7项目建设规模

本项目达产年设计生产能力为：年产燃气轮机涡轮盘系列产品30000件。

本次建设项目占地面积300亩，总建筑面积166900.00平方米；主要建设内容及规模如下：

主要建筑物、构筑物一览表

1.1.8项目资金来源

本项目总投资资金90000.00万元人民币，资金来源为：项目企业自筹资金75000.00万元，申请银行贷款15000.00万元。

1.1.9项目建设期限

本项目建设从2016年8月—2018年7月，建设工期共计24个月。1.2项目承建单位介绍

1.3编制依据

1.《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》；

2.《河北省国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》；

3.《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》；

4.《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》；

5.《国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定》；

6.《中国制造2025》；

7.《建设项目经济评价方法与参数及使用手册》（第三版）；

8.《工业可行性研究编制手册》；

9.《现代财务会计》；

10.《工业投资项目评价与决策》；

11.项目公司提供的发展规划、有关资料及相关数据；

12.国家公布的相关设备及施工标准。

1.4编制原则

（1）充分利用企业现有基础设施条件，将该企业现有条件（设备、场地等）均纳入到设计方案，合理调整，以减少重复投资。

（2）坚持技术、设备的先进性、适用性、合理性、经济性的原则，采用国内最先进的产品生产技术，设备选用国内最先进的，确保产品的质量，以达到企业的高效益。

（3）认真贯彻执行国家基本建设的各项方针、政策和有关规定，执行国家及各部委颁发的现行标准和规范。

（4）设计中尽一切努力节能降耗，节约用水，提高能源的重复利用率。

（5）注重环境保护，在建设过程中采用行之有效的环境综合治理措施。

（6）注重劳动安全和卫生，设计文件应符合国家有关劳动安全、劳动卫生及消防等标准和规范要求。

1.5研究范围

本研究报告对企业现状和项目建设的可行性、必要性及承办条件进行了调查、分析和论证；对产品的市场需求情况进行了重点分析和预测，确定了本项目的产品生产纲领；对加强环境保护、节约能源等方面提出了建设措施、意见和建议；对工程投资、产品成本和经济效益等进行计算分析并作出总的评价；对项目建设及运营中出现风险因素作出分析，重点阐述规避对策。

1.6主要经济技术指标

项目主要经济技术指标表

第二章项目背景及必要性可行性分析

2.1项目提出背景

制造业是国民经济的重要基础产业，经过改革开放以来特别是近十年的发展，市场配置资源的作用不断加强，各种所有制形式的制造企业协同发展，产品结构、组织结构、技术装备不断优化，有效支撑了国民经济平稳较快发展。在我国工业化、城镇化进程中发挥着重要作用。随着中国经济迈入到新的发展高度，过去产能过剩、资源密集型的产业，将转向绿色低碳循环的产业。而为了响应“十三五”的号召，装备制造业将加大环保改革及行业技术转型升级。

制造业是国民经济的主体，是科技创新的主战场，是立国之本、兴国之器、强国之基。当前，全球制造业发展格局和我国经济发展环境发生重大变化，必须紧紧抓住当前难得的战略机遇，突出创新驱动，优化政策环境，发挥制度优势，实现中国制造向中国创造转变，中国速度向中国质量转变，中国产品向中国品牌转变。

高端装备制造业是指生产制造高技术、高附加值的先进工业设施设备的行业。高端装备主要包括传统产业转型升级和战略性新兴产业发展所需的高技术高附加值装备。高端装备制造业是以高新技术为引领，处于价值链高端和产业链核心环节，决定着整个产业链综合竞争力的战略性新兴产业，是现代产业体系的脊梁，是推动工业转型升级的引擎。大力培育和发展高端装备制造业，是提升我国产业核心竞争力的必然要求，是抢占未来经济和科技发展制高点的战略选择，对于加快转变经济发展方式、实现由制造业大国向强国转变具有重要战略意义。

燃气轮机广泛应用于发电、船舰和机车动力、管道增压等能源、国防、交通领域，是关系国家安全和国民经济发展的高技术核心装备，属于市场前景巨大的高技术产业。燃气轮机技术水平是代表一个国家科技和工业整

体实力的重要标志之一，被誉为动力机械装备领域“皇冠上的明珠”。正是基于燃气轮机在国防安全、能源安全和保持工业竞争能力领域的重大地位，发达国家高度重视燃气轮机的发展，世界燃气轮机技术及其产业发展迅速，我国发展燃气轮机发展虽然已经有50年的历史，但30年的发展断层让我国燃气轮机技术错过了国外高速发展的时期，迅速与国际水平拉大了差距。随着我国天然气资源大规模开发利用，西气东输、近海天然气开发、液化天然气(LNG)引进、可燃冰开发、煤层气的综合利用、分布式电源建设等工程进展，国家能源结构调整已进入实施阶段，燃气轮机在我国迎来了前所未有的发展机遇。

2.2本次项目发起缘由

燃气轮机是融航空、电子、先进制造技术等多学科技术于一体的技术密集型产品。燃气轮机中不论是燃气发生器和动力涡轮部件，不可避免的使用了涡轮装置，而涡轮装置中的关键部件之一就是涡轮盘。涡轮盘是燃气涡轮发动机中主要承力件，是涡轮转子叶片的载体，是将高温高压燃气作用在叶片上的膨胀功转化的机械功传递出去的必经通道。涡轮盘作为重型燃气轮机的核心热端转动部件，其冶金、制造质量和性能水平，在一定程度上决定了燃机的功率、热效率、可靠性与安全寿命。长期以来，发达国家在燃气轮机技术方面对我国进行严格控制，其核心设计技术、热端部件制造与维修技术等对我国拒绝转让，因此燃气轮机涡轮盘锻件及其制造技术成为制约我国燃气轮机国产化的主要瓶颈之一。

项目方即是在结合我国燃气轮机产业发展前景较好的行业背景、项目产品市场需求日益旺盛、国家产业政策利好以及当前项目公司及项目实施地具备多方资源优势的情况下，提出的本次“燃气轮机涡轮盘生产基地建设项目”。项目企业充分利用建设地资源优势及产业基础优势，依靠稳定而过硬的产品生产技术优势和人才优势，并不断加强科技研发，大力引进

