汽轮机叶片的服役条件
QJ-08 防止汽轮机叶片断裂的综合预案
华能荆门热电有限责任公司运行部防止汽轮机叶片断裂的综合预案第一章总则汽轮机叶片是汽轮机内做功的主要单元，一旦发生汽轮机叶片断裂，将造成汽轮机内通流部分设备损坏，机组振动增大，机组故障停运。
为防止汽轮机叶片断裂事故的发生，特制定以下事故综合预案：第二章内容与要求一、汽轮机叶片简介1、静叶片1.1调节级采用子午面收缩静叶栅，降低静叶栅通道前段的负荷，减少叶栅的二次流损失。
1.2高中压静叶片全部为弯曲叶片，每只静叶自带菱型头形内外环，整圈组焊后在中分面处割开，成为上下半结构。
1.3低压第一级为弯曲静叶，第2-4级为扭曲静叶，第5、6、7级为弯曲静叶。
低压前5级隔板导叶为自带菱型叶冠焊接结构，末二级隔板为单只静叶焊接在内外环上的焊接结构。
2、动叶片2.1 调节级动叶片采用电脉冲加工成三只为一组并带有整体围带和三叉叶根的三联叶片。
2.2 高、中压动叶全部为弯曲自带冠叶片，枞树型叶根。
2.3 低压1-7级为变截面扭曲动叶片，均为自带围带，枞树型叶根结构。
二、防止汽轮机叶片断裂的措施1、保持机组在许可周波范围内运行。
2、保持机组蒸汽参数正常。
3、保证加热器、除氧器运行正常，有关疏水畅通。
4、保持机组正常出力，严禁超限运行。
5、加强汽水品质监督，防止叶片结垢腐蚀。
三、汽轮机叶片断裂后的处理（一）、汽轮机叶片断裂后的现象：1、汽轮机内部有明显的金属摩擦声。
2、机组发生强烈振动。
3、如果是末级叶片断裂，凝汽器水位，水质发生变化。
（二）、汽轮机叶片断裂后的处理原则：1、汽轮机叶片在运行中损坏或断落，出现下述现象之一时，应破坏真空事故停机：1.1 汽轮机内部发现明显的金属声。
1.2 机组发出强烈振动。
2、正常运行中如发现调节级或某级抽汽压力，抽汽压异常变化，应立即进行综合分析。
如伴随出现在相同工况下负荷下降，轴向位移，推力瓦块温度有明显变化，或相应轴承的振动明显增大时，若判断为叶片断裂，应立即停机。
3、汽轮机低压叶片断落打破凝汽器铜管，使凝结水导电率，硬度上升，如凝汽器水位上升，则应启动备用凝结水泵。
汽轮机叶片参数
汽轮机叶片参数
【实用版】
目录
1.汽轮机叶片概述
2.汽轮机叶片的结构和材料
3.汽轮机叶片的参数
4.汽轮机叶片的性能要求
5.汽轮机叶片的发展趋势
正文
一、汽轮机叶片概述
汽轮机叶片是汽轮机中的一个关键部件，它负责将蒸汽的热能转化为动能或机械功，并对汽流起导向作用。
汽轮机叶片在汽轮机的运行中起着至关重要的作用，因此对其参数和性能要求非常高。
二、汽轮机叶片的结构和材料
汽轮机叶片通常由叶片本体、叶根、叶尖等部分组成。
叶片本体是叶片的主要承载部分，负责承受蒸汽的压力和温度。
叶根是叶片与轴连接的部分，需要具有良好的强度和刚度。
叶尖是叶片的导向部分，其形状和大小对汽流的导向效果有着重要影响。
在材料方面，汽轮机叶片通常采用高温合金钢、不锈钢、镍基合金等具有良好热传导性能和抗热疲劳性能的材料。
三、汽轮机叶片的参数
汽轮机叶片的参数主要包括叶片长度、叶片宽度、叶尖圆弧半径、叶根圆直径、叶片的倾角等。
这些参数决定了叶片的形状和大小，对汽轮机的性能和效率有着重要影响。
四、汽轮机叶片的性能要求
汽轮机叶片在运行中需要承受高温高压的蒸汽，因此对其性能要求非常高。
