CN107514292A - 一种抗扭断汽轮机叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗扭断汽轮机叶片，包括叶身、叶根和叶冠，所述叶根、叶身和叶冠依次固定连接，所述叶根下端固定连接有连接座，所述叶身的内弧侧面上设有截面为弧形的气道槽，所述气道槽的一端在叶根处封闭，另一端在叶冠处封闭，所述气道槽靠近叶冠的一端开设有通孔；本发明在叶身上设置有气道槽，使蒸汽顺着气道槽运动，使冲击到汽轮机叶片上的高压蒸汽汇聚到叶冠处，提高了蒸汽的利用率，有效的提高了汽轮机的工作效率；在气道槽靠近叶冠的一端开设有至少两个通孔，使汇聚到叶冠处的高压蒸汽可以从通孔中排出，降低叶片承受的压力，避免压力过高而造成叶片扭断。

Description

一种抗扭断汽轮机叶片
技术领域
本发明涉及发电设备技术领域，特别是涉及一种抗扭断汽轮机叶片。
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，又称为蒸汽透平，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。
汽轮机的叶片是汽轮发电机组的重要部件。汽轮机叶片的工作环境复杂多变，它在极苛刻的条件下承受高温、高压、巨大的离心力、蒸汽振荡力等等，汽轮机叶片由于经常受到高压蒸汽的作用，极有可能出现扭断的现象，而在汽轮机工作时，如果汽轮机叶片出现断裂，不仅会影响到汽轮机的工作，而且断裂的叶片可能会对汽轮机造成损坏，从而影响汽轮机的正常工作及汽轮机的使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种抗扭断汽轮机叶片，不仅可以降低叶片承受的压力，避免压力过高而造成叶片扭断，而且同时提高了蒸汽的利用率，有效的提高了汽轮机的工作效率。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：。
一种抗扭断汽轮机叶片，包括叶身、叶根和叶冠，所述叶根、叶身和叶冠依次固定连接，所述叶根下端固定连接有连接座，所述叶身的内弧侧面上设有截面为弧形的气道槽，所述气道槽的一端在叶根处封闭，另一端在叶冠处封闭，所述气道槽靠近叶冠的一端开设有通孔。
进一步地，所述通孔至少设置有两个。
进一步地，该汽轮机叶片的化学成分的质量百分比为：C：0.21-0.56％、Cr:4.35-5.68％、Mo：0.96-1.35％、Al：0.56-0.62％、Ti：0.45-0.49％、Si：0.15-0.21％、V：0.08-0.16％、W：0.11-0.17％、Nb：0.05-0.09、Ca：0.003-0.008％、Mn：0.14-0.17％、苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.06-0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明进一步限定的技术方案为：
所述的汽轮机叶片的化学成分的质量百分比为：C：0.21％、Cr:4.35％、Mo：0.96％、Al：0.56％、Ti：0.45％、Si：0.15％、V：0.08％、W：0.11％、Nb：0.05、Ca：0.003％、Mn：0.14％、苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述的汽轮机叶片的化学成分的质量百分比为：C：0.56％、Cr:5.68％、Mo：1.35％、Al：0.62％、Ti：0.49％、Si：0.21％、V：0.16％、W：0.17％、Nb：0.09、Ca：0.008％、Mn：0.17％、苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述的汽轮机叶片的化学成分的质量百分比为：C：0.38％、Cr:4.89％、Mo：1.27％、Al：0.59％、Ti：0.47％、Si：0.18％、V：0.12％、W：0.14％、Nb：0.07、Ca：0.006％、Mn：0.15％、苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.07％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提供了一种抗扭断汽轮机叶片的制备方法，包括以下步骤：
