多相流下风力机关键部件的冲刷磨损和腐蚀行为研究

针对新疆特殊自然环境的使用要求以及现有风力机制造技术中存在的缺陷和研究空白，从材料学角度对风力机关键部件在高风沙、高腐蚀等恶劣环境下的冲刷磨损和腐蚀磨损行为及其影响因素进行研究，并结合力学及组织结构分析，揭示其失效机制。在此基础上，构建适合于新疆复杂工况下风力机运行情况的冲蚀磨损机理和模型，完成风力机关键部件在一定腐蚀磨损模型下的失效预测；建立材料的冲蚀磨损和腐蚀失效行为与其微结构特征和环境介质对应关系的数学模型，创建反映力学因素和化学因素以及多种工况因素与材料失效程度之间相互依从关系的失效机制图，为提高风力机的运行效率和可靠性，实现风力机关键部件的结构和材料优化提供依据。

风力发电是清洁能源之一，但风力发电机组多在非常复杂和多变恶劣环境下运行。对新疆来说，其风力资源丰富，但由于其特殊的自然环境——沙漠戈壁盐渍土壤风大沙尘暴多等，高速风沙对风力机的冲刷磨损和腐蚀磨损问题就十分突出，这是影响风力机性能质量和寿命的关键问题之一。但迄今为止，我国风电领域有关冲蚀-磨蚀的研究相对较少。本项目结合新疆特殊的自然环境，从材料学的角度对风力机关键部件（叶片、塔架）在高风沙、高腐蚀等恶劣环境下的冲刷磨损和腐蚀磨损行为与影响因素进行研究，通过气-砂、气-砂-盐、气/液-砂-盐等多相流下风机关键部件的冲刷磨损和腐蚀磨损试验，获得在风沙冲蚀和腐蚀环境复合作用下的冲刷磨损和腐蚀失效行为规律，获得材料的冲蚀磨损速率随腐蚀介质、冲蚀速度、冲击角、冲蚀时间、磨粒硬度、粒度、流场和密度等参量的变化规律，分析冲刷磨损和腐蚀的交互协同作用，揭示冲蚀磨损失效机制以及交互协同影响冲蚀磨损的机理与本质。构建适合于新疆复杂工况下风力机运行情况的冲蚀磨损机理和模型，完成风力机叶片塔架在一定冲刷磨损和腐蚀磨损模型下的失效预测；建立材料的冲蚀磨损和腐蚀失效行为与其微结构特征和环境介质对应关系的数学模型，模拟验证了试验所得冲蚀规律，并预测了各条件下实验的最大理论冲蚀率，为风力机叶片和塔架的抗磨设计研究提供依据。