首先，叶片需要具有良好的热传导性能，以保证叶片在高温下不会过热。
其次，叶片需要具有良好的抗热疲劳性能，以保证叶片在长期运行中不会因为热应力而损坏。
此外，叶片还需要具有良好的耐磨性和抗氧化性，以保证叶片在运行中的寿命。
五、汽轮机叶片的发展趋势
随着科技的不断发展，汽轮机叶片也在不断更新和改进。
350MW汽轮机组叶片说明
350MW汽轮机组叶片说明350MW汽轮机组叶片说明一、调节级叶片设计1、调节级内蒸汽的容积流量小，叶片高度很低，加之喷嘴前后压差大，叶型较宽，因此叶片的展弦比L/B很小，端部的二次流损失非常大。
对此，采用以下两种设计思想减小横向二次流损失。
（1）子午端壁收缩型线：子午端壁收缩型线后，最小压力点向出口边移动，减少了背弧的扩压程度，有利于削弱出口附面层的增厚、分离，减小端部二次流损失，子午面收缩使S2流面上压力等值线呈“C”型分布。
（2）部分进气：采用部分进气设计，可以在相同流量的条件下，增大展弦比L/B，减小端部二次流损失，提高叶型效率。
2、动叶采用多胞胎结构调节级动叶片，工作温度高，汽流激振容易引起叶片共振。
多胞胎结构两只叶片共用1个中间体和1个围带，叶片的静强度好，抗汽流激振性能优良，从而保证了叶片的安全性。
二、通流压力级设计高中低压采用高性能叶型。
高性能叶型是我公司在充分消化吸收国外先进叶型设计技术的基础上，通过大量的数值模拟、优化设计和风洞试验验证工作，开发出来的最新系列叶型。
该叶型具有明显的后部加载、叶型损失小、端部二次流动微弱、跨音速性能好的特点。
试验表明，叶栅的湍流流动区较小。
采用准三维和全三维设计优化手段。
全三维设计，主要是调整叶片沿径向的几何成型，即弯扭掠。
全三维设计的优点主要有以下几点：1、可以调整气动参数沿叶高的变化，适当提高根部反动度、降低顶部反动度，减少漏汽损失。
根部反动度提高，可以增强叶片变工况特性，这点对空冷机组尤其重要。
2、全三维弯扭设计，可以很好地调整级内和级间流动匹配，减小攻角损失。
3、叶片弯曲减小了叶端截面的横向压力梯度，将端部低能流体抽吸到叶片中部，从而有效减弱端部二次流损失。
叶片全部采用自带冠结构，数控加工，保证了加工精度和叶片安全性。
三、低压末两级叶片设计1、变工况：针对空冷机组变工况的特点，通过对空冷机组末级动叶各典型工况进行全三维数值模拟，掌握了变工况运行时的流动情况，设计末级静、动叶片。
汽轮机叶片选材及热处理工艺
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 (11)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。
低压汽轮机末级叶片损坏及处理
低压汽轮机末级叶片损坏及处理摘要:汽轮机末级叶片是火力发电厂的重要零部件,直接影响着汽轮机组的安全性和经济性。
近年来,频繁发生汽轮机末级叶片的早期断裂事故。
低压段末级叶片损伤形式与原因是多种多样的,其主要有:(1)机械性损伤的形式与原因;(2)非机械性损伤的形式与原因。
本文介绍了本文主要是探讨低压段末级叶片的两种非机械性损伤原因及处理方法,末级叶片在运行过程中受到腐蚀损伤和水蚀损伤,确定更换叶片的最佳条件,降低成本,获取最佳利益。