燃气轮机叶片

燃气轮机叶片加工与控制 一.燃气轮机的结构与组成 燃气涡轮发动机主要由压气机、燃烧和涡轮三大部件以及燃油系统、滑油系统、空气系统、电器系统、进排气边系统及轴承传力系统等组成。三大部件中除燃烧外的压气机与涡轮都是由转子和静子构成，静子由内、外机匣和导向（整流）叶片构成；转子由叶片盘、轴及轴承构成，其中叶片数量最多。 二．燃气轮机工作原理及热处理过程 工作原理：发动机将大量的燃料燃烧产生的热能，势能给涡轮导向器斜切口膨胀产生大量的动能，其一部分转换成机械功驱动压气机和附件，剩余能由尾喷管膨胀加速产生推力。 三．燃气轮机叶片 1.在燃气涡轮发动机中叶片无论是压气机叶片还是涡轮叶片，它们的数量最多，而发动机就是依靠这众多的叶片完成对气体的压缩和膨胀以及以最高的效率产生强大的动力来推动飞机前进的工作。叶片是一种特殊的零件，它的数量多，形状复杂，要求高，加工难度大，而且是故障多发的零件，一直以来各发动机厂的生产的关键，因此对其投入的人力、物力、财力都是比较大的，而且国内外发动机厂家正以最大的努力来提高叶片的性能，生产能力及质量满足需要。 在流道中，由于在不同的半径上，圆周速度是不同的，因此在不同的半径基元级中，气流的攻角相差极大，在叶尖、由于圆周速度最大，造成很大的正攻角，结果使叶型叶背产生严重的气流分离；在叶根，由于圆周速度最小，造成很大的负攻角，结果使叶型的叶盆产生严重的气流分离。因此，对于直叶片来说。除了最近中径处的一部分还能工作之外，其余部分都会产生严重的气流分离，也就是说，用直叶片工作的压气机或涡轮，其效率极其低劣的，甚至会达到根本无法运转的地步。叶片的工作条件。 压气机叶片含风扇叶片属于冷端部件的零件，除最后几级由于高压下与气体的摩擦产生熵增而使温度升高到约600K（327°C），其余温度不高，进口处在高空还需防结冰。工作前面几级由于叶片长以离心负荷为主，后面几级由于温度以热负荷为主。总之压气机叶片使用寿命较长。叶片的使用的材料一般为铝合金、钛合金、铁基不锈钢等材料。 涡轮是在燃烧室后面的一个高温部件，燃烧室排出的高温高压燃气流经流道流过涡轮，所有叶片恰好都是暴露在流道中必须承受约1000°C的高温1Mpa 的以上高压燃气的冲刷下能正常工作。因此叶片应有足够的耐高温和高压的强度。涡轮叶片的使用寿命远低于压气机叶片约2500h。 转子叶片，静子叶片只承受热应力及弯曲应力，没有离心应力。叶片使用的材料一般为高温铸造合金如K403、K424等、和高温合金如GH4133等，温下高强度材料。 2.叶片加工与控制 （1）加工 叶片的加工分两大部分：一部分为叶片型面加工，一部分为榫头加工及缘板加工：压气机工作叶片的型面是用高能高速热挤压成型后经抛光而成；整流叶片是由冷轧成型经抛光而成。涡轮叶片的叶型，无论是工作叶片

美国为涡轮盘研制出新一代粉末高温合金

了基于动态观测器的诊断方法。其思想是只设计1个动态观测器,但其结构可不断变换,使每次变换后的动态观测器对相应的故障具有鲁棒性,而对其他故障都敏感,通过判别残差列实现故障检测和诊断。 将此方法进一步推广,提出了耦合故障的诊断方法。通过采用“组合”多种故障分配矩阵的方法重构故障模式,可有效地诊断出耦合故障。该方法具有推理简单、诊断速度快的优点,基本可以满足实时性故障诊断的要求。 参考文献 1　孙全玲,胡平.基于神经网络和粗集的智能故障诊断技术 应用.微机发展,2005,15(12):113～116. 2　郭小生,杨建华.基于人工免疫系统的导弹智能诊断模型.计算机应用,2005,25(12):2774～2776. 3　宋光明,宋建社,杨小冈.基于模糊神经网络的导弹故障智能诊断方法.上海海运学院学报,2001,22(3):85～88. 4　魏永军,汪亚平,金玉红.导弹故障诊断专家系统.上海航天,1998,(1):38～43. 5　张晓梅.多重故障诊断方法研究.计算机应用研究,2004, (7):51～53. 6　Chen C T.L inear Syste m s Theory and Design.Holt,R ine2 hart and W inst on,1984. 美国为涡轮盘研制出新一代粉末高温合金 刚刚进入21世纪,美国相继推出了用于燃气涡轮发动机涡轮盘的新一代粉末高温合金A ll oy10、ME3和LSHR。 3种合金的化学成分见表1。 表1　新一代粉末高温合金的化学成分(wt%)合金牌号C Cr Co W Mo Ti A l Nb A ll oy100.0411155.72.53.83.81.8 ME3(平均值)0.0551418.5231.752.854.53.51.65 LSHR0.0313214.32.75.53.51.5合金牌号Ta Hf Zr B其 他 A ll oy100.90.10.03 ME3(平均值)2.2510.0820.03Fe,Mg,Re,V<6.6 LSHR1.60.050.03 A ll oy10是美国Textr on-Lycom ing公司(现在的Honey well公司)在AF115基础上改进而成的高温合金。该合金有高含量的难熔元素(如W),因此具有良好的拉伸与蠕变性能和较高的固溶温度,适用于制造小型燃气涡轮发动机涡轮盘。 ME3是美国NAS A Glenn研究中心与GE和P W公司合作,在HSR/EP M研究计划压气机/涡轮盘分研究计划下成功开发的先进粉末高温合金。该合金耐温能力强、使用寿命长(比现有盘材料至少长30倍)、固溶温度低和可加工性好等特点,适用于制造大型燃气涡轮发动机涡轮盘。2004年10月,ME3被美国《研究与开发》杂志评为“最佳100个科技产品奖”之一。 NAS A Glenn研究中心在A ll oy10和ME3合金的基础上开发出1种混合合金LSHR。该合金兼具ME3的低固溶温度(1160℃)和A ll oy10的高含量难熔元素的特点,并具有良好的拉伸与蠕变性能。 以上述3种合金为代表的新一代粉末高温合金,兼具高强度和高损伤容限性能,抗拉强度比第2代的高,裂纹扩展速率比第2代的低,使用温度达到750℃以上。 目前,美国采用先进的双显微组织热处理工艺 (DMHT),进行将3种合金用于双性能粉末涡轮盘 的研究。(孙广华) 84航空发动机2006年第32卷第4期

