CN2371342Y

CN2371342Y - 一种抗腐蚀疲劳汽轮机叶轮

Info

Publication number: CN2371342Y
Application number: CN 99224021
Authority: CN
Inventors: 杨振国; 于维成; 姚戈; 郑福民
Original assignee: Institute of Metal Research of CAS
Current assignee: Institute of Metal Research of CAS
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2000-03-29
Anticipated expiration: 2009-06-04

Abstract

一种抗腐蚀疲劳汽轮机叶轮,其特征在于:在叶片的排气边处设置有耐腐蚀涂层,涂层高度自叶根到拉金孔,宽度为叶盆8—15mm,叶背15—25mm,涂层厚度100—210μm。本实用新型具有较高的使用寿命,且加工成本较低。

Description

一种抗腐蚀疲劳汽轮机叶轮

本实用新型涉及汽轮机叶轮，特别提供了一种在叶片排气边设置耐腐蚀涂层的抗腐蚀疲劳的汽轮机叶轮。

汽轮机低压叶片在极为恶劣的条件下工作，它不仅要受到变动的机械应力的作用，而且还要受到该级特有的蒸汽干湿交替引起的浓缩Cl^-的腐蚀(H.Spahn和G.H.Wa gner著，李家宝、于维成等译，《钢铁材料的断裂研究和失败分析》，机械工业出版社，1983)，由此而导致的叶片腐蚀疲劳破坏，近年来，仅东北地区，就有通辽电站、清河电站、鞍钢电厂、大连等电站发生多起，造成了很大的经济损失。考查这些断裂的叶片，发现它们的起裂都介于叶根与拉金孔之间距叶根80～150mm范围内，且位于排气边的叶背一侧(于维成、杨振国、苏革，《通辽电站叶片断裂失效分析》(未发表))。国外早在70年代初就对此作了研究(H.Spahn，Corrosion Fatigue，NACE-2(1972)，Houston/Texas)。关于对叶片的防护，目前国内也采取了一定的措施(《汽轮机·锅炉·发电机金属材料手册》，上海人民出版社)，如银焊司太立合金片、局部淬硬、电火花强化、表面氮化、等离子喷镀等，但这些方法仅对抗冲蚀损伤有效，不能用于提高腐蚀疲劳寿命，有人运用表面镀铬等技术来提高其腐蚀疲劳抗力，却又不能满足对硬度上的要求。国外虽对该级叶片的腐蚀疲劳防护措施有所报道，但资料却缺乏详尽的实用细节(MetalsHandbook，Vol.10，8th ed.，1975)。

本实用新型的目的在于提供一种抗腐蚀疲劳汽轮机叶轮，其具有较高的使用寿命，且加工成本较低。

本实用新型提供了一种抗腐蚀疲劳汽轮机叶轮，其特征在于：在叶片(1)的排气边处设置有耐腐蚀涂层(2)，涂层高度自叶根到拉金孔(3)，宽度为叶盆8～15mm，叶背15～25mm，涂层(2)厚度100～210μm。涂层(2)可以为聚氨脂涂层，也可以为环氧树脂涂层。本实用新型涂层是在喷丸处理后涂覆上去的。

以往对叶片的保护，如焊接硬质合金、电火花强化、氰化等，多集中在末端进气边以防冲蚀，而对排气边的腐蚀疲劳现象重视不够。采用表面镀铬，即使提高了耐腐蚀能力，但其耐磨、耐冲蚀能力又受到了限制。采用本实用新型的防护技术可以很好地解决汽轮机末级叶片目前存在的腐蚀疲劳损伤问题，这是因为

1.针对叶片易发生腐蚀疲劳破坏的具体部位进行强化处理，真正做到了有的放矢，既达到了防护目的，又节省了人力物力和财力。

2.运用喷丸技术，恰当地降低了汽轮机叶片排气边的有效工作拉应力及细化了晶粒，进而提高了它的耐疲劳耐腐蚀能力；利用了聚氨脂的高弹性、耐磨性以防止湿蒸汽的冲蚀，优异的阻离子(主要是Cl^-)渗透性以提高耐腐蚀能力，良好的耐老化及强的附着力以增加涂层的使用周期。

下面通过实施例详述本实用新型。

附图1为汽轮机叶轮示意图。

附图2为汽轮机叶片叶盆一面的示意图。

附图3为汽轮机叶片叶背一面的示意图。

实施例1

一、喷丸和涂层工艺：

1.喷丸控制：

(1)喷丸部位叶片排气边(11)。高度为自叶根(12)到拉金孔(3)，宽度为叶盆约8～10mm范围，叶背约18～22mm范围，见图1、2、3。

(2)喷丸参数使用激冷铸钢丸粒，弹丸直径Φ＝0.6～0.8mm，喷丸强度＝0.17～0.20A。丸粒喷射方向与叶片表面垂直。

2.涂层涂敷：

(1)涂前清污

涂前表面清污处理十分重要，它直接关系到涂层的效果和寿命。叶片要涂敷的表面必须清洁，无杂质、油污、手印等，以使漆膜与基材牢固结合。

①喷丸后叶片表面的锈渣和金属屑用抹布或脱脂棉彻底清除，表面污染灰尘、油污等脏物，用有机溶剂(丙酮和乙醇等)清洗。清洗后不应让溶剂在表面上自行蒸发干，要用清洁抹布擦干，以免溶解在溶剂中的油污脏物残留在表面上影响清洗质量。