关键词:汽机叶片损坏原因处理方法1 汽轮机的叶片工作环境特点汽轮机的叶片工作环境非常复杂、苛刻。
具体可分为高、中、低压段三部分叶片,而低压汽轮机的低压段的末级叶片与-高、中压段的叶片相比工作条件有以下特点:低压段末级的蒸汽压力低于大气压,蒸汽容积流量显著加大,流动复杂;低压段末级的蒸汽含湿度较大,蒸汽中的水滴水珠对叶片影响显著;汽轮机变工况运行时,低压段末级叶片工作状态变化最大,严重影响其强度及振动;低压段末级叶片比其它叶片更长,强度条件更苛刻。
这些特点使得低压汽轮机在设计和制造过程中,对低压段末级叶片的设计必须考虑得更周全、严密。
通常而言,低压段末级叶片的设计,比其它叶片的设计需要更先进的分析程序、更多项目的计算,以及更复杂的结构设计。
而在制造上的难度更大如:叶片的电火花和火焰淬火及高频淬火强化、热喷涂、激光熔覆、局部激光表面淬火、周边镶嵌合等等。
尽管如此,末级叶片的损坏依然时有发生。
2 低压段末级叶片损伤形式与原因低压段末级叶片损伤形式与原因是多种多样,其主要有:机械性损伤的形式与原因;非机械性损伤的形式与原因。
机械性损伤与原因:比如外来硬质颗粒杂质进入汽轮机打坏叶片,汽轮机内部固定零部件脱落导致打坏叶片,转子与汽缸找中不好或汽缸变形使叶片与汽封片碰擦,在叶片围带上磨出沟槽等,但大部分损伤主要是末级叶片设计因素之外的原因造成的,是机械性损伤。
这一类损伤视其严重程度,及对运行的影响大小,可采取不同措施进行处理。
汽轮机叶片损坏的原因分析
加工工艺不严格，例如表面粗糙度不好，留有加工刀痕，扭转叶片的接刀处不当，围带铆钉孔或拉金孔处无倒角或倒角不够或尺寸不准确等，能引起应力集中，从而导致叶片损坏。有时低压级叶片为了防止水蚀而采用防护措施，当此措施的工艺不良时能使叶片损坏。国内由于焊接拉金或围带安装工艺不良引起的叶片事故较多，应引起重视。
关键词：汽轮机；叶片；损坏原因
1汽轮机叶片损坏原因
1.1汽轮机叶片运行问题
汽轮机叶片的振动特性都是按运行频率为50HZ设计的，因此电厂频率降低时，可能使机组叶片的共振安全率变化而落入共振动状态下运行，使叶片加速坏和断裂。一般机组过负荷运行时各级叶片应力增大，特别是最后几级叶片，叶片应力随蒸汽流量的增大而成正比增大外，还随该几级焓隆的增加而增大。因此机组过荷运行时，应进行详细的热力和强度核算。
2.2加强叶片事故预防
叶片是汽轮机的重要部件。它的作用是实现能量的转换。因此，叶片损坏将直接影响机组的经济性。另外，运行中如果有叶片断裂，将损坏其他的叶片。叶片损坏的原因是多方面的，与设计、制造、安装、运行维护等因素有关。汽轮机叶片损坏事故在汽轮机事故中占的比例较大，给汽轮机的经济安全运行带来一定的影响。因此，防止叶片损坏是非常重要的。
1.5叶片腐蚀
汽轮机酸性腐蚀是由于蒸汽中的酸性物质在汽轮机低压缸初凝区汽——液两相间。主要存在于汽相，而酸性物质在初凝水中浓缩，使PH值降低，导致对酸性物质比较敏感的铸铁、钢件的腐蚀。经过高压缸做功后，主蒸汽进入低压缸，由于气缸容积的扩大和温度、压力的降低，主蒸汽将可能变成饱和蒸汽，甚至是湿蒸汽，最终形成凝结水，从而使蒸汽中的杂质，在此区域内进行重新分配，这时凝结水中的酸性将会升高。这些酸性升高的凝结水，随着叶片的运动打到内壁上，将造成酸性腐蚀。此时若气缸内空气较多，如空气漏入汽轮机、溶解氧含量超标等，则会加剧这种腐蚀。