高温合金和低成本复合材料

高温合金材料技术发展展望 摘要 高温合金是航空结构材料中最重要的组成部分之一。代表着飞机及其动力装置用材的主流。 本文的特点是在总结概括技术发展轨迹的基础上，将讨论的重点集中于高温合金材料国外最新进展的介绍。在此基础上，选取了几个当前较有实用价值、 目前国内最为关心、技术难点也最为突出的领域展开了较为深入的讨论。如双 性能盘、单晶叶片等。 关键词：高温合金成本 1．引言 高温合金是航空结构材料中最重要的组成部分之一。代表着飞机及其动力装置用材的主流。是当前的难点及热点问题。本文将在总结、概括技术发展轨迹的同时，重点介绍这两类材料的最新进展。 2．高温合金技术 高温合金是航空动力装置的主要用材。几十年来，高温合金一直扮演着航空发动机热端部件用材的主角，对于整个航空动力发展的影响巨大。据国外称，航空发动机性能提高78%是由先进材料做出的贡献。 2．1国外现状及发展趋势 高温合金广泛用于压气机、涡轮、燃烧室及机匣等。镍基合金的熔点大约在1350℃，热强度要有更大的发展是不可能的，但与其代替材料相比，在高温强度、塑性及韧性和成本上仍有竞争力。通过合金开发、改进生产工艺以及热障涂层的采用，在一定时期内仍是航空发动机的主导材料。 在合金发展方面有两大趋势，一是继续改进高温强度，一是开发低成本合金。 在单晶合金方面，目前许多工作集中在高强合金发展上，但是由于高熔点合金元素含量的增高，制造工艺复杂，成本因而增高，因此目前正在致力于简化制造工艺。第3代单晶的应用开发工作主要集中在1000℃不加冷却的中压涡轮叶片上，要求合金有大的热处理窗，工艺不太复杂。相反对于高压涡轮，第3代单晶的应用研究工作较少，解决TBC带来的叶片合金强度及抗氧化性问题仍是重要的目标，这是因为3代单晶合金的TCP相问题以及与TBC 涂层之间会形成一反应区（SRZ）从而降低高温强度。而目前这方面的研究进展甚少。因此不仅要找到合金强化方法，而且要材质不因涂层而受到影响。 除单晶合金外，定向高温合金由于成本低也受到重视，第二代定向合金中（Re+Ta+W）含量达到14~15%，其性能可代替第一代单晶而成本却低得多。目前在日本开发了第3代定向合金，其特点是加入了第3代单晶的合金化元素来强化晶界，从而得到与二代单晶CMSX-4相同的强度，如TMD107的（Re+Ta+W）含量达到17%，同样也在研究加入第4代单晶的合金化元素来开发出第4代定向合金。 在变形合金方面将继续开发新合金，同时要努力降低性能分散度、增大设计许用应力，双真空熔炼正让位于真空感应+电渣+真空电弧熔炼的三联法。目前大直径锭仍难获得均匀组织，要求开发生产均匀组织的熔炼方法。 在粉末合金方面，夹杂仍是不可避免的，要求采用损伤容限设计，提高许用应力。 在焊接合金方面，要求在焊接性能与强度之间求得平衡，尽管IN718是传统的强度与焊接性能均好的合金，但只能用于650℃以下，原来为叶片开发的IN738合金具有最佳的强度、焊接性能及工作温度的综合性能，可用作飞机发动机大结构喷射成形铸造及焊接合金。

燃气轮机结构-涡轮

第四章涡轮 涡轮概述 一:涡轮功用 把来自燃烧室的高温、高压燃气中的部分热能和压力能转换成机械功，用以带动压气机、附件和外负荷。 二：按燃气流动方向分类 轴流式径流式（离心式、向心式） 三：涡轮工作条件 高温、高转速、频繁剧烈热冲击、不均匀加热及由于转子不平衡和燃气压力、流量脉动造成的不平衡负荷的作用。 四：船舶燃气轮机涡轮 船舶燃气轮机多应用轴流式涡轮。其特点是功率大、燃气温度高、转速高、效率高。 燃气发生器涡轮（增压涡轮）：用来带动压气机和附件； 动力涡轮：用来带动减速器-螺旋桨或其他负荷，输出功率 五：涡轮通流形式 平的 扩张型：等中径通流等内径通流等外径通流

涡轮转子 一：涡轮转子组成 涡轮盘、涡轮轴、工作叶片、连接零件 二：盘与轴的连接 1.不可拆卸式结构：销钉连接整体结构或焊接 2.可拆卸式结构：螺钉连接短螺栓连接

三：盘与盘的连接 盘与盘地连接也分为不可拆卸和可拆卸两种结构，如下为典型连接： 不可拆卸式的径向销钉连接用长螺栓连接的可拆卸结构用短螺栓连接的可拆卸结构四：工作叶片及其与轮盘的连接 1：工作叶片工作环境： 离心力、气动力、振动负荷、受到燃气腐蚀、冷热疲劳 第一级工作叶片工作条件最恶劣，决定燃气初温选择，直接影响燃气轮机性能和可靠性 2：工作叶片组成 叶身、中间叶根、榫头（有些叶尖带有叶冠） 3：中间叶根作用 可以减少向轮盘传热，改善榫头应力分布不均匀；可以通冷却空气，降温，减少热应力，减轻轮盘质量。 4：榫头 叶片用枞树形榫头连接，承受负荷、离心力大、高温下工作。 故需满足：a.允许榫头受热后自由膨胀 b.传热性能好，叶片热量容易带走5：工作叶片的固定： 涡轮静子 一：涡轮静子组成 涡轮外环、导向器、涡轮支撑、传力系统 二：涡轮机匣 1：结构特点 一般采用整体式，且采用与燃机轴线垂直的分开面，将外环分成几部分 也有用于纵向剖分面的分开式结构的机匣，但多用于多级涡轮的情况 : 2：径向周向定位 通常采用圆柱表面实施，也有用几个不等距的精密配合的销钉作为定位件，再用精配螺栓附加定位

大修航空发动机涡轮叶片的检修技术示范文本

大修航空发动机涡轮叶片的检修技术示范文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月

大修航空发动机涡轮叶片的检修技术示 范文本 使用指引：此解决方案资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 介绍了涡轮叶片的清洗、无损检测、叶型完整性检测 等预处理，以及包括表面损伤修理、叶顶修复、热静压、 喷丸强化及涂层修复等在内的先进修理技术。 涡轮叶片的工作条件非常恶劣，因此，在性能先进的 航空发动机上，涡轮叶片都采用了性能优异但价格十分昂 贵的镍基和钴基高温合金材料以及复杂的制造工艺，例 如，定向凝固叶片和单晶叶片。在维修车间采用先进的修 理技术对存在缺陷和损伤的叶片进行修复，延长其使用寿 命，减少更换叶片，可获得可观的经济收益。为了有效提 高航空发动机的工作可靠性和经济性，涡轮叶片先进的修 理技术日益受到发动机用户和修理单位的重视，并获得了

广泛的应用。 1.修理前的处理与检测 涡轮叶片在实施修理工艺之前进行必要的预处理和检测，以清除其表面的附着杂质；对叶片损伤形式和损伤程度做出评估，从而确定叶片的可修理度和采用的修理技术手段。 1.1清洗 由于涡轮叶片表面黏附有燃料燃烧后的沉积物以及涂层和(或)基体经过高温氧化腐蚀后所产生的热蚀层，一般统称为积炭。积炭致使涡轮效率下降，热蚀层会降低叶片的机械强度和叶片表面处理的工艺效果，同时积炭也掩盖了叶片表面的损伤，不便于检测。因此，叶片在进行检测和修理前，要清除积炭。 1.2无损检测 在修理前，使用先进的检测仪器对叶片的叶型完整性