S1：将C、Cr、Mo、Al、Ti、Si、V、W、Nb、Ca、Mn和Fe加入熔炉中，加热熔炼，将这些原料熔炼成金属溶液；
S2：将金属溶液通过水冷的方式降温至700-750℃，然后加入苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物，然后使金属溶液空冷至640-650℃形成合金，在空冷的过程中不间断地对金属溶液进行搅拌，形成合金后再通过水冷的方式将合金冷却至室温得到合金胚料；
S3：对得到的合金进行锻造，锻造前先对锻模进行预热和润滑，然后将合金胚料放入锻模中进行锻造，得到叶片半成品；
S4：采用电火花成型加工，将锻造后的叶片半成品放入液体介质中，并将工具电极与叶片半成品保持适当的放电间隙，然后在工具电极与叶片半成品之间施加脉冲电压，由于放电区域很小，放电时间极短，所以能量高度集中，使放电区的温度瞬时高达10000-12000℃，使工具电极和叶片半成品表面的金属局部熔化，熔化的金属在爆炸力的作用下抛入工作液中，并冷却为金属小颗粒，被液体介质迅速冲离工作区，从而在叶片半成品上形成一个微小的凹坑，一次放电后，介质的绝缘强度恢复等待下一次放电，如此反复直至叶片半成品上形成通孔；
S5：将S4得到的叶片半成品进行退火处理，退火温度为835-850℃，再进行淬火处理，淬火温度为900-950℃，然后通过油冷的方式冷却至室温，再进行回火处理，回火温度为720-755℃，回火时间为45-60分钟，然后空冷至室温；
S6：对热处理后的汽轮机叶片表面进行抛磨，去除毛刺，得到汽轮机叶片成品。
进一步地，所述S4中的液体介质为煤油或水。
进一步地，所述S4中施加的脉冲电压需达到间隙中的介质的击穿电压。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所述的一种抗扭断汽轮机叶片，在叶身上设置有气道槽，使蒸汽顺着气道槽运动，使冲击到汽轮机叶片上的高压蒸汽汇聚到叶冠处，提高了蒸汽的利用率，有效的提高了汽轮机的工作效率；在气道槽靠近叶冠的一端开设有至少两个通孔，使汇聚到叶冠处的高压蒸汽可以从通孔中排出，降低叶片承受的压力，避免压力过高而造成叶片扭断；
(2)本发明所述的一种抗扭断汽轮机叶片，在原料中加入C和W，在熔炼时可以形成碳化钨，可以提高汽轮机叶片的硬度和耐磨性；还加入了Ti、Nb等细化晶块元素，在冶炼时可以提高叶片的韧性和强度；另外，苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物作为抗冲击改性剂，可以大大改善叶片的抗冲击性；
(3)本发明所述的一种抗扭断汽轮机叶片，在原料熔炼成金属溶液时，采用水冷的方式降温，提高了冷却的速度，增大过冷度，来促进金属的自发形核，使金属的晶粒更细；在金属溶液结晶时加入苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物，作为外来晶核，进行非自发形核，从而使金属晶粒细化；在金属溶液空冷至640-650℃形成合金的过程中，不间断地对金属溶液进行搅拌，进一步使金属细化，从而同时提高了叶片的韧性和强度；
(4)本发明所述的一种抗扭断汽轮机叶片，在加工通孔时采用电火花加工成型，降低了特殊材料的加工难度，加工时不受材料硬度影响，也不受热处理状况影响，加工质量更好；加工时脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小；加工时工具电极与叶片半成品之间不接触，两者之间宏观作用力很小；采用电火花加工可以简化加工工艺，提高汽轮机叶片的使用寿命，降低操作人员的劳动强度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A-A处的截面示意图。
其中：1、叶根；2、叶身；3、叶冠；4、安装座；5、气道槽；6、通孔。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种抗扭断汽轮机叶片，结构如图1所示，包括叶身、叶根和叶冠，所述叶根、叶身和叶冠依次固定连接，所述叶根下端固定连接有连接座，所述叶身的内弧侧面上设有截面为弧形的气道槽，所述气道槽的一端在叶根处封闭，另一端在叶冠处封闭，所述气道槽靠近叶冠的一端开设有通孔。