高温过程中汽轮机叶片失效分析
高温过程中汽轮机叶片失效分析汽轮机叶片是一种非常重要的转子元件，在汽轮机转子系统中扮演着非常重要的角色。
由于汽轮机运转环境的特殊性质，叶片经常处于极端高温、高压和高速的工作状态下，这种工作环境对叶片材料性能、结构和疲劳寿命的影响非常大。
本文将针对高温过程中汽轮机叶片的失效情况进行深入分析。
1. 汽轮机叶片的结构和热力特性汽轮机叶片是汽轮机转子系统中最重要的元件之一，其结构和热力特性在汽轮机能量转换中至关重要。
汽轮机叶片可以分为固定叶片和动态叶片两种，其主要构造由叶盘、叶片和夹具组成。
其中，叶片有弯曲、悬挂和标准三种不同的形式。
叶片的热力特性是叶片性能的决定因素之一，其中最重要的指标是叶片的材料和结构性能。
叶片工作环境中受到气体的高温和高压影响，其表面温度会随着蒸汽流动的转向和流速的变化而变化，从而对叶片的材料和结构造成不同程度的影响。
同时，叶片上的热应力和机械应力也是导致叶片失效的主要原因之一。
2. 高温环境中汽轮机叶片失效的原因在高温环境下，汽轮机叶片的失效主要表现为疲劳破裂、高温腐蚀和热疲劳失效等多种形式。
其中，叶片的疲劳失效是最为常见的情况，其发生原因主要包括以下几个方面：（1）高温疲劳：高温疲劳是指在高温工作环境中，叶片由于受到机械应力和热应力的双重作用，使叶片材料在疲劳循环中发生变形、裂纹扩展和断裂等现象。
这种现象最容易发生在高温区域和高应力区域。
（2）热疲劳：热疲劳是指叶片在高温环境中，由于温度的变化引起叶片的热膨胀和收缩，从而形成热应力，在循环负荷下引起叶片裂纹的扩展和疲劳失效。
（3）高温腐蚀：高温腐蚀是指在高温工作环境中，由于氧化物、硫化物等高温腐蚀性物质与叶片表面发生化学反应，从而破坏叶片表面的保护层和金属基体，引起叶片的腐蚀和失效。
3. 汽轮机叶片失效分析方法在汽轮机叶片失效分析过程中，需要使用多种分析方法和工具来确定失效的原因和形式，以便采取相应的措施。
其中，目前最为常见的方法包括以下几种：（1）金相分析：金相分析是指使用光学显微镜对汽轮机叶片的断面进行观察和分析，从而检测出叶片的微观组织和缺陷特征，为确定失效原因提供基础数据。
汽轮机的叶片材料说明书
汽轮机的叶片材料说明书叶片材料说明书引言：本说明书旨在详细介绍汽轮机中使用的叶片材料，包括其特性、选择依据以及工程应用等方面。
作为汽轮机的重要组成部分，叶片材料的选择对于提高汽轮机的性能、延长使用寿命具有关键作用。
本说明书将着重介绍叶片材料的机械性能、耐热性能以及抗腐蚀性能等关键指标，并提供一些常见的叶片材料示例，以供参考。
一、叶片材料的要求汽轮机叶片材料需要满足以下要求：1. 优异的机械性能：叶片所承受的离心力和冲击力较大，因此材料需要具备较高的强度和韧性，以保证叶片的稳定工作。
2. 良好的耐热性能：叶片处于高温高压的工作环境中，要求材料能够耐受高温热循环、热应力和热氧化等影响，同时保持足够的强度。
3. 抗腐蚀性能：叶片材料需要具备一定的耐腐蚀性，以应对汽轮机工作介质中的腐蚀环境，如化学腐蚀和应力腐蚀等。
二、叶片材料的选择依据叶片材料的选择主要依据以下几个方面：1. 工作温度：不同类型的汽轮机工作温度差异较大，因此叶片材料的选择需根据实际工作温度来确定。
