汽轮机叶片设计及型线修整方法的研究

汽轮机叶片设计叶片广泛应用于航空发动机、汽轮机、燃汽轮机和压缩机等，起能量转换的关键作用，本文研究精密锻造和普通模锻叶片型线修整的规律，得出了型线修整的通用方法，规范了型线修整的过程。

汽轮机的主要用途是在热力发电厂中做驱动发电机的原动机。

叶片把汽轮机中的蒸汽热能转化为机械能，叶片主要应用于汽轮机、燃汽轮机和压缩机等，是汽轮机的心脏，叶片制造的工时约占汽轮机整机的1/3，成本是整机的20%左右。

叶片事故时有发生。

叶片损伤是汽轮机发生故障的主要原因，由于叶片的品种多，高质量的要求以及加工难度，设计水平也是决定汽轮机组性能的重要因素。

叶片的成型技术，提高叶片抵抗振动疲劳的能力是我们重点研究对象。

叶片的曲面型面是比较复杂的，所用的材料为不锈钢，韧性大，强度高。

叶片三维参数化设计主要以UG，PROE等平台，开发叶片修正GRIP程序。

标签：汽轮机叶；设计；修正1 國内外研究现状汽轮机叶片设计时的最重要参数是强度和振动特性，采用二叉树法，计算时采用的有限元分析，早期采用的是能量法和矩阵法来计算叶片的振动频率，叶片参数化造型程序开发可以采用UG、PROE等软件。

德国宝马发动机公司和Attech Gmbh engineering software technology 开发的基于ACIS 的参数化叶片设计CAD 系统。

美国NASA和依阿华州立大学联合开发叶片造型CAD系统，在ANSYS 的基础上开发的汽轮机叶片寿命分析软件BLADE，采用了三维8节点等参实体单元模化叶片。

国内目前很少有自己开发出的造型系统，大多是基于商用CAD软件二次开发，如同哈工大和沈阳黎明发动机制造公司的基于AUTOCAD二次开发的叶片叶身表面造型系统，采用8节点非协调元。

2 二叶片参数化设计理论叶片由叶型、叶根、和叶顶三部分组成。

每一个横截面边缘叫型线，断面型线及其叶高等参数要符合气体动力学要求，满足结构强度和加工工艺的要求。

受载荷而成为多轴应力状态，须采用三维实体单元来模化。

汽轮机叶片设计汽轮机叶片在受到蠕变，腐蚀、损伤影响涡轮效率甚至导致停机，针对这些问题提出新的叶片设计方案，减少了热应力的影响。

有效的抗腐蚀能力，提高叶片性能的。

标签：汽轮机叶片；设计；方案我们国产化大型特大型转子锻件的能力快速提升。

叶片需要满足60年的寿命，而其承受巨大的离心力和扭转力，运行过程中会有很多因素导致其受损，如，调峰机组的频繁启动、停机以及甩负荷，都会给转子带来交替变化的热应力，使其蠕变，热疲劳。