本实施例提供的汽轮机叶片的化学成分的质量百分比为：C：0.21％、Cr:4.35％、Mo：0.96％、Al：0.56％、Ti：0.45％、Si：0.15％、V：0.08％、W：0.11％、Nb：0.05、Ca：0.003％、Mn：0.14％、苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质。
汽轮机叶片的制备方法如下：
S1：将C：0.21％、Cr:4.35％、Mo：0.96％、Al：0.56％、Ti：0.45％、Si：0.15％、V：0.08％、W：0.11％、Nb：0.05、Ca：0.003％、Mn：0.14％、Fe：92.877％加入熔炉中，加热熔炼，将这些原料熔炼成金属溶液；
S2：将金属溶液通过水冷的方式降温至700℃，然后加入苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物0.06％，然后使金属溶液空冷至640℃形成合金，在空冷的过程中不间断地对金属溶液进行搅拌，形成合金后再通过水冷的方式将合金冷却至室温得到合金胚料；
S3：对得到的合金进行锻造，锻造前先对锻模进行预热和润滑，然后将合金胚料放入锻模中进行锻造，得到叶片半成品；
S4：采用电火花成型加工，将锻造后的叶片半成品放入液体介质中，并将工具电极与叶片半成品保持适当的放电间隙，然后在工具电极与叶片半成品之间施加脉冲电压，由于放电区域很小，放电时间极短，所以能量高度集中，使放电区的温度瞬时高达10000-12000℃，使工具电极和叶片半成品表面的金属局部熔化，熔化的金属在爆炸力的作用下抛入工作液中，并冷却为金属小颗粒，被液体介质迅速冲离工作区，从而在叶片半成品上形成一个微小的凹坑，一次放电后，介质的绝缘强度恢复等待下一次放电，如此反复直至叶片半成品上形成通孔；
S5：将S4得到的叶片半成品进行退火处理，退火温度为835℃，再进行淬火处理，淬火温度为900℃，然后通过油冷的方式冷却至室温，再进行回火处理，回火温度为720℃，回火时间为45分钟，然后空冷至室温；
S6：对热处理后的汽轮机叶片表面进行抛磨，去除毛刺，得到汽轮机叶片成品。
实施例2
本实施例提供的一种抗扭断汽轮机叶片，结构如图1所示，包括叶身、叶根和叶冠，所述叶根、叶身和叶冠依次固定连接，所述叶根下端固定连接有连接座，所述叶身的内弧侧面上设有截面为弧形的气道槽，所述气道槽的一端在叶根处封闭，另一端在叶冠处封闭，所述气道槽靠近叶冠的一端开设有通孔。
本实施例提供的汽轮机叶片的化学成分的质量百分比为：C：0.56％、Cr:5.68％、Mo：1.35％、Al：0.62％、Ti：0.49％、Si：0.21％、V：0.16％、W：0.17％、Nb：0.09、Ca：0.008％、Mn：0.17％、苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质。
汽轮机叶片的制备方法如下：
S1：将C：0.56％、Cr:5.68％、Mo：1.35％、Al：0.62％、Ti：0.49％、Si：0.21％、V：0.16％、W：0.17％、Nb：0.09、Ca：0.008％、Mn：0.17％、Fe：90.412％加入熔炉中，加热熔炼，将这些原料熔炼成金属溶液；
S2：将金属溶液通过水冷的方式降温至750℃，然后加入苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物0.08％，然后使金属溶液空冷至650℃形成合金，在空冷的过程中不间断地对金属溶液进行搅拌，形成合金后再通过水冷的方式将合金冷却至室温得到合金胚料；
S3：对得到的合金进行锻造，锻造前先对锻模进行预热和润滑，然后将合金胚料放入锻模中进行锻造，得到叶片半成品；
S4：采用电火花成型加工，将锻造后的叶片半成品放入液体介质中，并将工具电极与叶片半成品保持适当的放电间隙，然后在工具电极与叶片半成品之间施加脉冲电压，由于放电区域很小，放电时间极短，所以能量高度集中，使放电区的温度瞬时高达10000-12000℃，使工具电极和叶片半成品表面的金属局部熔化，熔化的金属在爆炸力的作用下抛入工作液中，并冷却为金属小颗粒，被液体介质迅速冲离工作区，从而在叶片半成品上形成一个微小的凹坑，一次放电后，介质的绝缘强度恢复等待下一次放电，如此反复直至叶片半成品上形成通孔；