先进航空发动机用高温钛合金双性能整体叶盘的制造

34航空制造技术·2019年第62卷第19期先进航空发动机用高温钛合金 双性能整体叶盘的制造 蔡建明1，李 娟1，田 丰2，叶俊青2 （1. 中国航发北京航空材料研究院，北京 100095； 2. 贵州安大航空锻造有限责任公司，安顺 561005） [摘要] 钛合金整体叶盘是先进航空发动机压气机系统的典型轻质高效结构。整体叶盘零件工作时，叶片和盘承受不同的热力条件，采用“双性能”代替传统的“均质”设计，是提高压气机转子减重效果及满足愈加严苛且多变的温度和载荷工作条件使用的有效措施。对比分析了两种“梯度热处理”工艺，即分区控温梯度热处理工艺和局部包覆控时梯度热处理工艺制备钛合金双性能整体叶盘的可行性，评估了叶片、盘及过渡区的显微组织控制能力。试验结果表明：两种工艺均能在钛合金整体叶盘的叶片与盘之间的过渡区形成稳定可控的温度梯度，得到双重组织，即叶片为双态组织，盘为细小的片层组织，过渡区位置和尺寸可控，显微组织呈渐变特征。可根据整体叶盘锻件的外形特点和组织性能要求，选用适合的制备工艺及相应的工艺参数。 关键词： 钛合金双性能整体叶盘；分区控温梯度热处理；局部包覆控时梯度热处理 DOI:10.16080/j.issn1671–833x.2019.19.034 同使用性能情况下，通过以钛代镍，可实现约40%的减重效果[3]，且钛合金转子相对降低了对压气机轴的载荷作用，从而可以提高发动机的推重比和使用可靠性。与传统榫齿连接结构相比，采用整体叶盘结构可以显著提高发动机的部件减重效果，提高压气机空气增压效率和气动稳定性，并可避免榫齿连接结构因叶片榫头与盘榫槽接触区域发生微动磨损引发疲劳失效的风险。航空发动机压气机整体叶盘工作时，叶片和盘承受的温度条件和应力条件有着显著差异，相对而言，叶片工作温度高、应力小、振动频率大，主要承受离心拉应力和高频振动应力的综合作用，且有受到外物冲击的可能，因此应重点考虑叶片的拉伸强度、高周疲劳和抗外物冲击性能；盘承受高的 先进航空发动机高推重比、高增压比、高涡轮前温度及低油耗目标的实现，除了采用先进的结构设计和精准的强度计算外，还强烈依赖于轻质耐热钛合金材料及高效轻量整体叶盘结构的综合应用。传统钛合金受航空发动机压气机转子部件高温、高压、高速工作状态引起的蠕变、保载疲劳、氧化、钛火等因素的制约，长时工作温度不能超过600℃[1–2]，典型的600℃高温钛合金有英国IMI834及我国Ti60等。与国内其他常用航空钛合金如TC11、TA19、TC17相比，Ti60钛合金在500℃以上有显著的蠕变性能优势，适用于高压压气机后段的整体叶盘、机匣等部件。在 400~600℃温度区间，与GH4169镍 基高温合金相比，Ti60钛合金的比 强度和比疲劳强度有优势，在获得相蔡建明 工学博士，高级工程师，主要从事 航空发动机用高性能高温钛合金的科 研工作。在国内外学术期刊上发表论 文30余篇。

图说燃气轮机的原理与结构

图说燃气涡轮发动机的原理与结构 曹连芃 摘要：文章介绍燃气涡轮发动机的工作原理；对燃气轮机的主要部件轴流式压气机、环管形燃烧室、轴流式涡轮分别进行了原理与结构介绍；对燃气涡轮发动机的整体结构也进行了介绍。 关键字：燃气涡轮发动机，燃气轮机，轴流式压气机，燃烧室，轴流式涡轮 1. 燃气涡轮发动机的工作原理 燃气涡轮机发动机（燃气轮机）的原理与中国的走马灯相同，据传走马灯在唐宋时期甚是流行。走马灯的上方有一个叶轮，就像风车一样，当灯点燃时，灯内空气被加热，热气流上升推动灯上面的叶轮旋转，带动下面的小马一同旋转。燃气轮机是靠燃烧室产生的高压高速气体推动燃气叶轮旋转，见图1。 图1-走马灯与燃气涡轮 燃气轮机属热机，空气是工作介质，空气中的氧气是助燃剂，燃料燃烧使空气膨胀做功，也就是燃料的化学能转变成机械能。图2是一台燃气轮机原理模型剖面，通过它来了解燃气轮机的工作原理。 从外观看燃气轮机模型：整个外壳是个大气缸，在前端是空气进入口；在中部有燃料入口，在后端是排气口（燃气出口）。 燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，左边四排叶片构成压气机的四个叶轮，把进入的空气压缩为高压空气；中间部分是燃烧器段（燃烧室），内有燃烧器，把燃料与空气混合进行燃烧；右边是涡轮（透平），是空气膨胀做功的部件；右侧是燃气排出口。

图2-模型燃气轮机结构 在图3中表示了燃气轮机的简单工作过程：空气从空气入口进入燃气轮机，高速旋转的压气机把空气压缩为高压空气，其流向见浅蓝色箭头线；燃料在燃烧室燃烧，产生高温高压空气；高温高压空气膨胀推动涡轮旋转做功；做功后的气体从排气口排出，其流向见红色箭头线。 图3-燃气轮机工作过程 在燃气轮机中压气机是由涡轮带动旋转，压气机的叶轮与涡轮安装在同一根主轴上组成燃气轮机转子，如图4所示。