2. 叶片形状：不同形状的叶片对材料的要求也不同，如直型叶片、弯曲叶片、双曲面叶片等。
3. 工作介质：不同工作介质的化学成分及腐蚀性也不同，需选用耐腐蚀的材料。
4. 高温氧化和热疲劳性能：叶片在高温下会受到氧化和热应力的影响，对材料的耐高温氧化和热疲劳性能有一定要求。
三、常见叶片材料示例根据叶片材料的特性要求和选择依据，以下为几种常见的叶片材料示例：1. 铸造镍基高温合金：具有良好的耐高温性能、机械性能和抗腐蚀性能，适用于高温高压工况下的叶片制造。
2. 长寿命钨基合金：具有出色的高温强度和抗热疲劳能力，对于长周期运行的汽轮机非常适用。
3. 涂层材料：通过对叶片表面进行特殊涂层处理，提高叶片的耐热性能和抗氧化能力，延长叶片的使用寿命。
4. 碳纤维复合材料：有较低的密度和高的比强度，适用于需要降低质量的高速汽轮机使用。
总结：本说明书详细介绍了汽轮机叶片材料的要求、选择依据以及常见示例。
汽轮机 叶片疲劳寿命 试验
汽轮机叶片疲劳寿命试验叶片疲劳寿命是指在循环荷载作用下，叶片发生疲劳损伤的耐久时间或循环次数。
对于汽轮机叶片来说，其疲劳寿命直接影响到汽轮机的可靠性和安全性能。
因此，研究汽轮机叶片的疲劳寿命对于提高汽轮机的效率和使用寿命具有重要意义。
汽轮机叶片的疲劳寿命受到多种因素的影响，包括材料的力学性能、设计和制造过程、工作条件等。
下面将从这些方面来讨论汽轮机叶片疲劳寿命的试验和相关参考内容。
1. 叶片材料的力学性能：叶片材料的强度、韧性和抗疲劳性能是影响叶片疲劳寿命的重要因素。
试验可以通过拉伸试验、冲击试验和疲劳试验等手段来评估叶片材料的力学性能。
通过对不同材料进行疲劳试验，可以确定其疲劳极限、疲劳寿命曲线等参数，并结合理论分析进行材料性能的评估。
2. 设计和制造过程：叶片的设计和制造过程对其疲劳寿命有着重要影响。
试验可以通过对不同设计和制造参数进行试验来评估其对叶片疲劳寿命的影响。
例如，试验可以研究叶片结构的改进、孔洞和焊缝的影响等。
通过试验结果，可以优化叶片的设计和制造过程，以提高其疲劳寿命。
3. 工作条件：汽轮机叶片在工作过程中会受到温度、压力、转速等工作条件的影响，从而对叶片的疲劳寿命产生影响。
试验可以通过模拟实际工作条件对叶片进行试验，评估其在不同工作条件下的疲劳寿命。
例如，试验可以研究叶片在高温、高压工况下的疲劳性能，并进行相关的寿命预测。
除了以上提及的三个方面，还有其他一些与汽轮机叶片疲劳寿命相关的试验内容可以进行研究。
例如，试验可以对不同叶片寿命的汽轮机进行监测和分析，以评估叶片的实际工作状态。
试验可以对叶片进行无损检测，并结合寿命预测模型进行叶片剩余寿命评估。
试验还可以对叶片的修复和涂层等技术进行评估，以延长叶片的使用寿命。
总之，汽轮机叶片疲劳寿命的试验包括叶片材料的力学性能试验、设计和制造过程的试验、工作条件的试验以及其他与汽轮机叶片疲劳寿命相关的试验内容等。
通过这些试验，可以评估叶片的疲劳寿命，并为汽轮机的设计和运行提供参考依据，以提高汽轮机的可靠性和安全性能。
汽轮机叶片的服役条件
汽轮机叶片的服役条件1. 汽轮机叶片的服役条件及技术要求叶片的服役条件:a) 每一级叶片的工作温度都不相同；b) 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；c) 汽轮机在工作过程中，动叶片承受着最大的静应力、动应力和交变应力。