S5：将S4得到的叶片半成品进行退火处理，退火温度为850℃，再进行淬火处理，淬火温度为950℃，然后通过油冷的方式冷却至室温，再进行回火处理，回火温度为755℃，回火时间为60分钟，然后空冷至室温；
S6：对热处理后的汽轮机叶片表面进行抛磨，去除毛刺，得到汽轮机叶片成品。
实施例3
本实施例提供的一种抗扭断汽轮机叶片，结构如图1所示，包括叶身、叶根和叶冠，所述叶根、叶身和叶冠依次固定连接，所述叶根下端固定连接有连接座，所述叶身的内弧侧面上设有截面为弧形的气道槽，所述气道槽的一端在叶根处封闭，另一端在叶冠处封闭，所述气道槽靠近叶冠的一端开设有通孔。
本实施例提供的汽轮机叶片的化学成分的质量百分比为：C：0.38％、Cr:4.89％、Mo：1.27％、Al：0.59％、Ti：0.47％、Si：0.18％、V：0.12％、W：0.14％、Nb：0.07、Ca：0.006％、Mn：0.15％、苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.07％，余量为Fe和不可避免的杂质。
汽轮机叶片的制备方法如下：
S1：将C：0.38％、Cr:4.89％、Mo：1.27％、Al：0.59％、Ti：0.47％、Si：0.18％、V：0.12％、W：0.14％、Nb：0.07、Ca：0.006％、Mn：0.15％、Fe：91.664％加入熔炉中，加热熔炼，将这些原料熔炼成金属溶液；
S2：将金属溶液通过水冷的方式降温至725℃，然后加入苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物0.07％，然后使金属溶液空冷至645℃形成合金，在空冷的过程中不间断地对金属溶液进行搅拌，形成合金后再通过水冷的方式将合金冷却至室温得到合金胚料；
S3：对得到的合金进行锻造，锻造前先对锻模进行预热和润滑，然后将合金胚料放入锻模中进行锻造，得到叶片半成品；
S4：采用电火花成型加工，将锻造后的叶片半成品放入液体介质中，并将工具电极与叶片半成品保持适当的放电间隙，然后在工具电极与叶片半成品之间施加脉冲电压，由于放电区域很小，放电时间极短，所以能量高度集中，使放电区的温度瞬时高达10000-12000℃，使工具电极和叶片半成品表面的金属局部熔化，熔化的金属在爆炸力的作用下抛入工作液中，并冷却为金属小颗粒，被液体介质迅速冲离工作区，从而在叶片半成品上形成一个微小的凹坑，一次放电后，介质的绝缘强度恢复等待下一次放电，如此反复直至叶片半成品上形成通孔；
S5：将S4得到的叶片半成品进行退火处理，退火温度为843℃，再进行淬火处理，淬火温度为925℃，然后通过油冷的方式冷却至室温，再进行回火处理，回火温度为735℃，回火时间为45-60分钟，然后空冷至室温；
S6：对热处理后的汽轮机叶片表面进行抛磨，去除毛刺，得到汽轮机叶片成品。
以无锡润和叶片制造有限公司生产的12Cr12Mo汽轮机叶片作为试验对比例，与实施例1～实施例3制备的汽轮机叶片进行进行性能测试试验，得到各项性能测试结果如表1：
表1
由表1可以看出，本发明制备的汽轮机叶片，各项机械性能均达到标准要求，且各项机械性能均优于对比例，无论是叶片的硬度、抗拉强度等性能，还是抗扭断的性能，与市场销售的电缆相比，本发明的各项性能参数更优，尤其是抗扭断的性能更为优异、突出。本发明制备的汽轮机叶片不仅提高了叶片的硬度，同时也提高了叶片的韧性，各项机械性能优良。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种抗扭断汽轮机叶片，包括叶身、叶根和叶冠，所述叶根、叶身和叶冠依次固定连接，所述叶根下端固定连接有连接座，其特征在于：所述叶身的内弧侧面上设有截面为弧形的气道槽，所述气道槽的一端在叶根处封闭，另一端在叶冠处封闭，所述气道槽靠近叶冠的一端开设有通孔。
2.根据权利要求1所述的抗扭断汽轮机叶片，其特征在于：所述通孔至少设置有两个。