GH4169合金涡轮盘锻件粗晶质量分析和控制

万方数据

方式及变形程度不同，从而形成不同的组织形态。三、涡轮盘锻件主要粗晶部位及其成因 １．轮毂部位的粗晶、混晶 在涡轮盘轮毂的顶部经常有几毫米至几十毫米的粗晶或混晶区，典型组织如图２所示。其原因与坯料尺寸、成形工艺及该部位成形方式有关。由于填充方式不是单一的形式，而是两种方式的综合作 用。因此当轮毂成形以金属平移方式为主充填时， 由于变形不充分，易于形成不均匀的组织状态，加之轮毂对应于荒坯成形时的中心部位，而该部位又属于难变形区或变形死区，残留一定的棒材原始组织，组织状态较粗大且不均匀。由于以上几种因素的共同作用，使轮毂顶部常会出现粗晶或混晶组织。大的趋势更明显。且由于坯料组织形态具有明显的遗传倾向，直接影响锻件最终组织的均匀和细化。因此重锤连击、单锤变形量过大引起剧烈变形而产生的热效应是形成芯部组织粗化的重要原因。 ３．轮缘外侧区域局部粗晶 轮缘与飞边冷却较快，在该部位终锻温度过低时，由于再结晶变形不充分，形成了少量粗大晶粒无法细化再结晶（如图４所示），形成组织不均匀。 图４轮缘部位粗晶组织×１００ ４．６相对晶粒的影响 当艿（Ｎｉ３Ｎｂ）相含量过少或处于溶解状态（如图５ａ所示），晶粒因无异相质点的阻碍作用，迅速粗化，形成粗大组织，引起合金性能下降；而合金中艿相析出过多（如图５ｂ所示），会导致过多的消 图２轮毂顶部粗晶、混晶组织×１００ 耗基体中的Ｎｂ，引起作为合金主要强化相的／７体 积百分数不足，使热处理不能充分时效硬化，从而２?锻件芯部粗晶引起合金高温性能的降低。因此应使ｄ相以合理的由于坯料加热温度、保温时间及局部形变热效含量和组织形貌均匀分布，起到?ｔ钉扎，，作用，阻应引起温升等原因，往往在锻件芯部出现粗晶区，碍晶粒长大，而又不消耗过多的Ｎｂ，保持其热处理 典型组织如图３所示。 后的强化效果。 图３锻件芯鄙粗晶组织×１００ 因此除对加热温度、保温时间等加热参数需要严格控制外，防止变形热效应引起锻坯局部温度升高，也不容忽视，坯料的局部温升主要是由于重锤连击、单锤变形量过大造成。根据金属弹塑性应变能理论计算，采用棒料镦粗（ｈ／ｄ＝２）时，单锤变形量大于５％、单火次总变形量大于６０％可使坯料平均温升达２０℃以上。而坯料芯部散热条件差，变形剧烈，不难想象，芯部温升会更高，形成晶粒长１０图５ａ占相含量较少×２５０图５ｂ８相含量较多×２５０ 　万方数据

航天发动机涡轮叶片失效分析

航空发动机涡轮叶片失效分析 涡轮叶片是航空发动机最主要的部件之一，高温1600-1800度长期工作、要承受300米/秒左右的风速、高负荷（根据作用力的大小确定）、结构复杂的典型热端机械构件，它的设计制造性能和可靠性直接关系到整台发动机的性能水平耐久性和寿命。为了提高发动机的推重比，叶片设计时常采用比强度高的新材料；采用先进复杂的冷却结构及工艺；降低工作裕度等措施来实现。因此，研究涡轮叶片失效分析对提高发动机工作安全及正确评估叶片的损伤形式和损伤程度有重要意义。 1.涡轮转子叶片结构特点 现代航空发动机多处采用多级轴流式涡轮。涡轮叶片具有气动力翼型型面，为了使燃气系统排出的燃气流竜在整个叶片长度上做等量得功，并保证燃气流以均匀的轴向速度进入排气系统从叶根到叶尖有一个扭角，叶尖处的扭角比叶根处要大。 涡轮转子叶片在涡轮盘上的固定方法十分重要，现代大多数燃气涡轮发动机转子都采用“枞树形”榫齿。这种榫齿精确加工和设计，以保证所有榫齿都能按比例承受载荷。当涡轮静止时，叶片在榫槽内有一定的切向活动量；而当涡轮转动时，离心力将叶根拉紧在盘上。 涡轮叶片材料是保证涡轮性能和可靠性的基础，涡轮叶片早期是用变形高温合金，采用锻造的方法制造。由于发动机设计与精铸技术的发展，发动机涡轮叶片从变形合金发展为铸造合金从实心发展为空心，从多晶发展为单晶，从而大大提高了叶片的耐热性能。由于镍基单晶超合金具有卓越的高温蠕变性能已成为制造航空发动机热端部件的重要材料。 涡轮叶片的工作条件和受力分析 2.叶片的工作条件 涡轮叶片时直接利用高温高速燃气做功的关键部件，温度高负荷大应力状态复杂工作环境非常恶劣。涡轮叶片在高温燃气的工作条件下，高温氧化和燃气腐蚀则是其主要的表面损伤形式。氧和硫是影响镍基合金高温合金氧化抗力最有害的两种元素。氧化晶界扩散与晶界上的Cr。Al..。和Ti等元素发生化学反应形成氧化物，然后氧化物开裂，使疲劳裂纹萌生与扩展。硫以引起晶界脆化的方式加速疲劳裂纹的萌生与扩展。 涡轮转子叶片在工作中一直处于高温工作状态，因此热疲劳和高温蠕变性能也是涡轮转子叶片的重要失效抗力指标。

粉末高温合金盘件

世界 有色金属1999年第12期 WOR LD NONFERROUS METALS 粉末高温合金盘件 北京航空材料研究院　邹金文 1　概述 随着航空工业的发展,现代燃气涡轮发动机正向 推力大、油耗低、推重比高和使用寿命长的方向发展, 这一发展要通过压气机增压比的提高和涡轮进口温度的提高,以及在设计上采用一定的措施来实现。涡轮盘是发动机重要部件之一,飞行时承受起动、停车循环的机械应力和温差引起的热应力的迭加作用,工作条件极为苛刻,因此对制造涡轮盘件的高温合金提出了更高的要求,要求具有良好的力学性能、理化性能及热工艺性能,特别是在使用温度范围内要有尽可能高的低周疲劳和热疲劳性能,这是确定涡轮工作寿命的关键因素。为了解决高合金化常规铸锻材料造成的成分偏析和变形加工困难,60年代末期,随着粉末冶金技术的发展,特别是高纯预合金粉末及热等静压技术的兴起,生产出了粉末高温合金涡轮盘件,目前已成为制造高性能涡轮盘最成熟可靠的方法。 2　粉末高温合金特点 2.1　粉末高温合金优点2.1.1　消除偏析 雾化制粉时每一个细小的粉末颗粒以高达102～ 105℃/s 的速度冷却,每颗粉末相当于一个显微铸锭, 消除了宏观偏析,显微偏析被限制在1.5μm 的枝晶 间,用这样的粉末压制成的涡轮盘件毛坯具有均匀的显微组织,避免了常规铸锭中由于偏析造成的低倍缺陷。2.1.2　细化晶粒 由于粉末颗粒是超细晶粒的多晶体,沉淀强化相以极为细小分散的方式存在,这使得压出来的毛坯具有均匀的细晶组织,从而可以提高盘件的强度和低周 疲劳寿命,降低力学性能的分散性。2.1.3　改善工艺性能 由于粉末高温合金压坯具有均匀的细晶组织,这样的压坯具有超塑性,大大改善了合金的冷热加工性能。2.1.4　降低成本 利用超塑性锻造和热等静压近尺寸成形技术,可以提高材料利用率,降低昂贵的材料消耗,并可简化工序,因而可使盘件生产成本大为降低。2.1.5　减轻重量 由于粉末高温合金力学性能分散度减小,提高了材料的最低设计应力,减轻了盘件重量。例如美国PW 公司由于在F100-PW -100发动机上使用粉末高温合金盘,仅盘件就使每台发动机减轻重量58.5kg 。 2.1.6　提高燃效 先进的高性能涡扇发动机PW2037采用了5个MER L76粉末高温合金盘,减少油耗30%,相当于每年每架飞机节省100万美元。2.1.7　发展新合金和双性能盘 通过提高合金元素含量发展新合金体系。按照需要在不同部位配置不同成分,制备具有剪裁结构的双性能盘。 总之,粉末高温合金材料和工艺在技术和经济上,充分显示了新材料、新工艺和新的零件结构三者溶为一体的巨大力量。2.2　粉末高温合金存在问题 8 3□　新技术开发

