[发明专利]一种可提高抗水蚀能力的汽轮机叶片及其生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽轮机叶片及其生产工艺，具体的说是一种可提高抗水蚀能力的汽轮机叶片及其生产工艺。

背景技术

汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械，又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等，还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。汽轮机主要应用于电力工业、船舶工业、水泥、化工、石油、冶金、重型机械等领域。

汽轮机是一种旋转式的流体动力机械，它直接起着将蒸汽或燃气的热能转变为机械能的作用，而叶片是汽轮机的“心脏”，是汽轮机中极为主要的零件。叶片一般都处在高温，高压和腐蚀的介质下工作，动叶片还以很高的速度转动。在大型汽轮机中，叶片顶端的线速度已超过600m/s，因此叶片还要承受很大的离心应力。具体为：㈠叶片是汽轮机中将汽流的动能转换为有用功的重要部件，其工作环境极其恶劣,且每一级叶片的工作条件均不相同。初始几级动叶片除在高温过热蒸汽中工作外同时还承受着最大的静应力、动应力及交变应力的作用,一般发生高温氧化腐蚀、磨蚀和高温蠕变破坏。随着过热蒸汽的膨胀作功,蒸汽温度逐渐降低,最后几级叶片虽然工作温度较低(60℃-110℃),但叶片却承受蒸汽中夹杂的水滴的冲刷,造成水冲蚀。另外,运行过程中沉积在叶片上可溶性盐垢(如钠盐)吸收蒸汽由于温度降低冷凝出来的水份形成腐蚀性电解液覆在叶片表面,造成电化学腐蚀与此同时,由于末级叶片尺寸较大,在高速旋转中(约3000r/min)产生很大的离心力,另外叶片还受蒸汽不稳定的周期性扰动力作用产生振动。末级叶片在离心力,叶片振动以及水冲刷的复杂应力状态下,加上工作于具有腐蚀性的环境下,往往产生应力腐蚀,腐蚀疲劳,疲劳等破坏。实际失效的叶片常常是上述多种破坏方式复合的结果。㈡每一级叶片的工作温度都不相同。并且工作在高温、高压、高转速或湿蒸汽区等恶劣环境中,经受着离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区高速水滴冲蚀的共同作用。㈢按照叶片的工作条件可分为动叶和静叶两种。汽轮机叶片,特别是动叶片所处的工作条件是极其恶劣的。主要表现在每一级叶片的工作温度都不相同。第一级叶片所处的温度最高,接近于进口蒸汽温度,随后由于蒸汽逐级作功,温度逐级降低,直到末级叶片将降到100℃以下。另外叶片是在运动着的水蒸汽介质中工作,其中多数是在过热蒸汽中工作而末级叶片是在潮湿蒸汽中工作,过热蒸汽中含有氧会造成高温氧化腐蚀,使叶片的疲劳强度降低。在湿蒸汽区可溶性盐垢吸收水珠成为电解液造成电化学腐蚀,此外湿蒸汽区的游离水分子由于过冷凝结成水滴,冲击动叶进汽侧背弧面造成水冲蚀。汽轮机工作过程中,动叶片还承受着最大的静应力、动应力及交变应力。主要表现在转子旋转时作用在叶片上的离心力所引起的拉应力,汽流的作用产生弯曲应力和扭力以及叶片受激振力的作用产生强迫振动的交变应力,所有这些恶劣的工作环境,都将促使叶片失效断裂,个别叶片断裂后,其碎片可将相邻或下一级的叶片打坏,使转子失去平衡而无法工作。

叶片不仅数量多，而且形状复杂，加工要求严格。叶片的加工工作量很大，约占汽轮机、燃气轮机总加工量的四分之一到三分之一。叶片的加工质量直接影响到机组的运行效率和可靠行，而叶片的质量和寿命与叶片的加工方式有着密切的关系。所以，叶片的加工方式对汽轮机的工作质量及生产经济性有很大的影响。随着科学技术的发展，叶片的加工手段也是日新月异，先进的加工技术正在广泛采用。要满足不断提高的使用性能需求仅仅依靠新型叶片材料的应用仍然很难满足，必须将各种热处理技术应用到汽轮机叶片的制造当中才能达到对叶片具高效率、高精度和高寿命的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何使叶片硬度达到277～311HB，硬度不会过高或过低；如何使使叶片的合金元素偏析现象明显减弱，大幅度提高叶片的冲击韧度；如何使机械加工后叶片的内应力完全释放，避免后序高温调质热处理产生变形或裂纹，从而提高其耐高温和耐高压性能；如何提高叶片的抗水蚀能力及抗腐蚀性能，从而提高叶片的使用寿命。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：