因此对叶片的工艺和材料，要求很高。

1 蠕变涡轮叶片不断受到高温，在HP和IP级别往往会使叶片材料软化，结合离心力的影响，叶片就会变形。

导致蠕变（缓慢而连续的变形）。

材料变形的速率取决于温度和应力。

这是一个尤其危险的现象，因为叶片是根据严格的规格制造，在一定的负载和环境下，才能运行。

由于蠕变，叶片的几何形状发生了变化，产生退化，会导致灾难性的破坏，这就是为什么必须为HP和IP叶片选择高质量材料的原因，这样在高温下仍然保持高产量。

这种情况多是发生于反动式汽轮机叶片，冲动涡轮机与反动式涡轮机叶片运转方式不同，导致，不同的叶片产生的应力也是不同的。

在反动式汽轮机，蒸汽通过固定的叶片没有压降，气流通过运转的叶片，通过喷嘴增加速度，当汽流经过转子时，使转子转动。

2 叶片腐蚀叶片的裂缝和表面粗糙度，甚至微观尺度，高度，等各种问题的解决办法。

叶片材料经过以上因素的影响对叶片结构伤害很大。

这些反应通过腐蚀材料周围存在的裂缝来扩大裂缝，削弱了叶片。

本质上，腐蚀只发生于此叶片表面出现裂纹。

此外蒸汽中的杂质加速。

根据Ryuichiro Ebara的论文中的研究表明，腐蚀裂纹始于12%铬不锈钢，80多种不同化合物包括氧化物、硅酸盐和硫化物，均在涡轮叶片上的沉积物中发现。

这些杂质的性质和浓度导致叶片疲劳强度急剧下降。

Ebara氯化钠和氢氧化钠非常腐蚀性化合物，因此在减少叶片疲劳强度方面非常有效。

例如，Ebara在他的研究中显示，即使是很小的（3% 3 x10-2%）氯化钠溶液浓度的大大降低了钢的强度疲劳。

汽轮机末级叶片修复技术措施汽轮机低压转子末级叶片为了提高防水蚀能力，通常在叶片的进汽边焊一条耐水蚀能力强的司太立合金片。

经过长期运行后，司太立合金片以及叶片本身会不同程度的水蚀，严重时整个进汽边都被水蚀掉。

这将严重影响机组的动平衡，引起轴系振动超标，威胁到机组的安全运行。

一般情况下，需要对水蚀严重的叶片进行修复，以恢复叶片型线尺寸，达到设计通流量，恢复机组的发电功率，保证机组安全运行。

返回汽轮机制造厂修复很难保证大修期的要求，且存在着运输过程中不安全因素，所以一般都采用现场修复的方法。

司太立合金片采用钎焊的方法焊到叶片上，在制造厂一般可用高频钎焊的方法焊接，手工钎焊补焊；但在现场不具备高频钎焊的条件，可以采用手工钎焊的方法进行修复。

司太立合金片采用手工钎焊的方法焊到叶片上，叶片修复采用手工氩弧焊的方法进行修复。

通常的修复工艺如下：1.使用火焰方法去除水蚀严重的叶片上残留的司太立合金片，清理干净残留的银焊料；2.修磨叶片水蚀部分的表面，露出金属光泽，不得有冲蚀沟痕，不得有腐蚀、汽蚀的麻点和坑点痕迹、不得有残留银焊料等，用丙酮或酒精去除补焊区15~20mm范围的油、锈等。

3.着色检查叶片需要补焊及周边10~15mm范围内无裂纹。

4.焊接方法采用手工氩弧焊补焊叶片，焊丝选用与2Cr13相匹配的焊丝。

焊丝直径为Φ1.6mm。

5.用紫铜板按照叶片的型线作衬垫，以利于成型。

焊接的引弧、熄弧应在衬垫板上，不得在直接叶片上引弧熄弧。

焊前预热150-200℃。

6.焊接应采取多层多道焊接，以防止叶片变形。

焊接电流I＝120～180A，氩气流量Q＝10～15L／min。

每焊一道应检查是否存在焊接缺陷，否则去除重焊。

7.按叶片原来型线修形。

在修磨过程中随时对叶片贴司太立合金片的三处关键形线进行测量（合金片叶冠即端部、中部、顶部），尽量使修正的叶片形线接近原来的形线。

8. 修磨后着色探伤无裂纹等超标缺陷。

9.用专用工装对合金片按叶片型线扭型，进行预装配。

电站汽轮机转子叶片损伤修复工艺探究摘要：本文以某热电公司#1机组汽轮机转子叶片修复为例，结合汽轮机转子的服役特性，对叶片损伤的类型进行分类，对不同损伤程度的叶片采用多梯度工艺进行修复及防护处理。

对修前准备，焊接及打磨工艺、修复质量验收等具体工艺实施进行详细阐述，为汽轮机叶片机械损伤修复工艺提供实践样例依据。

关键词：汽轮机叶片，焊接修复、热处理、线型修复电站汽轮机叶片服役环境具有高温、高转速、固体颗粒杂物冲击等特点，受力情况较为复杂，在长期运行过程中叶片损伤是叶片常发的缺陷。

该缺陷的存在势必会影响整个机组热力系统的安全、可靠运行，如发现叶片损伤均要采取有效措施进行处理。

常规采取叶片更换及叶片修复两种方式，叶片更换实施风险较小，但施工工期长，人力、物力投入较大，且往往要重新转子动平衡。

叶片修复在工期、人力、物力投入方面具有明显优势，但技术难度较大，专业性较强。

对于叶片修复施工来讲，修复质量及工艺要求是修复工作的关键。

本文以某热电公司#1机组叶片损伤修复为实例，进行汽轮机叶片机械损伤修复工艺的探讨，该公司在2019年#1机组检修期间，发现1号汽轮机低压转子转子末1-3级叶片存在不同程度的机械损伤，结合损伤形式，大体分为：严重损伤叶片：缺口及变形界限在长度在35mm以上。