俄罗斯粉末高温合金工艺的研究和发展

作者简介:国为民,34岁,博士　高级工程师,从事粉末高温合金研究工作。收稿日期:1999-10-08 俄罗斯粉末高温合金工艺的研究和发展 国为民 冯　涤 (钢铁研究总院　北京100081) 摘　要:总结和分析了俄罗斯粉末高温合金工艺研究的成果和发展方向,介绍了粉末涡轮盘的质量控制原则和其他方面的发展动态。关键词:粉末高温合金,工艺,发展 中图分类号:TF125.2+12 RE SE ARCH AND DEVEL OPMENT OF POW DER ME TALLUR GY SUPERALLOY IN RUSSIA Guo Wei -min Feng Di (Central Iron &Steel Research Institute ,BeiJing 100081,China ) A bstract :The research and development of powder metallurgy superalloy in Russia have been r eviewed .The manufacture pr oc ess and quality c ontr ol of powder tur bine disk ha ve been intro -duced . Key words :Powder metallurgy superalloy ,process ,development 1　前言 粉末(镍基)高温合金晶粒细小,组织 均匀,无宏观偏析,合金化程度高,屈服强度高,疲劳性能好,是制造高推比新型发动机涡轮盘等部件的最佳材料。自1971年美国P &W 公司将铸造合金IN -100制成预合金粉末,并经挤压加超塑性等温锻造工艺制成涡轮盘、压气机盘等9个零件起,世界上粉末高温合金发展至今已近30年历史[1]。俄罗斯粉末高温合金的研究起始于60年代末,1978年粉末高温合金涡轮盘正式在军用发动机上使用,至今已有20多年。目前在粉末高温合金领域,美国和俄罗斯工艺各 异,都居于世界领先地位。 俄罗斯的粉末高温合金发展始于军用航空领域,并逐渐扩展到民用航空领域,在 80年代末研制出ПС-90A 民用航空发动机盘件。到1993年已累计生产各类粉末高温合金盘件25000个,短寿命设计要求的部件单件工作时间达1500h ,长寿命要求的部件单件工作时间达10000h ,总的工作时间超过了1百万h [2],到1995年已装机使用盘、轴类件总数超过了40000件。全俄生产粉末高温合金的单位有两个,一个是全俄轻合金研究院(ВИЛС),另一个是斯图宾斯克冶金联合体(C MK )。全俄轻合金研究院有两条粉末生产线,旧生产线的设备是自 第10卷　第1期2000年2月 粉末冶金工业PO WDER MET ALLURG Y INDUSTRY Vol .10No .1 Feb .2000 DOI :10.13228/j .boyuan .issn 1006-6543.2000.01.007

航空发动机涡轮叶片修复中的裂纹控制

航空发动机涡轮叶片修复中的裂纹控制 航空发动机是飞机的动力核心，随着我国航空事业的发展，我国加快了对于航空发动机的研制步伐，通过引进、研发、生产的这一发展战略提高我国航空发动机的效率和使用寿命。在航空发动机的各组成部件中，涡轮叶片是其中最为重要同时也是受负荷最大的部件，涡轮叶片在工作的过程中会承受着高温燃气的高速冲刷、撞击、黏着磨损等从而使得涡轮叶片的使用效率和使用寿命持续下降。并导致涡轮叶片的叶冠间隙增大进而影响到涡轮叶片叶冠的阻尼效果，严重的会导致涡轮叶片在工作中断裂从而威胁到飞机的飞行安全。在航空发动机使用一段时间进行检修时需要对涡轮叶片进行检查处理，通过采用焊接的方式消除涡轮叶片叶冠阻尼凸台缺陷，并注意做好堆焊处理后涡轮叶片焊接处的裂纹控制和处理。提高涡轮叶片的使用效率和使用寿命。 标签：涡轮叶片；叶冠；裂纹；堆焊 前言 航空发动机涡轮叶片在长时间的使用后会导致涡轮叶片叶冠出现阻尼凸台，这一缺陷的存在会对航空发动机的正常使用造成较大的危害。通过采用氩弧焊堆焊的方式来对涡轮叶片叶冠阻尼凸台进行处理的过程中发现在涡轮叶片叶冠焊接处存在焊接热裂纹，为确保涡轮叶片的使用寿命，在做好涡轮叶片叶冠阻尼凸台焊接裂缝分析的基础上通过对涡轮叶片叶冠阻尼凸台氩弧焊堆焊工艺进行改进用以消除热裂纹缺陷，保障航空发动机涡轮叶片的安全、高效的使用。 1 航空发动机涡轮叶片叶冠阻尼凸台焊接热裂纹产生的原因 某航空发动机在长时间使用后进行检修的过程中发现涡轮叶片叶冠存在阻尼凸台从而使得航空发动机涡轮叶片的阻尼效果变差。航空发动机涡轮叶片采用K403型号的材质，为做好航空发动机涡轮叶片的维修通过采用航空发动机涡轮叶片叶冠阻尼凸台氩弧焊堆焊的处理方法，在对航空发动机涡轮叶片叶冠阻尼凸台焊接处理后检查后发现航空发动机涡轮叶片焊接处存在焊缝热影响区裂缝，从而对航空发动机涡轮叶片的安全使用埋下了安全隐患。为提高航空发动机使用的安全性需要做好航空发动机涡轮叶片焊接热影响区裂纹产生的原因分析并针对性的对航空发动机涡轮叶片的热焊接工艺进行改进优化，以确保航空发动机涡轮叶片的修复质量。 在对航空发动机涡轮叶片焊接热影响区进行分析时为避免裂纹对显微观测结果造成影响，在对航空发动机涡轮叶片进行分析的过程中采用金相分析、电镜扫描观测、能谱仪相配合的方式来做好对于裂纹的分析，用以对航空发动机涡轮叶片焊接热影响区裂纹的产生机理进行分析用以对后续的航空发动机涡轮叶片热焊接工艺进行改进，提高航空发动机涡轮叶片的焊接效果。 航空发动机涡轮叶片裂纹观测结果：

