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摘 要 本文主要分析了高温材料在发电燃气轮机中的应用和发展，以供参考和借鉴。
关键词 发电燃气轮机；高温材料；新型材料
中图分类号：TK471 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）02-0144-01
就当前的大形势来看，发电燃气轮机要进一步向着低污染高效率的方向来发展，要实现这一重要目标就一定要采取相关的措施提高透平的进气温度，但是这也对透平内部所使用的构件材料提出了一定的要求，所以当前出现了很多新型的构件材料，这些材料可以减少部件冷却的时间，从而更加有效的提高燃气轮机的性能，当前很多发达国家已经在这一领域有了很大的进展，这些研究成果为我国发电燃气轮机的发展提供了非常重要的基础和保障。
1 热部件对材料的要求
1）燃烧筒和过渡段。
在燃气轮机运行的过程中，燃烧室发挥着十分重要的作用，它也是整个燃气轮机所有部件中运行温度最高的一个，在正常的运行过程中，其还要承受严苛的工作环境，所以为了能够更好的保证燃气轮机运行过程中燃烧筒和过渡段的可靠性，一定要保证其在运行的过程中拥有充足的气体回流，同时对筒体的内部还要采取一定的保护措施，通常采用的是热障涂层，使用这种涂层能够很好的将筒内的温度控制在安全的范围内，同时还能够有效提高部件的传热性能和冷却性能，同时在制造的过程中一定要将筒壁的厚度控制在合理的范围内，同时还要在筒壁中留下冷却孔或者缝隙，除此之外还要注意的是一定要保证部件能够承受来自结构的重量，因此也一定要保证其强度和刚度，筒体在运行的过程中会在很大程度上受到温度的影响，所以在设计的过程中一定要留下足够的热胀空间，只有这样才能更好的保证部件的性能不会受到负面的影响。
为了能够更好的满足以上要求，在选择燃烧筒和过渡段材料的过程中一定要选择具有良好的耐高温性能、抗氧化性能、抗腐蚀性能的材料，同时材料还应该在高温的作用下保持良好的刚度和强度，并且还要在设备运行的过程中体现出良好的稳定性和安全性，考虑到这几点，在进行材料选择的过程中通常都会选择变形镍基高温合金。
2）透平导向叶片。
透平导向叶片在使用的过程中主要是能够促进高温气体的流动速度，一级叶片在设备运行时直接面对的是燃烧室放出的热气，所以是透平环节中承受温度最高的零件，由于温度过高，在冷却的时候就会影响到效果，这样就使得材料一定要具有受到高温气体冲击并在冷却之后不出现裂纹的性能，同时由于透平导叶是固定起来的，在运行过程中无法自由的膨胀，所以其一定要在受到高温冲击之后保持形态的稳定，导向叶片也一定要能够承受高温气体的冲击而不发生变形或者是腐蚀的现象。导向叶片在实际的工作中很容易受到热应力的影响，从而发生变形或者是裂纹的现象，在温度过高出的情况下很容易发生叶片损坏的现象，机组出现故障而无法正常运行。
在选择透平导向叶片材料的过程中一定要选择具有良好导热性和耐高温能力强的材料，同时材料要具有良好的抗氧化的性能，在焊接和机械加工的过程中，该材料还要具备良好的稳定性，如果想要达到最好的效果应该选择钴基合金作为最佳的材料，但是这种材料成本昂贵，所以考虑经济性，在选择材料的过程中通常都要会选择镍基高温合金作为替代材料使用。
3）透平动叶片。
这一构件是燃气轮机所有构件中最为重要的一个构件，它需要在工作中承受高温和很大的应力，同时在器械运转的过程中需要承受很大的离心力、震动产生的应力和高温气体对材料的侵蚀作用，当前燃气轮机在运行中放出的一级高温气体能够达到1300度，和金属材料的熔点十分接近，所以为了能够更好的取得叶片在运行过程中的强度，一定要对其采取一定的保护措施，通常选用的是冷却和涂层处理，这也就意味着在制造的过程中只能采用铸造的方法。
在选择材料时一定要保证材料在高温的条件下还能保持很好的强度和韧性，同时还要有很好的耐久性和抗腐性，同时在铸造的过程中还要能够体现出良好的性能。所以通常选用沉淀硬化型镍基高温合金。
2 世界先进燃气轮机热端部件使用高温材料的现状
1）通用电气（GE）。
GE是目前全球最大的燃气轮机生产制造商。从20世纪50年代开始生产燃气轮机以来，GE就不断地进行材料技术开发，通过实验室开发和彩虹试验推动GE燃气轮机材料及其加工技术的持续发展。