②清洗后的表面需通过水膜检验，即用蒸馏水的清洗过的表面上喷一湿层，在20秒内观察，如能保持一层连续的水膜，即认为清洗合格；若水膜破裂，则认为未清洗干净。

清洗后的表面尽快进入下一道工序。

(2)涂底漆

底漆主要有以下两方面的作用：暂时防锈和长久防蚀，增加涂层对基材的附着力。

①涂敷位置同″1.(1)″，选择的底漆WPL为9wt％聚乙烯醇缩丁醛+9wt％四羟基铬酸锌(锌黄)溶在异丙醇和丁醇混和液中(市场有售)，使用前同约含18wt％的H₃PO₄的异丙醇溶液和适量水(称为磷化液，加水为调节粘度，易涂刷)相混，WPL∶磷化液≈1∶3.8～4.2。混后的涂料须在8～24小时内用完。它可一次完成磷化处理和施加底漆涂层，不必再提前磷化。它能抑制涂层下的丝状腐蚀。

②用刷涂或喷涂方式。若选用刷涂方式，需用适宜涂刷面漆的软毛板刷。喷涂则采用一般的喷涂工艺。

③干膜的厚度一般维持在30～35μm。涂面漆之前，应用不小于No.600的细砂纸在于燥后的底漆膜上轻轻的打磨，然后用清洁的脱脂棉拭去或用干净的压缩空气吹掉漆屑。

(3)涂面漆

①面漆选择双组份湿固化聚氨脂清漆和固化剂(市售)，清漆和固化剂的比例为2.8～3.2∶1，寒冷季节固化剂含量稍高。配制时先放清漆，再放固化剂，搅拌均匀，静止20分钟左右以消除气泡。

②涂敷位置同″1.(1)″，涂覆方式同″2.(2)②″。

a.把刷子部分地浸在漆内，以防蘸漆过多或把漆蘸到刷毛根部。要较轻较快地涂刷，使刷子与刷涂表面约呈45°，并以一个方向涂刷。只允许刷尖轻微地拖曳，以防刷痕、流淌和下垂现象。

b.垂直面上刷涂，一般由下而上；水平面上刷涂，一下过去后，第二下要盖住第一下的1/3左右。涂刷厚度要均匀，太厚易起皱，太薄易露底。

c.每道面漆刷约20秒。最好使用电吹热风加速其干燥，若是自然干燥，则两道之间应间隔5小时以上。

d.面漆涂三道，第一、三道沿叶高方向刷涂，第二道与一、三道垂直。

e.每道干膜厚30～35μm，总厚约90～110μm。

f.涂料现涂现配，贮存时间不得超过8小时。使用过的刷子迅速在溶剂(乙酸丁脂)中充分洗干净后保存。

二、实验室试验

在实验室对几种经不同表面处理(光滑试样喷丸试样、喷丸+聚氨脂涂层试样、喷丸+环氧树脂涂层试样、喷砂+环氧树脂涂层试样)的叶片材料(2Cr13)进入了模拟工况下的试验，作出了疲劳寿命S-N曲线，见图2。

1.试样表面处理

有下列五种方式：

a.光滑试样在Δ8的基础上，依次用No.200、No.400、No.700砂纸打磨，以去除圆弧应力集中处的加工沟槽。

b.喷丸试样在喷丸机上喷丸，弹丸为激冷铸钢丸粒，弹丸直径Φ＝0.6～0.8mm，喷丸强度＝0.17～0.20A。丸粒喷射方向垂直于试样表面。

c.喷丸+聚氨脂涂层试样喷丸参数如b，将喷丸后的试样用丙酮清洗干净，干燥后涂覆第一道涂层，以后每隔24小时涂覆一次，共4道，每道厚约35μm，总厚约140μm。

d.喷丸+环氧树脂涂层试样喷丸参数如b，涂层采用一次热喷涂(≈200℃，腐蚀所承做)，膜厚约210μm。

e.喷砂+环氧树脂涂层试样涂层采用一次热喷涂(≈200℃，腐蚀所承做)，膜厚约210μm。

2.加载条件

采用单向拉-拉载荷，应力比R＝0.1；试验频率f＝40Hz；试验在Shenck 50KN和100KN电液侍服疲劳试验机上进行。

3.试验结果

(1)介质中裸露的光滑试样和喷丸试样均无疲劳极限，光滑试样腐蚀疲劳强度(以承受10⁷周次应力循环计)最低，仅达400MPa；喷丸的腐蚀疲劳强度比光滑试样提高的40％，说明喷丸的确能增加材料的耐腐蚀疲劳抗力。

(2)介质中，喷丸+涂层试样腐蚀疲劳强度比裸露喷丸试样又高约10％，喷丸+涂层试样的腐蚀疲劳曲线与空气下喷丸试样的疲劳曲线处于同一水平，说明涂层对材料起到了很好的屏蔽作用。

