[發(fā)明專利]汽輪機末級葉片防蝕片低應力集中鑲嵌結構

在審

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• 申請日: 2015-12-21
• 公開（公告）號: CN105422189A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發(fā)明（設計）人: 張興田;丁有元;方江;薛新才;李邱達;岳興華
• 申請（專利權）人: 中核核電運行管理有限公司;核電秦山聯(lián)營有限公司
• 主分類號: F01D5/28
• 分類號: F01D5/28
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

技術領域

本發(fā)明涉及核電站汽輪機機械結構設計技術領域，具體一種汽輪機末級葉片防蝕片低應力集中鑲嵌結構。

背景技術

汽輪機是將蒸汽熱能轉化為機械能的旋轉式動力機械設備，汽輪機末級葉片和次末級葉片(以下統(tǒng)稱末級葉片)是關鍵和精細部件之一，如圖1所示。水蒸汽在汽輪機內(nèi)膨脹做功，水滴凝結析出使水蒸氣濕度增大并在汽輪機靜葉部位形成水膜。在水蒸汽流作用下，水膜從靜葉表面脫離和運動，并破碎成直徑數(shù)十至數(shù)百μm水滴。水滴撞擊末級葉片表面時，由球狀變成膜狀，在與末級葉片接觸面形成的壓強使葉片材料發(fā)生局部塑性變形和應變硬化。在汽輪機運行期間水滴撞擊的連續(xù)作用下，葉片局部材料因疲勞累計損傷從葉片表面脫離形成水滴沖蝕(簡稱水蝕)。水蝕主要發(fā)生在末級葉片頂部的進汽邊，所造成的鋸齒狀材料缺失表面會造成應力集中和葉型截面面積減小，從而影響葉片的振動特性、減小葉片受力橫截面積、使葉柵氣動性能惡化、級效率下降，嚴重時會導致末級葉片頂部斷裂事故發(fā)生。

水蝕防護是汽輪機末級葉片普遍存在的難題。針對汽輪機末級葉片水蝕防護，目前采取在葉片增加表面防護層將葉片與水蝕介質(zhì)隔開的措施。主要措施有葉片頂部鑲嵌防蝕片、表面淬硬、電火花強化、涂層、電子束表面處理等。末級葉片和次末級葉片頂部鑲嵌防蝕片，是應用歷史較長、較為經(jīng)濟的措施。

末級葉片和次末級葉片頂部司太立合金片鑲嵌工藝技術，一般是在葉片頂部的進汽邊及背弧側葉型上機械加工出一個L形包角凹槽，采用銀釬焊將長條狀兩面包角形司太立合金片鑲嵌在凹槽中，使司太立合金片成為葉片葉型整體的一部分。具體結構見圖2至圖4

現(xiàn)有末級葉片頂部司太立合金片鑲嵌工藝技術存在的不足之處，是司太立合金片鑲嵌凹槽結構的應力集中系數(shù)較大，凹槽根部成為葉片結構可靠性薄弱部位，疲勞裂紋在此凹槽根部萌生和擴展，已經(jīng)多次導致過汽輪機末級葉片頂部斷裂事故的發(fā)生，包括國內(nèi)、外核電汽輪機末級葉片。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有汽輪機末級葉片和次末級葉片頂部防蝕片鑲嵌結構存在應力集中系數(shù)過大可能導致材料疲勞裂紋在此鑲嵌結構部位的萌生和擴展進而導致葉片頂部斷裂的問題，克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種汽輪機末級葉片防蝕片低應力集中度鑲嵌結構，防止汽輪機末級葉片頂部斷裂事故的發(fā)生。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

一種汽輪機末級葉片防蝕片低應力集中鑲嵌結構，在汽輪機末級葉片頂部的進氣邊和背弧側葉型上開有L形包角的防蝕片鑲嵌凹槽。背弧側的防蝕片鑲嵌凹槽長度為L1。進氣邊的防蝕片鑲嵌凹槽長度為L1+L2，由頂部至根部依次為L1范圍和L2范圍。在進氣邊的防蝕片鑲嵌凹槽的根部開有圓角R。防蝕片鑲嵌凹槽深度為t。長度為L1、厚度為t的長條狀兩面包角形司太立合金片鑲嵌在防蝕片鑲嵌凹槽中，覆蓋背弧側的防蝕片鑲嵌凹槽和進氣邊的防蝕片鑲嵌凹槽的L1范圍。進氣邊的防蝕片鑲嵌凹槽的L2范圍采用銀釬料焊接填充。

如上所述的防蝕片鑲嵌凹槽長度L1長度為90mm，圓角R的尺寸為10mm，防蝕片鑲嵌凹槽深度t為1mm，進氣邊的防蝕片鑲嵌凹槽長度與背弧側的防蝕片鑲嵌凹槽長度的差值L2為10mm。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明具有如下優(yōu)勢：

(1)汽輪機末級葉片防蝕片采用低應力集中鑲嵌結構，提高葉片機械結構的固有可靠性，提高了汽輪機運行的安全性和可靠性，有效防止汽輪機末級葉片頂部斷裂事故的發(fā)生，具有重要的社會效益和經(jīng)濟效益。

(2)汽輪機末級葉片防蝕片低應力集中鑲嵌結構已用于秦山第二核電廠核電汽輪機，其效果得到了實際的工程驗證。

(3)汽輪機末級葉片防蝕片低應力集中鑲嵌結構已在中國核能電力股份有限公司其它一部分核電汽輪機末級葉片優(yōu)化設計上得到推廣應用。

附圖說明

圖1是典型的汽輪機末級葉片結構示意圖；

圖2是典型的汽輪機末級葉片頂部防蝕片鑲嵌結構的示意圖；

圖3是典型的汽輪機末級葉片頂部防蝕片鑲嵌結構的Q-Q向視圖；

圖4是典型的汽輪機末級葉片頂部防蝕片鑲嵌結構的T-T向視圖；

圖5是本發(fā)明的汽輪機末級葉片防蝕片低應力集中鑲嵌結構的示意圖；

圖6是本發(fā)明的汽輪機末級葉片防蝕片低應力集中鑲嵌結構的Q-Q向視圖；

圖7是本發(fā)明的汽輪機末級葉片防蝕片低應力集中鑲嵌結構的T-T向視圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步描述。