GE的燃烧室材料改进的主要依据是提高持久强度，同时还要保持良好的抗氧化和抗腐蚀性能。GE的燃气轮机火焰筒材料采用的是Hastelloy X/HS188，火焰筒前段采用Hastelloy X制造，尾部采用HS188制造。20世纪60年代，GE采用的火焰筒材料是Hastelloy X/RA333合金，随着燃气轮机进气温度的不断提高，燃烧筒后部开始采用钻基高温HS188合金，以提高持久强度。从20世纪50年代早期的过渡段材料AISI309不锈钢，经过60年代早期开始使用的Hatelloy X和RA-333合金，到80年代更好的Nimonic263，材料使用温度提高到约1400℃。
2）西门子。
西门子F级燃气轮机透平初温从E级的1170℃提高到1320℃，前两级动叶和静叶都采用了PWAl483单晶叶片，以全面满足透平初温提高的要求。该合金是Pratt&Whitney公司开发的第一代单晶高温合金，具有良好的抗腐蚀和铸造性。由于温度降低，F级燃气轮机透平后两级叶片采用了E级燃气轮机的叶片材料，这样有利于控制开发成本，也遵循了使用具有可靠性材料的标准。西门子的E级和F级燃烧室都采用了陶瓷隔热瓦块，以隔离高温燃气与燃烧室外壳，避免了金属材料的高温氧化和腐蚀。过渡段采用IN617合金，内表面使用TBC进行隔热。
3 新型高温材料的应用和发展
目前实现降低热部件的本体温度的常用方法是提高冷却效果，同时采用热障涂层進行隔热。热障涂层配合冷却技术虽然能够显著地延长热部件的寿命，但对降低热部件本体温度的能力有限。不能满足“未来级”燃气轮机的要求。鉴于此，世界各国的研究者都试图开发新型高温材料来满足未来燃气轮机的要求，考虑了氧化物弥散强化高温合金（ODS）、金属间化合物（IMC）、高熔点合金、陶瓷及其复合材料、金属基复合材料和碳一碳复合材料等。
4 结束语
在我国发电燃气轮机的发展中一直都想把效率更高、可靠性更强和使用寿命更长作为重要的发展目标和发展方向，而在发展的过程中，构件的材料发挥了十分重要的作用，所以一定要重视材料的选择，根据其特点还应该选择高温材料，以便能够更好的展现出其良好的性能。
参考文献
[1]崔荣繁，陈克杰，郭宝亭.R0110重型燃气轮机的研制[J].航空发动机，2011（03）.
[2]蔡宁生，刘红，崔荣繁，王永军.863燃气轮机专项进展[J].中国科技产业，2006（02）.
关键词 发电燃气轮机；高温材料；新型材料
中图分类号：TK471 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）02-0144-01
就当前的大形势来看，发电燃气轮机要进一步向着低污染高效率的方向来发展，要实现这一重要目标就一定要采取相关的措施提高透平的进气温度，但是这也对透平内部所使用的构件材料提出了一定的要求，所以当前出现了很多新型的构件材料，这些材料可以减少部件冷却的时间，从而更加有效的提高燃气轮机的性能，当前很多发达国家已经在这一领域有了很大的进展，这些研究成果为我国发电燃气轮机的发展提供了非常重要的基础和保障。
1 热部件对材料的要求
1）燃烧筒和过渡段。
在燃气轮机运行的过程中，燃烧室发挥着十分重要的作用，它也是整个燃气轮机所有部件中运行温度最高的一个，在正常的运行过程中，其还要承受严苛的工作环境，所以为了能够更好的保证燃气轮机运行过程中燃烧筒和过渡段的可靠性，一定要保证其在运行的过程中拥有充足的气体回流，同时对筒体的内部还要采取一定的保护措施，通常采用的是热障涂层，使用这种涂层能够很好的将筒内的温度控制在安全的范围内，同时还能够有效提高部件的传热性能和冷却性能，同时在制造的过程中一定要将筒壁的厚度控制在合理的范围内，同时还要在筒壁中留下冷却孔或者缝隙，除此之外还要注意的是一定要保证部件能够承受来自结构的重量，因此也一定要保证其强度和刚度，筒体在运行的过程中会在很大程度上受到温度的影响，所以在设计的过程中一定要留下足够的热胀空间，只有这样才能更好的保证部件的性能不会受到负面的影响。
为了能够更好的满足以上要求，在选择燃烧筒和过渡段材料的过程中一定要选择具有良好的耐高温性能、抗氧化性能、抗腐蚀性能的材料，同时材料还应该在高温的作用下保持良好的刚度和强度，并且还要在设备运行的过程中体现出良好的稳定性和安全性，考虑到这几点，在进行材料选择的过程中通常都会选择变形镍基高温合金。
2）透平导向叶片。