大修航空发动机涡轮叶片的检修技术通用版

解决方案编号：YTO-FS-PD367 大修航空发动机涡轮叶片的检修技术 通用版 The Problems, Defects, Requirements, Etc. That Have Been Reflected Or Can Be Expected, And A Solution Proposed T o Solve The Overall Problem Can Ensure The Rapid And Effective Implementation. 标准/ 权威/ 规范/ 实用 Authoritative And Practical Standards

大修航空发动机涡轮叶片的检修技 术通用版 使用提示：本解决方案文件可用于已经体现出的，或者可以预期的问题、不足、缺陷、需求等等，所提出的一个解决整体问题的方案（建议书、计划表），同时能够确保加以快速有效的执行。文件下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用。 介绍了涡轮叶片的清洗、无损检测、叶型完整性检测等预处理，以及包括表面损伤修理、叶顶修复、热静压、喷丸强化及涂层修复等在内的先进修理技术。 涡轮叶片的工作条件非常恶劣，因此，在性能先进的航空发动机上，涡轮叶片都采用了性能优异但价格十分昂贵的镍基和钴基高温合金材料以及复杂的制造工艺，例如，定向凝固叶片和单晶叶片。在维修车间采用先进的修理技术对存在缺陷和损伤的叶片进行修复，延长其使用寿命，减少更换叶片，可获得可观的经济收益。为了有效提高航空发动机的工作可靠性和经济性，涡轮叶片先进的修理技术日益受到发动机用户和修理单位的重视，并获得了广泛的应用。 1.修理前的处理与检测 涡轮叶片在实施修理工艺之前进行必要的预处理和检测，以清除其表面的附着杂质；对叶片损伤形式和损伤程度做出评估，从而确定叶片的可修理度和采用的修理技术

粉末高温合金涡轮盘组织均匀、晶粒细小、无明显偏析、合金

粉末高温合金涡轮盘组织均匀、晶粒细小、无明显偏析、合金化程度高、抗屈服强度高、抗疲惫性能好，是高推比发动机涡轮盘等部件的首选材料；而与变形高温合金相比，它降低了原材料的消耗，金属的利用率大大进步，本钱低；涡轮盘寿命也明显进步，由原来的1032h进步到1500h。但同时也增加了车削加工过程的难度，粉末冶金零件的切削车削加工性较差, 一般只能低速车削加工, 并且在使用普通的刀片时刀具磨损很快,刀尖钝化严重, 车削加工质量难以保证。现结合现场所做粉末高温合金盘的切削试验，介绍一下不同的刀具对的试验车削加工情况。 2 粉末高温合金的切削性能 粉末高温合金具有组织均匀、晶粒细小、屈服强度高、抗疲惫性能好等优点，但是由于其中含有很多（如铬、钴、钼、铌、镍、铁、钽等）高熔点合金元素且g相含量高，使得粉末高温合金得到很大的强化效应，在一定的温度范围内，随温度升高，其硬度反而有所进步，由于其材料本身的化学成分及独特的多孔性结构，在较小的面积内其硬度值也有一定的波动。即使测得的宏观硬度为20~35 HRC，但组成零件的颗粒硬度会高达60HRC，这些硬颗粒会导致严重而急剧的刃口磨损，因此粉末冶金高温合金是典型的难车削加工材料。 涡轮盘的切削试验 试验目的：选择好的品牌、好的刀具材料，优化切削参数。 试验刀具：焊接硬质合金刀具、涂层硬质合金刀具、超硬刀具、陶瓷刀具。 试验机床：CK61100（转速范围：4~400r/min。 最小进给0.001m/min；最大回转直径1000mm）。 工艺要求：工件材料FGH96，材料硬度（HB）>388，工件直径610mm； 车削加工方法：车削。 丈量仪器：千分表、卡尺。 试验结果与分析

燃气轮机透平叶片蒸汽冷却技术现状

科研探索 知识创新 与。显然，燃气轮机透平进口温度已经 远远超过了金属材料所能承受的极限。因此，对燃气轮机透平高温部件，尤其是透平叶片必须采用冷却技术，保证叶片本身温度低于材料的许可值而安全工作。总结历年来燃气透平进口温度及材料的允许温度变化趋势。燃气透平进口温度平均以每年20℃的速度增加，而金属耐热温度平均每年增加 8℃，其余的温升则得益于冷却技术的进步。 冷却技术的应用不仅提高了燃气透平进口初温和燃气轮机循环热效率，而且使叶片表面温度分布更加均匀，从而降低了叶片内部热应力，提高叶片寿命。然而，随着燃气透平初温的提高，为了冷却高温部件，从压气机抽出的冷却空气量逐渐增加，这不仅消耗了压气机中的高压空气，而且冷空气在透平中与主流燃气的搀混也导致透平效率的下降，从而影响了整个系统的效率。蒸汽的导热性能大于空气且热容较大，采用蒸汽冷却方式可以使需要的冷却剂流量大大减少，较好地弥补了空气冷却的缺点。1蒸汽冷却技术的工业应用 目前，美国、德国和日本的一些燃气轮机生产厂家，如GE 、三菱等已经将蒸汽冷却技术投入实际生产，制造出进口温度更高的燃气轮机，取得了很好的经济效益。1.1美国GE 公司的H 系列燃机 H 系列燃气轮机包括50Hz 的MS9001H 燃气轮机和60Hz 的MS7001H 燃气轮机。以MS9001H 为基础部件组成的STAG 109H 燃气-蒸汽联合循环机组将成为有史以来效率最高的联合循环发电机组，其净效率达到60%，功率输出为480MW ， 而此前最高的联合循环效率仅为55%左右 。 在冷却叶片设计方面：H 系列燃机采用了航空技术的4级 涡轮，要求对第1、2级喷嘴及动叶进行蒸汽冷却。其中第1级使用单晶叶片，镍基合金并带有隔热涂层；第3级喷嘴及动叶是空气冷却；第4级不进行冷却。1.2西门子先进的大功率燃气轮机 西门子W501G 机型253MW 是目前60Hz 功率最大、效率最高的商用燃气轮机之一。其透平的进口温度达到1420℃，在简单循环下的效率为39%，联合循环的效率为58%。第一台机组的运行小时己超过12500小时，有5台运行超过8000小时，总累计运行小时超过6.5万小时，己积累了在商业环境下的运行经验。W501G 系列机组的可靠性是98.7%，设备可用率己超过95.7%。初步统计，目前有约16台机组投入商业运行。 W501G 燃气轮机在较高负载运行期间，透平采用外置的闭环蒸汽冷却器；但是在启动和部分负载运行期间，使用空气冷却器。较低负载期间的空气冷却器能力己足够，不需要依赖辅助蒸汽源。在较高的燃气轮机负载下，热交换器冷却需要的蒸汽由蒸汽循环提供，温度较低的冷却蒸汽进入各热交换器的内壁冷却回路，通过冷却壁后，被加热的蒸汽收集在排出集管内，通过导管从燃机中输出，增大联合循环的高温再热蒸汽。 使用闭环蒸汽回路冷却器，即可以减少燃气轮机的压缩空气和NOx 的排放；又可以使蒸汽循环获得额外的热量，提高联合循环的性能。 1.3日本三菱公司的M701G2燃气轮机

