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1、目 录一、引言 . 1二、设计任务 . 1三、工况分析 . 2四、失效分析及性能要求 . 3（一）汽轮机叶片的失效分析 . 3（二）性能要求 . 4五、选材及优化 . 4（一）铬不锈钢 . 4（二）强化型铬不锈钢 . 4（三）低合金珠光体耐热钢 . 5（四）铝合金和钛合金 . 6（五）优化 . 6六、确定尺寸和热处理工艺 . 6（一）热处理工艺 . 6（二）组织及热处理工艺分析 . 9七、工艺流程及工艺卡片 . 10八、成品检验 . 10（一）硬度检验 . 10（二）金相检验 . 11结论 . 11参考文献 . 111 一、引言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
2、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。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
3、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。这就是国内外汽轮机行业为什么重视研究叶片加工的原因。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。二、设计任务先通过对汽轮机的学习，了解其工作条件及内外部构造，继而对汽轮机叶片所处的周边环境有所了解，从而知道其工作条件。再
4、对汽轮机叶片的工作环境和工作条件 （包括蒸汽或燃气与叶片的相互作用、 工作温度、 旋转速度、 叶片受力情况等）进行分析， 通过分析和研究得出的数据和现象， 以确定汽轮机叶片的主要失效形式，并通过对数据和结果的分析得出汽轮机叶片的失效原因。再由失效形式和失效原因确定出汽轮机叶片正常工作时应满足的性能要求。再根据汽轮机叶片材料的性能要求，通过查阅资料和实验研究初步选定出三种以上符合要求的材料，再结合材料的性能、工艺性和经济性及汽轮机叶片材料的性能要求对所选材料进行综合分析，最终确定出最佳材料。确定出最佳材料后再根据最佳材料确定汽轮机叶片的尺寸和热2 处理工艺，根据热处理工艺及汽轮机叶片尺寸画出工艺
5、流程图并制作出工艺卡片，以及为了保证汽轮机叶片的质量确定出组织检验方法。三、工况分析首先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
6、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。其次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。最后按照叶片的工作条件可分为动叶和静叶两种。汽轮
7、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
8、。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。为使汽轮机长期安全运行 , 在机组检修时应十分重视叶片的质量检验 , 对断裂失效叶片应分析断裂原因 , 采取防患措施延长叶片使用寿命。3 四、失效分析及性能要求（一）汽轮机叶片的失效分析汽轮机叶片工作环境恶劣 , 而不同的工作区叶片所处的工作环境不同，由此造成不同的失效方式。工作于高温高压干燥过热蒸汽中的高、中压缸叶片
9、, 虽然失效形式多种多样但究其本质可大致归结为两类 : 腐蚀类和疲劳类。1. 腐蚀类研究表明 , 与腐蚀有关的失效 ( 包括电化学腐蚀 , 应力腐蚀 , 腐蚀疲劳 ) 约占叶片失效的 3%, 而由纯疲劳引起的失效占 12% , 其它各种因素引起的失效占 5%。 而腐蚀类又可大致细分为电化学腐蚀 , 应力腐蚀和腐蚀疲劳。为了防止汽轮机叶片的腐蚀 , 良好的水化学控制是被人公认的。给水中杂质的浓度有严格的控制。 但是 , 即使在停机和运行期间进入汽轮机的杂质非常少 , 它也能在机组运行的时候被浓缩到有害水平。 有害的沉积物从湿蒸汽中吸收水份将形成具有一定浓度的腐蚀性电解液并覆于叶片钝化膜的表面。 当钝化膜由于某种原因发生破损或产生缺陷 , 裸露于腐蚀液中的金属微区将和整个叶片的钝化膜保护区构成一个小阳极大阴极的腐蚀电