对叶片材料性能的要求：a) 应具有足够的室温和高温机械性能；b) 良好的耐蚀性和抗冲蚀性；c) 良好的减振性；d) 高的断裂韧性；e) 优良的冷、热加工工艺性能。
2. 汽轮机叶片选材分析（1）铬不锈钢，1Cr13和2Cr13：热处理工艺：在调质状态下使用。
1Cr13：1000~1050℃油淬，700~750℃回火；2Cr13：950~1000℃油淬，640~720℃回火，金相组织：1Cr13：回火索氏体+少量铁素体；2Cr13：回火索氏体。
优点：在室温和工作温度下具有足够的强度，还具有很好的耐腐蚀性能和减振性。
缺点：当温度超过500℃时，热强性明显下降，使用工作温度在450~500℃以下。
1Cr13钢若锻造或淬火温度过高，奥氏体晶粒粗大，有大量块状铁素体生成，振动衰减率和冲击韧性降低。
铬不锈钢抗水冲蚀的能力较差。
（2）强化型铬不锈钢牌号1：2Cr12NiMo1W1V 2Cr12NiMolWlV钢作为GB8732—88《汽轮机叶片用钢》标准的一个专用钢种和GB1221标准中的2Cr12NiMolWlV钢种相比，其Cr.Mo.W.V和P.S的含量控制范围要求更严格一些，从而中和力学性能也更好一些，两种钢的化学成分。
热处理规范及力学性能指标的比较见表1和表2（3）低合金珠光体耐热钢牌号：20CrMo、24CrMoV该类钢特点是合金元素含量较低，比较经济，工艺性能良好，经过调质处理后强度、塑韧性都比较满意，主要用于制造在450℃以下的中压汽轮机的压力级各级动叶片和隔板静叶片。
（4）铝合金和钛合金这类合金的特点是铝合金和钛合金比重小，耐蚀性好，具有一定的强度，在国外已成功用于制造大功率汽轮机的长叶片。
风力发电机组风轮叶片标准
风力发电机组风轮叶片标准1 概述“风力发电机组风轮叶片”标准是适用于并网型风力发电机组风轮叶片的标准，规定了其风轮叶片通用技术条件。
2 依据所摘要的“风力发电机组风轮叶片”标准是中华人民共和国机械工业局于2000-04-24批准的，自2000-10-01实施。
主要起草人：田野、石海增、鲁金华、田卫国、陈余岳。
3设计要求3.1.1总则叶片气动设计是整个机组设计的基础，为了使风力发电机组获得最大的气动效率，建议所设计的叶片在弦长和扭角分布上采用曲线变化；设计方法可采用GB/T13981-1992《风力机设计通用要求》中给定的方法。
可采用专门为风力发电机组设计的低速翼型。
3.1.2 额定设计风速叶片的额定设计风速按A中表A1 中规定的等级进行选取。
3.1.3 风能利用系数Cp为了提高机组的输出能力，降低机组的成本，风能利用系数Cp应大于等于0.44。
3.1.4 外形尺寸叶片气动设计应提供叶片的弦长、扭角和厚度沿叶片径向的分布以及所用翼型的外形数据。
3.1.5气动载荷根据气动设计结果，考虑有关适用标准给定的载荷情况，计算作用在叶片上的气动载荷。
3.1.6 使用范围叶片的气动设计应明确规定叶片的适用功率范围。
无论是定桨距叶片还是变桨距叶片，都要求其运行风速范围尽可能宽。
对于变桨距叶片，要给出叶片的变距范围。
3.2结构设计3.2.1总则叶片结构设计应根据3.1.5 中的载荷，并考虑机组实际运行环境因素的影响，使叶片具有足够的强度和刚度。