3.根据权利要求1所述的抗扭断汽轮机叶片，其特征在于：该汽轮机叶片的化学成分的质量百分比为：C：0.21-0.56%、Cr:4.35-5.68%、Mo：0.96-1.35%、Al：0.56-0.62%、Ti：0.45-0.49%、Si：0.15-0.21%、V：0.08-0.16%、W：0.11-0.17%、Nb：0.05-0.09、Ca：0.003-0.008%、Mn：0.14-0.17%、苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.06-0.08%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的抗扭断汽轮机叶片，其特征在于：该汽轮机叶片的化学成分的质量百分比为：C：0.21%、Cr:4.35%、Mo：0.96%、Al：0.56%、Ti：0.45%、Si：0.15%、V：0.08%、W：0.11%、Nb：0.05、Ca：0.003%、Mn：0.14%、苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.06%，余量为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求3所述的抗扭断汽轮机叶片，其特征在于：该汽轮机叶片的化学成分的质量百分比为：C：0.56%、Cr:5.68%、Mo：1.35%、Al：0.62%、Ti：0.49%、Si：0.21%、V：0.16%、W：0.17%、Nb：0.09、Ca：0.008%、Mn：0.17%、苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.08%，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求3所述的抗扭断汽轮机叶片，其特征在于：该汽轮机叶片的化学成分的质量百分比为：C：0.38%、Cr:4.89%、Mo：1.27%、Al：0.59%、Ti：0.47%、Si：0.18%、V：0.12%、W：0.14%、Nb：0.07、Ca：0.006%、Mn：0.15%、苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物：0.07%，余量为Fe和不可避免的杂质。
7.一种如权利要求3所述的抗扭断汽轮机叶片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将C、Cr、Mo、Al、Ti、Si、V、W、Nb、Ca、Mn和Fe加入熔炉中，加热熔炼，将这些原料熔炼成金属溶液；
S2：将金属溶液通过水冷的方式降温至700-750℃，然后加入苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物，然后使金属溶液空冷至640-650℃形成合金，在空冷的过程中不间断地对金属溶液进行搅拌，形成合金后再通过水冷的方式将合金冷却至室温得到合金胚料；
S3：对得到的合金进行锻造，锻造前先对锻模进行预热和润滑，然后将合金胚料放入锻模中进行锻造，得到叶片半成品；
S4：采用电火花成型加工，将锻造后的叶片半成品放入液体介质中，并将工具电极与叶片半成品保持适当的放电间隙，然后在工具电极与叶片半成品之间施加脉冲电压，由于放电区域很小，放电时间极短，所以能量高度集中，使放电区的温度瞬时高达10000-12000℃，使工具电极和叶片半成品表面的金属局部熔化，熔化的金属在爆炸力的作用下抛入工作液中，并冷却为金属小颗粒，被液体介质迅速冲离工作区，从而在叶片半成品上形成一个微小的凹坑，一次放电后，介质的绝缘强度恢复等待下一次放电，如此反复直至叶片半成品上形成通孔；
S5：将S4得到的叶片半成品进行退火处理，退火温度为835-850℃，再进行淬火处理，淬火温度为900-950℃，然后通过油冷的方式冷却至室温，再进行回火处理，回火温度为720-755℃，回火时间为45-60分钟，然后空冷至室温；
S6：对热处理后的汽轮机叶片表面进行抛磨，去除毛刺，得到汽轮机叶片成品。
8.根据权利要求7所述的抗扭断汽轮机叶片的制备方法，其特征在于：所述S4中的液体介质为煤油或水。
9.根据权利要求7所述的抗扭断汽轮机叶片的制备方法，其特征在于：所述S4中施加的脉冲电压需达到间隙中的介质的击穿电压。
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