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美国国家能源技术实验室推进陶瓷基复合材料在燃气轮机中的应用研究

2017-06-14 273浏览 标签: 复合材料

2017年6月12日,美国国家能源技术实验室(NETL)介绍了其正在推进的对陶瓷基复合材料(CMC)在燃气轮机中的应用研究项目。项目致力于提高使用了CMC的能源生产燃气轮机的效率和耐久性,以帮助满足国家日益增长的能源需求,同时平衡对环境问题的顾虑。


图 燃气轮机中CMC喷嘴组件的图像


CMC材料是燃气轮机材料发展的重要一步,因为它们具有金属的强度和陶瓷的耐高温能力。CMC由陶瓷基体以及填埋在其中的陶瓷纤维构成,材料种类有碳化硅或碳化钨等,可以承受非常高的温度并具有很高的耐磨性。

随着燃气轮机性能和效率目标的提升,其运行中的温度越来越高于传统上用于涡轮机的超级合金的熔融温度,使得燃气轮机需要更多的空气冷却。CMC的耐高温能力降低了冷却所需要的空气量,从而提高了产出和效率。

高强度CMC材料是独特的美国自主技术,可以使燃气轮机部件的运行温度比使用金属合金部件的高出500华氏度,CMC在单组燃气轮机喷嘴中节约的能效就相当于3700户美国普通家庭的供电量。

最新一代CMC除了具有耐高温能力外,还开发出在相关尺度上生产复杂几何形状的能力,为CMC在燃气轮机中的应用提供了更多机会,而CMC在航空发动机中的使用经验也正在被纳入到能源生产燃气轮机的设计中。

在NETL的赞助支持下,美国通用能源公司正在将高温CMC材料系统应用于热气路径喷嘴,这项工作直接应对能源部对先进燃气涡轮机在联合循环应用中效率超过65%的目标。

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