保证叶片在规定的使用环境条件下，在其使用寿命期内不发生损坏。
另外，要求叶片的重量尽可能轻，并考虑叶片间相互平衡措施。
叶片强度通常由静强度分析和疲劳分析来验证。
受压部件应校验稳定性。
强度分析应在足够多的截面上进行，被验证的横截面的数目取决于叶片类型和尺寸，至少应分析四个截面。
在几何形状和（或）材料不连续的位置应研究附加的横截面。
强度分析既可用应变验证又可用应力验证，对于后者，应额外校验最大载荷点处的应变，以证实没有超过破坏极限。
汽轮机叶片的动强度
汽轮机叶片的动强度汽轮机叶片是支撑着汽轮机正常运转的重要组成部分，因此其强度的稳定性是非常重要的。
在实际运行中，汽轮机叶片受到动载荷等复杂影响，因此动强度的分析是汽轮机叶片强度设计的重要手段之一。
本文将从汽轮机叶片的设计要求、动载荷的特点以及动强度的分析方法这三个方面来讨论汽轮机叶片的动强度。
汽轮机叶片设计要求第一点，具有满足所受静、动载荷的疲劳寿命。
叶片在运行过程中受到的静、动载荷会导致疲劳损伤，因此叶片必须具有足够的疲劳寿命。
第二点，具有满足所受瞬态载荷的强度。
叶片在汽轮机运行过程中，可能会受到瞬态载荷的作用，例如汽轮机的起动、停车等，因此叶片必须具有足够的强度来承受这些瞬态载荷。
第三点，具有满足所受高温腐蚀等环境因素的抗腐蚀能力。
汽轮机叶片在高温、高压的环境下长期工作，因此必须具有足够的抗腐蚀能力，防止在使用中因高温腐蚀产生的裂纹导致断裂。
动载荷的特点汽轮机叶片在运行过程中所受到的载荷包括静载荷和动载荷。
静载荷是稳定的载荷，而动载荷则是非常复杂的载荷，包括旋转惯性力、气动力、惯性离心力等。
其中，惯性离心力是最为重要的载荷之一，它是叶片在旋转时与介质之间产生的离心力，其作用方向垂直于叶片。
惯性离心力的大小与汽轮机的转速、叶轮直径以及介质密度等因素有关。
由于汽轮机在高速运转时惯性离心力非常大，因此叶片必须具有足够的强度来承受这一载荷。
此外，汽轮机在启动停车时也会受到瞬态载荷的作用，因此叶片必须具有足够的强度来承受这些载荷。
动强度的分析方法动强度是指叶片在受到动载荷作用时所承受的最大应力值，其计算方法是通过把叶片上的动载荷模型化为一个刚性系统，然后采用应力分析方法来计算叶片的动强度。
目前，常用的动强度分析方法有有限元法、分析法和试验法等。
其中，有限元法是一种较为常用的分析方法，它是根据叶片的几何形状、材料力学参数、加载条件等数据进行求解，得到叶片在动载荷作用下的应力分布情况和最大应力值。
除了有限元法以外，试验法也是一种比较直观的方法，它通过试验的方式来测量叶片在动载荷作用下的应力变化情况。
156.大功率汽轮机末级长叶片三维动态应力及服役寿命研究
其它一些产生激振力的因素，如抽汽管、排汽 管和制造安装误差等都可以仿照以上方法建立模 型。叶片中的动态应力是由汽流激振力产生的，汽 流激振力的频率与汽轮机的转速成正比，所以可以 使用傅立叶级数展开为转速倍频的各阶谐波分量。 １．２ 叶片动态应力场的求解
第 ２５ 卷增刊 ２００５ 年 １０ 月 动 力 工 程 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＰＯＷＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．２５ Ｓｕｐ． Ｏｃｔ．２００５