(3)介质中，喷丸+聚氨脂涂层试样与喷丸+环氧树脂涂层试样腐蚀疲劳曲线重合，说明两种涂层具有相同的隔绝介质能力；喷丸+环氧树脂涂层试样的腐蚀疲劳强度比喷砂+环氧树脂涂层试样高约50MPa，显示出了喷丸具有更好的强化作用。

综上，材料经喷丸+聚氨脂涂层处理与经喷丸+环氧树脂涂层处理在3％NaCl溶液中具有最好的抗腐蚀疲劳能力，虽然二者试验效果相同，但环氧树脂涂层工艺复杂，不适用于现场操作，同时试验过程中发现该涂层易发生剥落。因此，从效果和实用性来看，最好选择喷丸+聚氨脂涂层。

实施例2

在抚顺热电厂CC140/N200-12.7/535/535超高压中间再热双抽汽冷凝式汽轮机机组(哈尔滨汽轮机厂制造)停机大修期间，对已显示了腐蚀痕迹的4支27级(中压末级)、5支32级(低压末级)叶片采用了如下技术：

1.涂前表面处理

(1)砂纸打磨主要作用是：除去构件表面腐蚀锈层；增加构件表面粗糙度。既可抑制膜下腐蚀，也能提高涂层附着力。但应使表面粗糙度维持在50或70μm以下。选取No.100或No.150砂纸即可。

(2)表面清污涂前构件表面必须清洁，无杂质、油污、手印等，以使漆膜与基材结合牢固。

a.打磨下的锈渣和金属屑用抹布或脱脂棉彻底清除，表面污染灰尘、油污等脏物，用有机溶剂(丙酮和乙醇等)清洁。清洁后立即用清洁抹布擦干，以免溶解在溶剂中的油污脏物残留在表面上影响清洁质量。

b.清洁后的表面需通过水膜检验，即用蒸馏水的清洁过的表面上喷一湿层，在20秒内观察，如能保持一层连续的水膜，即认为清洁合格；若水膜破裂，则认为未清洁干净。

2.涂层工艺

(1)涂层涂覆参数

①涂覆位置排气边(11)。高度自叶根(12)到拉金孔(3)；叶盆涂层宽10mm，叶背涂层宽20mm。

②涂层厚度底漆涂一道，面漆涂三道，每道厚约30μm，总厚100～140μm。

(2)涂底漆

①底漆选择蚀洗底漆WPL为9wt％聚乙烯醇缩丁醛+9wt％四羟基铬酸锌(锌黄)溶在异丙醇和丁醇混和液中，使用前和含18wt％的H₃PO₄的异丙醇溶液和水相混，WPL∶磷化液＝1∶4。混后的涂料须在8～24小时内用完。它可一次完成磷化处理和施加底漆涂层，不需再提前磷化。它能抑制涂层下的丝状腐蚀。

②底漆涂覆方式刷涂。

(3)涂面漆

面漆为双组份湿固化聚氨脂清漆和固化剂。

①面漆配制清漆和固化剂的比例约为3∶1，寒冷季节可适当加大固化剂含量。配制时先放清漆，再放固化剂，搅拌均匀，静止20分钟左右以消除气泡。

②面漆涂覆

a.试验时选用的是刷涂。用适宜涂刷面漆的软毛板刷。

b.把刷子部分地浸在漆内，以防蘸漆过多或把漆蘸到刷毛根部。要较轻较快地涂刷，使刷子与刷涂表面约呈45°，并以一个方向涂刷。对于不规整的表面，应先把漆刷在该表面上，然后较长、较快、较轻的进一步均匀刷涂，只允许刷尖轻微地拖曳，以防刷痕、流淌和下垂现象。

c.垂直面上刷涂，一般由下而上；水平面上刷涂，一下过去后，第二下要盖住第一下的1/3。涂刷厚度要均匀，太厚易起皱，太薄易露底。

d.每道面漆刷20秒，两道之间间隔5小时。每道面漆涂完后自然干燥。

e.涂料现涂现配，使用过的刷子迅速在溶剂(乙酸丁脂)中充分洗干净后保存。

在机组运行8个月后检查，发现涂层保持良好，被涂的9支叶片的排气边清洁光亮，无腐蚀现象，原有的腐蚀沟槽内也无腐蚀产物，而未涂层叶片的腐蚀沟槽内仍有腐蚀现象。

Claims

1.一种抗腐蚀疲劳汽轮机叶轮，其特征在于：在叶片(1)的排气边(11)处设置有耐腐蚀涂层(2)，涂层高度自叶根(12)到拉金孔(3)，宽度为叶盆8～15mm，叶背15～25mm，涂层(2)厚度100～210μm。

2.按照权利要求1所述抗腐蚀疲劳汽轮机叶轮，其特征在于：涂层(2)为聚氨脂涂层。

3.按照权利要求1所述抗腐蚀疲劳汽轮机叶轮其特征在于：涂层(2)为环氧树脂涂层。