[發明專利]燃氣輪機組件的提高燃料效率的調節方法

在審

• 申請號: 201680078848.3
• 申請日: 2016-10-28
• 公開（公告）號: CN108474099A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 喬納森·韋伯斯特;瑪瑞斯·沃茲私維斯基
• 申請（專利權）人: 喬納森·韋伯斯特;瑪瑞斯·沃茲私維斯基
• 主分類號: C23C14/02
• 分類號: C23C14/02;F01D5/28
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙) 11368
• 代理人: 仲伯煊

本發明涉及一種燃氣輪機組件(如壓縮機動葉和靜葉)的提高燃料效率的調節方法。燃氣輪機組件是等離子體，其在高真空環境中進行處理通常情況下可達到150納米以下的表面粗糙度(Ra)，在某些情況下可達到25納米以下的表面粗糙度。然后，在同一過程中，使用厚度范圍在100納米至3000納米(取決于期望的表面光滑度和防污性能)的金屬或陶瓷的硬且薄的涂層來涂覆組件。同樣的處理方法與表面弛豫過程相結合，作為平滑過程的一部分，允許在不改變高周疲勞性能和總體性能的情況下應用高達100微米的硬質涂層。改進的組件表面光滑度和增強的污染物非粘性提高了氣流通過氣路的質量和壓縮機效率。

發明人：

Mariusz Warzyszynski,Mississauga，安大略省(加拿大)通訊地址：

7440 Terragar Blvd.,Mississauga,ON L5N 8G7,CANADA

Jonathan Webster,Mississauga,ON(CANADA)

通訊地址：

802-65 Park St.E.,Port Credit,ON L5G 1M3,CANADA

背景技術

本發明涉及一種燃氣輪機組件的提高燃料效率的調節方法，更具體地涉及一種將渦輪發動機壓縮機的動葉和靜葉的表面粗糙度降低至允許改變氣流特性并節省燃料的方法。

燃氣輪機不僅用作飛機發動機，而且還用作衍生發動機。例如，工業發動機廣泛用于工業服務，海洋和陸地運輸。基于航空和地面的發動機是由很多類似組件構建的。

燃氣輪機的其中一個部分是壓縮機。壓縮機為燃燒室提供壓縮空氣。與壓縮空氣混合的燃料進行燃燒，并轉化為大量的氣體。這些氣體膨脹并流過渦輪的定子和轉子葉片，將產生的能量轉化為其等效的動能、推力或旋轉。

較高的壓縮機壓力和溫度可提高效率。壓力和溫度被材料的特性所限制。燃料效率還取決于氣流通過氣路的質量。

其中，空氣動力性能依賴于壓縮機元件的表面粗糙度。特別是(但不限于)動葉和靜葉，表面粗糙度可能是沉積、侵蝕或表面光潔度的結果，造成摩擦和葉型損失。

經過廣泛的研究，證明了壓縮機渦輪動葉和靜葉翼型的表面粗糙度的相關性，并在例如Kind,R.J.,Serjak,P.J.和Abbott,M.W.P.的1998年的“表面粗糙度對渦輪葉柵的葉型損失和偏差的影響的測量與預測”(ASME渦輪機械期刊，第120卷，20-27頁)中公布了結果。

不考慮進入氣流的類型(亞音速、超音速或某些情況下是跨音速的)的情況下，一般而言，壓縮機中的氣流本身就不穩定，屬于湍流并且是全三維的。根據沿曲線葉型的葉片設計，氣流可能是層流、過渡流或湍流；該氣流具有邊界層的特征。氣流的質量在翼型的吸入側更加重要。

在前緣附近形成的層流界定了層流邊界層。限制了表面粗糙度對該層的影響。

湍流可能具有較低、中等和較高強度，并且界定了湍流邊界層。與完全相同的層流系統相比，湍流的存在需要產生更高的壓力。

過渡流位于上述兩種類型的氣流之間；并且界定了過渡邊界層。在該區域出現分離氣泡并附著于原處。

關于早期湍流的影響存在著很多爭議。涉及分離氣泡的產生，分離氣泡的再附著及其對湍流產生的影響。不管爭議如何，最新的結果證明了低表面粗糙度降低了損失水平。

改進的表面光滑度帶來的效能好處取決于翼型必須工作的地區的情況；尤其來源于基于進口速度、葉弦和運動粘度的馬赫數和雷諾數。

在定期計劃的維護間隔期間，從雜質粒子的沉積中獲得的壓縮機污垢很少得到改善。發動機清洗用于減少不需要的殘留，許多技術出現于美國專利號5,868,860；美國專利號6,394,108和美國專利號8,479,754。