透平导向叶片在使用的过程中主要是能够促进高温气体的流动速度，一级叶片在设备运行时直接面对的是燃烧室放出的热气，所以是透平环节中承受温度最高的零件，由于温度过高，在冷却的时候就会影响到效果，这样就使得材料一定要具有受到高温气体冲击并在冷却之后不出现裂纹的性能，同时由于透平导叶是固定起来的，在运行过程中无法自由的膨胀，所以其一定要在受到高温冲击之后保持形态的稳定，导向叶片也一定要能够承受高温气体的冲击而不发生变形或者是腐蚀的现象。导向叶片在实际的工作中很容易受到热应力的影响，从而发生变形或者是裂纹的现象，在温度过高出的情况下很容易发生叶片损坏的现象，机组出现故障而无法正常运行。
在选择透平导向叶片材料的过程中一定要选择具有良好导热性和耐高温能力强的材料，同时材料要具有良好的抗氧化的性能，在焊接和机械加工的过程中，该材料还要具备良好的稳定性，如果想要达到最好的效果应该选择钴基合金作为最佳的材料，但是这种材料成本昂贵，所以考虑经济性，在选择材料的过程中通常都要会选择镍基高温合金作为替代材料使用。
3）透平动叶片。
这一构件是燃气轮机所有构件中最为重要的一个构件，它需要在工作中承受高温和很大的应力，同时在器械运转的过程中需要承受很大的离心力、震动产生的应力和高温气体对材料的侵蚀作用，当前燃气轮机在运行中放出的一级高温气体能够达到1300度，和金属材料的熔点十分接近，所以为了能够更好的取得叶片在运行过程中的强度，一定要对其采取一定的保护措施，通常选用的是冷却和涂层处理，这也就意味着在制造的过程中只能采用铸造的方法。
在选择材料时一定要保证材料在高温的条件下还能保持很好的强度和韧性，同时还要有很好的耐久性和抗腐性，同时在铸造的过程中还要能够体现出良好的性能。所以通常选用沉淀硬化型镍基高温合金。
2 世界先进燃气轮机热端部件使用高温材料的现状
1）通用电气（GE）。
GE是目前全球最大的燃气轮机生产制造商。从20世纪50年代开始生产燃气轮机以来，GE就不断地进行材料技术开发，通过实验室开发和彩虹试验推动GE燃气轮机材料及其加工技术的持续发展。
GE的燃烧室材料改进的主要依据是提高持久强度，同时还要保持良好的抗氧化和抗腐蚀性能。GE的燃气轮机火焰筒材料采用的是Hastelloy X/HS188，火焰筒前段采用Hastelloy X制造，尾部采用HS188制造。20世纪60年代，GE采用的火焰筒材料是Hastelloy X/RA333合金，随着燃气轮机进气温度的不断提高，燃烧筒后部开始采用钻基高温HS188合金，以提高持久强度。从20世纪50年代早期的过渡段材料AISI309不锈钢，经过60年代早期开始使用的Hatelloy X和RA-333合金，到80年代更好的Nimonic263，材料使用温度提高到约1400℃。
2）西门子。
西门子F级燃气轮机透平初温从E级的1170℃提高到1320℃，前两级动叶和静叶都采用了PWAl483单晶叶片，以全面满足透平初温提高的要求。该合金是Pratt&Whitney公司开发的第一代单晶高温合金，具有良好的抗腐蚀和铸造性。由于温度降低，F级燃气轮机透平后两级叶片采用了E级燃气轮机的叶片材料，这样有利于控制开发成本，也遵循了使用具有可靠性材料的标准。西门子的E级和F级燃烧室都采用了陶瓷隔热瓦块，以隔离高温燃气与燃烧室外壳，避免了金属材料的高温氧化和腐蚀。过渡段采用IN617合金，内表面使用TBC进行隔热。
3 新型高温材料的应用和发展
目前实现降低热部件的本体温度的常用方法是提高冷却效果，同时采用热障涂层進行隔热。热障涂层配合冷却技术虽然能够显著地延长热部件的寿命，但对降低热部件本体温度的能力有限。不能满足“未来级”燃气轮机的要求。鉴于此，世界各国的研究者都试图开发新型高温材料来满足未来燃气轮机的要求，考虑了氧化物弥散强化高温合金（ODS）、金属间化合物（IMC）、高熔点合金、陶瓷及其复合材料、金属基复合材料和碳一碳复合材料等。
4 结束语
在我国发电燃气轮机的发展中一直都想把效率更高、可靠性更强和使用寿命更长作为重要的发展目标和发展方向，而在发展的过程中，构件的材料发挥了十分重要的作用，所以一定要重视材料的选择，根据其特点还应该选择高温材料，以便能够更好的展现出其良好的性能。
参考文献
[1]崔荣繁，陈克杰，郭宝亭.R0110重型燃气轮机的研制[J].航空发动机，2011（03）.
[2]蔡宁生，刘红，崔荣繁，王永军.863燃气轮机专项进展[J].中国科技产业，2006（02）.