1.?介紹

燃氣輪機在現(xiàn)代工業(yè)中最常見的兩個應用是燃氣渦輪發(fā)電機和燃氣渦輪壓縮機。在燃氣渦輪發(fā)電機渦輪動力裝置中有一個發(fā)電機，要發(fā)電，發(fā)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(zhuǎn)化為機械能。由渦輪機出口軸產(chǎn)生的機械能通過齒輪箱傳遞到發(fā)電機軸。這種類型的電力一般有低或中等水平的電壓，轉(zhuǎn)換成高電壓使用升壓變壓器。

在現(xiàn)代燃氣輪機中，為了將燃氣的化學能轉(zhuǎn)化為機械能，燃料必須在燃氣輪機的燃燒室中進行燃燒。空氣通過進氣口進入燃氣輪機，并與適量的天然氣混合。空氣和氣體的比例是根據(jù)氣體的熱值、空氣質(zhì)量、濕度和離海平面的高度來確定的。點火系統(tǒng)使最初的火花提供所需的熱量。

當燃燒室內(nèi)的火焰穩(wěn)定下來時，點火系統(tǒng)就會關(guān)閉。燃氣輪機性能最關(guān)鍵的過程是控制燃燒和產(chǎn)生適量的高壓廢氣。廢氣被供應到渦輪，渦輪旋轉(zhuǎn)葉片，然后旋轉(zhuǎn)渦輪軸。空氣易受污染，污染會影響燃燒過程，甚至危害系統(tǒng)，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?shù)膬x器儀表的幫助下，還監(jiān)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(jīng)過廣泛研究選擇的，發(fā)現(xiàn)最適合高溫、高頻和高轉(zhuǎn)速的葉片。 材料為 Inconel 718 和 Ti-6Al-4V。 葉片的設計在 Solidworks 2019 中進行，在 ANSYS 2019 和 2020 中進行分析。

2.?分析在ANSYS 2019和2020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(wǎng)格。網(wǎng)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。

圖-1：渦輪葉片的網(wǎng)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(jié)果是根據(jù)總熱通量和定向熱通量。

圖 -2：Ti-6Al-4 的總熱通量

圖 -3：Ti-6Al-4V 的定向熱通量

圖 -4：Inconel 718 的總熱通量

圖 -5：Inconel 718 的定向熱通量

2.2模態(tài)分析通過模態(tài)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。

圖 -6：Ti-6Al-4V 在 100.14Hz 時的總變形

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圖 -7：Ti-6Al-4V 在 246.11Hz 時的總變形

圖 -8：Ti-6Al-4V 在 419.76Hz 時的總變形

圖 -9：99.174Hz 時 Inconel 718 的總變形

圖 -10：Inconel 718 在 241.11Hz 時的總變形

?圖 -11：411.66Hz 時 Inconel 718 的總變形

結(jié)果

3.1?ti-6a1-4v穩(wěn)態(tài)熱分析結(jié)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(tài)分析結(jié)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

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3.2鉻鎳鐵合金穩(wěn)態(tài)熱分析結(jié)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(tài)分析在99.174Hz、241.11Hz、411.66Hz時的總變形分別為13.657mm、13.775mm、16.83mm。

1.?結(jié)論

從上述結(jié)果可以看出，這兩種材料都給出了相當大的結(jié)果。一種材料的總熱流值取決于該材料的熱導率。穩(wěn)態(tài)熱分析結(jié)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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