汽轮机大叶片锻造技术综述.pdfVIP

汪非曹飞蒋鹏等：汽轮机大叶片的锻造技术综述 汽轮机大叶片的锻造技术综述 北京机电研究所汪非曹飞蒋鹏 天仟重工有限公司陶友富林锦棠贾晋丽 摘要：汽轮机叶片是汽轮机能量转换的核心部件，其锻造技术水平的提高直接关系到电力工 业的发展。介绍了汽轮机大叶片的材料、结构特点以及锻造难点，阐述了汽轮机大叶片锻造 工艺设计的要点，对国内外汽轮机大叶片锻造技术的发展现状进行了概述。提出了获得尺寸 精确、性能优良叶片锻件需要注意的事项，为以后叶片锻件工艺设计提供参考。 关键词：汽轮机叶片；锻造技术；工艺设计；发展现状 火力发电在我国的总发电量中占比超过80％，是我国最主要的发电形式。汽轮机和电站 用锅炉、发电机并称为火力发电站的三大主要设备。随着电力工业的飞速发展，汽轮机向着 大容量、高效率的方向不断发展。 汽轮机叶片是汽轮机能量转换的核心部件，直接担负将蒸汽的动能和热能转换成机械能 的作用。为了适应汽轮机单机容量大幅提升的要求，汽轮机叶片的长度不断加大，以增加蒸 汽的通流面积。其中，汽轮机的低压末级大叶片对汽轮机的级效率影响最为显著。据统计， 大型火电汽轮机末级至少占汽轮机功率输出的10％，级效率每增加1％，汽轮机的热耗将降低 0．1％【l J。因此，提高汽轮机大叶片的制造水平是发展电力工业的必要前提。 1汽轮机叶片材料及用途 汽轮机叶片长期处在极其恶劣的环境条件下工作，在承受高速运转引起的离心力、振动 应力的同时，还要承受高温蒸汽的热冲击和腐蚀作用【2，3J。汽轮机叶片还会受到不同形式的冲 蚀14J。汽轮机高压第一级和中压第一级可能受到固体颗粒的冲蚀，这些颗粒是来自过热器和 再热管道中的积垢。汽轮机低压部分的某些级则要受到水滴的冲蚀。 根据工作温度和应力状况不同，不同区段的汽轮机叶片选用不同的材料制成。通常采用 汽轮机叶片材料产生蠕变的温度(400～450。C)作为分界温度，把汽轮机叶片的工作环境分 成高温和低温两种情况12’5l。当叶片的工作温度高于分界温度时，称为高温段叶片；反之，则 称为低温段叶片。 高温段叶片要求材料具有足够的高温强度、持久塑性、蠕变强度和抗疲劳强度，常采用 12％Cr热强钢，主要钢号有Crl 等，如表1所示【51。 汽轮机低压大叶片在湿蒸气区工作，属于低温段叶片。对于汽轮机低压叶片来说，选择 叶片材料应保证材料在高速流动的湿蒸汽中具有抗腐蚀能力，以及适当的承受稳定的离心应 力和弯曲应力的拉伸屈服强度【4J。 表1高温段叶片常用材料 汽轮机低压大叶片工作时，常受到蒸汽膨胀过程中凝成的水滴的冲蚀。冲蚀作用有两方 面因素构成：一方面是由于湿蒸气的电化学腐蚀作用，另一方面是水滴的机械冲刷作用。叶 片的冲蚀不仅减少其面积使叶片的应力增加，而且降低叶片材料的疲劳极限。由于蒸汽中含有 盐和酸类，汽轮机叶片还会产生电化学和化学腐蚀。此外，汽轮机叶片在蒸汽中高速旋转会 产生振动，其振动应力与阻尼成反比。为了降低叶片承受的振动应力以提高其使用寿命，要 求叶片材料具有优异的振动衰减性能。 37 第5届全国精密锻造学术研讨会论文集(2013年3月23．25日·山东济南) 李劲松、苏辉等14J对汽轮机低压叶片材料选择进行了系统论述，认为主要需要注意以下 几个方面的要求： (1)足够的疲劳强度和腐蚀疲劳强度；(2)适宜的延展性和冲击强度； (3)优异的振动衰减性能；(4)较低的缺口敏感性；(5)一定的抗冲蚀能力；(6)优良 的耐蚀性和加工性。 汽轮机叶片工作条件的特殊性对叶片材料提出以上诸多性能要求，中国国家标准化委员 会发布GB／T8732．2004，对汽轮机叶片用钢作了详细规定。目前，广泛应用于制造汽轮机低 可用于400--450℃【2】。2Crl3钢室温强度和硬度较高，但其抗冲蚀性能较差，用作汽轮机低压 末级叶片材料时需进行表面硬化或镶焊硬质合金。0Crl7Ni4CuNb沉淀硬化不锈钢的振动衰 减性能较差，但用其制造的汽轮机末级叶片寿命较长，能够长期正常运行。 2叶片结构特点和锻造难点 与铸造或机加工的成形方法比较，锻造成形能够明显改善零件的微观组织结构，提高其 在使用时的力学性能。因此，汽轮机大叶片几乎都采用锻造生产方式。 典型的汽轮