中度损伤叶片：缺口及变形界限在长度在20mm-35mm之间。

轻微损伤叶片：缺口及变形界限长度小于20mm。

如若叶片机械损伤界限长度沿叶片横向存在较长的贯通裂纹，则不具备修复条件。

一、修复前工作准备及工作量确定该公司#1汽轮机低压转子动叶片材质为0Cr17Ni4Cu4Nb（最新标准05Cr17Ni4Cu4Nb，相当于美国的17-4PH钢马氏体沉淀硬化不锈钢，是我国300 MW~1000 MW火电机组及核电机组汽轮机低压转子动叶片的主要用材之一），结合无损检测及核查，损伤叶片数量约38片。

详细情况如下：（1）末1级叶片共有15片存在机械损伤，其中5片损伤较为严重，最大的损伤面积为60×15（mm）。

汽轮机叶片故障分析及诊断方法研究摘要：本文首先阐述了汽轮机叶片的组成和作用，接着分析了汽轮机叶片损坏的原因，最后对汽轮机叶片损坏的预防措施进行了探讨。

希望能够为相关人员提供有益的参考和借鉴。

关键词：汽轮机；叶片故障；预防措施引言：汽轮机叶片损伤的原因是多种多样的，其可能引发的事故是复杂的，不可预料的。

叶片作为汽轮机主要部件，其故障修复或更换是笔不小开支，且易引起安全事故，对企业安全生产运行影响较大，所以对汽轮机叶片故障原因分析并从中找到合理的处理办法更好地维护使用汽轮机，监督汽轮机的状况显得尤为重要。

1 汽轮机叶片的组成和作用制造成功动叶片的主要需要考虑的因素包括有：汽轮机叶片本身应该是要具备有足够好的强度，以及足够良好的振动特性，也就是需要做到巧妙的避开共振区，以便达到保证汽轮机叶片的正常且安全的运行，当然，也需要具备有良好的空气动力特性，能够达到较高的运转效率。

此外，一个合理且良好的结构和工艺性也方便汽轮机叶片的制造和安装。

首先，在叶片的组成上可以主要看叶型和叶根，以及围带、拉筋和动叶。

叶型是叶片的主要工作部分，气流需要成功通过由这个相邻叶片的型线部分所构成的通道，有效的完成能量的转换，叶根主要是将汽轮机叶片固定在轮子叶轮上的重要装配部分；围带和拉筋等则主要是属于汽轮机链接件，它们的作用是可以调整汽轮机叶片的自振频率，以及降低汽轮机叶片所受到的动应力；动叶主要是在一个高温、高转速和高速气流绕流的环境中发挥其工作效用，叶片在进气端处，需要承受的是最高达到600摄氏度的高温和喷嘴弧段带来的的巨大性冲击，这里主要就是通过将高速气流的动能转变为机械功。

2 汽轮机叶片损坏的原因2.1 因汽轮机叶片本身问题而造成的损坏第一，因为振动特性不合格而造成的损坏。

在常见的汽轮机叶片损坏事故中，因为汽轮机叶片频率不合格而在实际运行过程中产生共振引发损坏的现象十分常见。

如果扰动力过大，很有可能汽轮机叶片在运行几个小时内就会发生损坏事故。

浅谈我国发电厂汽轮机叶片故障分析、预防及修复措施摘要：在我国制造技术与装备能力迅速升的今天，对电站汽轮机的维修，尤是作为关键部件的动叶片的维修与制造，在经济与资源综合利用等方具有突出的效益。

由于汽轮机叶片工作条件恶劣，受力情况复杂，一发生断裂事故其后果又十分严重，是以在每次汽机的大修中对每一叶片要进行无损检测，如发现叶片有损或缺陷超标、扩展的现象，就必须时有效采取措施予以解决。

