高参数汽轮机喷嘴出汽边固粒冲蚀特性研究

利用高温高速加速冲蚀试验结果建立的叶栅材料的冲蚀率模型和颗粒反弹模型，通过对超临界汽轮机调节级喷嘴的三维数值模拟，研究了氧化皮颗粒在喷嘴压力面的撞击点分布和喷嘴出汽边的冲蚀破坏特性与颗粒尺寸的定量关系。结果表明：当尺寸小于10μm时，90%以上的颗粒都未撞击喷嘴而直接逃逸。随着颗粒尺寸的增大，颗粒一次撞击位置逐渐远离喷嘴出汽边，对出汽边冲蚀破坏的贡献随之减弱。尺寸小于100μm的颗粒，一次撞击对喷嘴出汽边冲蚀失重的平均贡献约是二次撞击的2.2倍。对本文所研究的典型超临界机组来说，20~60μm尺寸范围的氧化皮颗粒对调节级喷嘴压力面出汽边冲蚀破坏的贡献最大，比重达85%。可以通过减小喷嘴节距和表面强化涂层的等措施提高该类型机组调节级喷嘴的抗冲蚀性能。该研究为减轻调节级喷嘴的冲蚀破坏，预测喷嘴寿命提供了技术依据。