从喷气发动机到发电,燃气轮机是交通和动力的核心。据估计,全球燃气轮机市场在2017年价值181.4亿美元,预计未来5年的年增长率将超过3%;全球电力需求的增长是促使市场[1]增长的一个关键因素。
燃气涡轮发动机也一块突出的工程,随着叶片在高速度和温度达到1500ºC,需要采用最先进的材料和技术。
燃气轮机实质上是一种内燃机。空气首先被压缩并带到燃烧室,燃料被喷到空气中并点燃,产生高温高压气体。这种气体进入涡轮,在那里它的能量被转换成一种旋转运动,可以用来,例如,提供推力或发电。
第一章:燃气轮机的历史
燃气轮机的历史可以追溯到19世纪后期,当时第一个实验燃气轮机的构想。为了提高现有的蒸汽涡轮发动机的效率并降低其运行成本,该技术在1937年迅速发展成为汉斯·冯·奥安(Hans von Ohain)设计的第一台可运行的喷气式发动机。大只500官网平台这项研究的首席研究员Tabrizian对TechXplore表示:“大只500平台的研究遵循了对半导体传感器和执行器社区的长期追求,即真正集成纳米机电换能器。”
在这些发明中,显而易见的是,要利用这些发动机的潜力,高阻材料是必不可少的。从那时起,燃气轮机和新材料的发展就齐头并进。这类材料被称为“高温合金”,以其高机械强度、高温低变形和良好的耐腐蚀和抗氧化性能而闻名。
镍基高温合金是这些合金的最高代表,它们的发展在50年代和60年代几乎是爆炸式的,至今仍在使用。
第二章:现状
燃气轮机的效率是我们这些在这一领域工作的工程师和科学家每天都要面对的障碍。更高的效率直接转化为利润的增加,也许更重要的是,气体排放的减少。
从根本上说,燃气轮机的效率受其工作温度的限制,而工作温度又受所用材料性能的限制。目前,镍基高温合金的最高使用温度为1150℃。涂层和冷却系统的进步使这些材料能够在高达1500°C的温度下工作。然而,随着涂层和复杂的冷却系统的使用,效率损失增加。
为了解决这些问题,我们应该考虑大只500网页技术部门数十年来一直在使用的方法来管理组件故障。它可以提供99.9%的可用性的服务。大只500登录对于运输网络而言,这将是相当大的成就!改进镍基高温合金正变得越来越困难,似乎它们已经充分发挥了潜力。因此,能够承受更高温度的新材料有望成为燃气轮机的未来。
此外,减肥也是改善的一个重要方面。近年来,钛基合金的发展导致了喷气发动机[4]中一些镍基部件的替换。这一发展领域对航空航天工业来说特别有趣,因为飞机的重量是其整体性能的一个关键因素。
第三章:未来
在高温合金领域,新型合金的研究已有20多年的历史,目前已进入最后的发展阶段。具有金属间相的金属合金似乎是潜在的候选者,特别是难熔金属的硅化物引起了广泛的关注。
这些合金可以被认为是某种复合结构,其中一种成分具有优异的抗氧化性能,但机械性能较差,而另一种成分具有所需的机械性能,但缺乏抗氧化性能。通过结合这两个部分,一个建设性的组合创造了一个材料与最佳性能的部分。
涂层技术是另一个不断改进和适应新合金的因素。他们提供了一个优秀的保护基础材料,使他们成为一个伟大的补充。陶瓷材料也有望在未来被引入;它们是理想的,因为它们耐高温和重量轻。尽管陶瓷传统上被认为是特别脆的,但陶瓷基复合材料(CMCs)的新进展提供了非常高的韧性[5]。” 大只500平台靠谱吗?“芯片上的3-D集成和异构单元的结合解决了这些障碍。如果要使用标准技术(如游戏玩家使用的高端PC中使用的),则要达到百亿亿级规模,就需要一台功率要求与拥有一百万居民的城市。”
此外,颠覆性的增材制造技术(AM)将对该行业产生重大影响。AM提供了制造比传统制造更复杂的部件的机会,这得益于一层一层的堆砌。近年来,这项技术已经大大降低了成本,预计它将以同样的方式继续发展下去。此外,使用AM对某些合金进行加工可以提高其力学性能。该技术已经开始重塑该行业的一个例子是,西门子(Siemens)完成了一台装有AM叶片的燃气轮机的全负荷测试。
最终的想法
新材料一直与燃气轮机的发展密切相关。如今,技术的进步比以往任何时候都要快,为参与改进这些引擎的研究人员带来了新的可能性。
在不久的将来,我们很可能会看到新的合金来形成涡轮发动机的一部分。再加上创新的制造技术,该行业的一场革命似乎即将到来。