因此必须对汽轮机叶片的叶片故障的常见原因有全面深刻的了解，并熟悉叶片常用的预防及修复措施。

关键词：汽轮机；叶片故障分析；预防；修复措施1，叶片断落的现象汽轮机内部或凝汽器内部有突然的响声。

机组发生强烈振动或振动明显增大，这是由于转子平衡被破坏或转子与断裂叶片发生碰撞摩擦所致。

有些较大容量的机组，叶片断裂发生在高中压转子的中间级，机组的振动虽没有明显的变化，但停机和启动过临界转速附近时机组的振动明显地变大。

叶片断落后落入凝汽器内，会将凝气器的铜管打破。

循环水漏入，使凝结水硬度和导电度突增，凝汽器水位迅速升高，凝结水泵点击的电流增大。

当叶片损坏较严重而且较多时，由于通流部分的尺寸发生变化，蒸汽流速、调节阀开度和监测段压力等同功率的关系将发生改变断落的叶片进入抽汽管，会使抽汽逆止阀卡涩。

停机过程中听到机内有金属摩擦声，惰走时间减少。

2.叶片损坏的原因2.1.叶片本身的原因振动特性不合格。

由于叶片频率不合格，运行时产生共振而损坏者，在汽轮机叶片事故中为数不少。

如果扰动力很大，甚至运行几个小时后即能发生事故。

这个时间的长短，还和振动特性、材料性能以及叶片结构、制造加工质量等有关。

设计不当。

叶片设计应力过高或栅结构不合理，以及振动强调特性不合格等，均会导致叶片损坏。

个别机组叶片甚薄，若铆钉应力较大，则铆装围带时容易产生裂纹。

叶片铆头和周围带汤裂事故发生的情况也不在少数。

材质不良或错用材料。

材料机械性能差，金属组织有缺陷或有夹渣、裂纹等，叶片经过长期运行后材料疲劳性能及衰减性能变差或因腐蚀冲刷机械性能降低，这些都导致叶片损坏。

汽轮机叶片裂纹的维修技术分析叶片拉筋修补的表面焊缝进行着色检验，按GB4730一94标准要求评定，Ⅰ级为合格；内部焊缝作了两次X光射线探伤，按同一叶片拉筋修补焊缝的前后两张底片进行对照，评定结果按GB3323一87标准要求评定，Ⅰ级为合格。

经检验发现6处不合格，有4处是微裂纹，又经处理再检验直到合格为止。

叶片拉筋断裂经处理修复后投入运行，已近1年，对叶片拉筋修补处进行目视检查，情况良好。

主题词：汽轮机叶片拉筋实验某汽轮机厂与加拿大西屋公司合作生产的小汽轮机，额定功率6600kW，型号G66一0.78(8)（西屋公司型号EMM32A3FP）。

该机为单轴、单缸、新汽内切换纯凝汽式，蒸汽流量34.34t/h，额定转速5400r/min，相对效率78%，运行转速范围3100～5900r/min，脱扣转速6325+100r/min，蒸汽温度537℃。

转子为整锻件，材料为Ni一Cr一M0一V合金钢，西屋公司牌号为10325GP，转子总长3119.4mm、中心距为2286mm，转子装配叶片后总重量为2996kg，动叶片共有6级，都由不锈钢制成，前三级为冲动式、后三级为反动式，所有叶片均为侧装式，叶根为锯齿形。

2001年4月进行小修时，开缸检查发现小汽轮机的第六级即末级叶片拉筋产生裂纹达12处，其中有5处完全断裂，直接威胁机组安全。

一、裂纹检查拉筋长35mm、宽25mm，中间厚约10mm，边厚约8mm，表面水蚀较粗糙。

首先打磨，对整个末级叶片的35个拉筋作全面的渗透检验，检查表面开口缺陷，再根据已出现的裂纹的方向结合X射线透视检验，确保隐患完全查出。

(1)表面渗透检验表面用专用磨头打磨处理后，用刷涂法施涂渗透液，再用干净不脱毛的布将被检面上多余的渗透剂全部擦净，不得用清洗剂直接在被检面冲洗。

显像剂在使用前充分搅拌，施涂应均匀，不要在同一地点反复多次施涂。

经检查发现末级叶片的35个拉筋又有9个拉筋显示裂纹。

(2)X射线拍片检查因拉筋形状不规则，故将300mm×80mm的爱柯华胶片连同300mm×80mm的铅增感屏沿长度方向6等分成80mm×50mm小胶片和配套小增感屏，并裁制大小适合的屏蔽铅板。