航空发动机涡轮叶片断裂原因分析

航空发动机涡轮叶片断裂原因分析 【摘要】本文针对实际使用中航空发动机涡轮叶片断裂的故障，从理论上分析造成断裂的机理，分析实际中引起涡轮叶片断裂的原因，并提出预防措施，对飞行安全起到一定的参考价值。 【关键词】航空发动机；涡轮叶片；断裂分析 0 引言 涡轮叶片是航空发动机最主要的结构件之一，由于其长期工作在高温燃气包围下，承受转子高速旋转时叶片自身的离心力、气动力、热应力以及振动负荷，是发动机中工作条件最为恶劣的零件。 在实际的使用过程中，由于各种原因，涡轮叶片可能发生断裂。当涡轮叶片断裂时，不仅会出现发动机振动进而引起飞机振动，还会打坏其他机件、甚至导致飞机着火等现象，这将严重影响到飞行安全。长期以来，由于涡轮叶片断裂引发的飞行事故在飞行中屡见不鲜。 本文从涡轮叶片的工作条件出发，分析了引起涡轮叶片断裂故障的原因，并举例分析，在此基础上指出预防措施。 1 涡轮叶片故障机理 从理论上看，涡轮叶片断裂的故障机理有疲劳、超应力、蠕变、腐蚀、磨损等。 1.1 疲劳 发动机工作时，由于经常起动、加速、减速、停车以及其他条件的影响，发动机内流扰动、自激振动、流动畸变、转子不平衡、燃气温度分布不均等激励因素的作用，会使涡轮各部件承受复杂的循环载荷作用，使得叶片经受大量弹性应力循环，最终引起高周疲劳、低周疲劳或热疲劳，使得涡轮叶片断裂。其中，高周疲劳是指失效循环数范围在105—107周次的疲劳。低周疲劳是指失效循环数低于104—105周次的疲劳。高周疲劳和低周疲劳都能够引起涡轮叶片断裂，实际使用中，断裂还会来自于高低周复合疲劳[1-3]。热疲劳是来自于涡轮叶片温度的循环变化。涡轮叶片的温度的循环变化来自于燃气温度的变化。 1.2 超应力 涡轮叶片的组成包括叶根、叶身和叶冠。由于其形状的不规则，叶片中存在应力集中部位。尽管在设计中已经采取了一些措施，实际上，超应力仍然是造成涡轮叶片断裂的一个原因。

粉末高温合金研究进展与应用

第26卷 第3期 2006年6月 航 空 材 料 学 报 J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LS V o.l 26,N o .3June 2006 粉末高温合金研究进展与应用 邹金文,汪武祥 (北京航空材料研究院,北京100095) 摘要:粉末高温合金由于特有的组织与性能已成为制造先进航空发动机涡轮盘的优选材料。为提升航空发动机的使用性能及可靠性,对粉末高温合金从材料、制造技术到涡轮盘的工程化应用进行全面和深入的研究,在粉末盘相应的关键技术上取得突破性进展,确立粉末盘制备的工艺路线,并制定工艺与检测的技术文件。为缩短研制周期,优化工艺过程。数值模拟技术也在粉末盘制备过程中得到广泛应用,并取得初步验证实验结果。关键词:航空发动机;涡轮盘;粉末高温合金 中图分类号:TF122 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2006)03-0244-07 收稿日期:2006-02-28;修订日期:2006-04-07 作者简介:邹金文(1966-),女,硕士,高级工程师,主要从事粉末高温合金方面的研究工作,(E-m a il)zou j w 03@m a ils .tsi nghua .edu .cn 。 涡轮盘是航空发动机最重要的核心热端部件之 一,随着高推重比、高功重比及高燃效发动机的发展,对涡轮盘强韧性、疲劳性能、可靠性及耐久性提出了更高的要求。高合金化的镍基高温合金涡轮盘材料,由于强化元素不断增多,合金中偏析严重,组织极不均匀,热工艺性能恶化,常规铸造和变形工艺无法满足新型发动机对盘件的需要。 随着快速凝固雾化预合金粉末和热等静压等先进热工艺技术的兴起,以粉末高温合金涡轮盘为代表的航空发动机热端部件的制造和应用得到迅速发展。粉末高温合金材料采用预合金粉末、热等静压、挤压、等温锻造、热处理等粉末冶金方法制造成盘件,该材料实现了高合金化的均匀组织、双性能剪裁结构、优异的综合使用性能和损伤容限特性等优点,有效地保证了发动机的可靠性和耐久性,是先进航空发动机高压涡轮盘等关键热端部件的优选材料。当前国内外研制了三代粉末高温合金(图1),制备了涡轮盘等多种粉末高温合金关键零件,已在先进军、民用航空发动机上得到成功应用 [1] 。 上世纪70年代中期,针对发动机涡轮盘材料使 用中存在的问题和新型发动机的需求,北京航空材料研究院集中以粉末冶金专业为主的技术队伍,在航空行业工厂、设计所进行调研,并开展相应的探索工作。80年代初,粉末高温合金预研立项, 图1 粉末高温合金的发展历程F ig .1 D eve lop m ent process of P /M supe ra lloy 通过合金选择、工艺路线优化研究和相关工艺装备的建立,目前已研制成功两代粉末高温合金:以 FGH 95合金为代表的使用温度为650 的第一代高强型合金和以FGH 96合金为代表的使用温度为750 的第二代损伤容限型粉末高温合金。其中采用直接热等静压工艺生产的FGH 95粉末涡轮盘(图2a)及导流盘已完成生产定型。采用热等静压(H I P)+等温锻造(H I F)+热处理工艺研制出的先进涡扇航空发动机核心机用FGH 96合金全尺寸高压涡轮盘(图2b),已进行初步低周及超转结构试验考核和核心机装机试验 [1] 。 1 国内粉末高温合金研制技术进展 1.1 粉末高温合金材料体系建立 我国目前已研制成功两代粉末高温合金材料,第一代合金是以FGH 95合金为代表的使用温度为 650 的高强型合金,该合金以 奥氏体为基体, 强化相含量占总体积的50%~55%,采用低于