t1
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(4)
b1
１ 叶片的动态应力分析
１．１ 叶片激振力分析模型 产生叶片激振力的因素非常多：喷嘴叶栅出口 汽流不均匀、部分进汽度、抽汽管和排汽管等结构 以及制造安装偏差等。许多学者
[3,4]
B1 c1m α1 Ｗ c1 ∆Vmax o1 ｚ
δ
发展了各种方法
图1 喷嘴示意图 Fig. 1 Schematic of the nozzle
转动叶片的运动微分方程为：
& & [M ]{δ }+ [C]{δ& }+ [M G ]{δ& }− [K c ]{δ }+ [K0 ]{δ } + ∑ = {Qc }+ { Q p }+ {F (t )}
e
{σ (t)} = [D][B]{δ ( t)}
∂{ δ} ∂ V NL
e e
(11)
求得各时刻叶片有限元模型各个节点处的应 力。而叶片各个节点应力随时间的变化就是结构的 动应力。 １．３ 叶片计算的三维有限元模型 以前许多分析叶片应力的有限元模型 [5,6] 都是 对叶片的一个部分进行模化，忽略了叶片结构的某 些因素，不能反映实际叶片的整体应力状况，分析 模型离真实叶片有一些差距。汽轮机叶片的三维实 体模型可以很好地模拟叶片的复杂结构，精确地反 映叶片局部的应力应变情况，本文采用三维八节点 非协调单元建立了可以精确描述叶片应力状态的三 (6) 维有限元模型。线性八节点协调单元[7]在承受弯曲 载荷时，由于寄生剪切效应，计算变形比实际结构 应该产生的变形要小，有时会使计算结果发生严重 失真，因此对于汽轮机叶片尤其是长叶片，这种单 元模型是不太合适的。三维八节点非协调单元[8]是 (7) 在线性八节点协调单元的基础上，在单元内部增加 了九个自由度，大大改善了单元的抗弯性能，保证 了使用此单元对叶片进行应力分析结果的正确性。 (8) (5)
汽轮机叶片疲劳设计
汽轮机叶片疲劳设计汽轮机叶片疲劳设计是汽轮机设计中的重要环节之一。
它是指在汽轮机运行过程中叶片受到复杂的载荷作用，经过数千小时的运作后，叶片内部可能出现裂纹或损伤，影响汽轮机的正常工作。
因此，在汽轮机设计阶段，一定要考虑如何设计出能够耐久使用的叶片，从而实现汽轮机的稳定运行。
汽轮机叶片疲劳设计包括以下几个步骤：第一步：确定载荷条件。
汽轮机在工作过程中，受到多种载荷状况，包括温度变化、旋转惯量和离心力等。
设计人员需要对这些载荷进行评估和计算，以便确定最终的载荷条件。
第二步：制定叶片几何形状。
在确定好载荷条件后，设计人员需要制定叶片的几何形状。
叶片的几何形状关系到它的强度和疲劳寿命，因此设计人员需要运用计算机辅助设计软件，对叶片的几何形状进行优化设计，以提高叶片的强度。
第三步：确定材料和工艺。
叶片的材料和工艺对叶片的强度和寿命有直接影响。
在设计叶片的材料和工艺方案时，设计人员需要考虑以下几点：材料的强度、硬度、塑性、韧性、耐腐蚀性和组织等；工艺的复杂程度、成本、可行性和可靠性等。
第四步：进行疲劳测试。
设计初步完成后，设计人员需要对叶片进行疲劳性能测试，以验证设计的正确性和优化性。
在测试中，需要模拟实际工作条件下载荷的变化和循环次数的影响，对叶片进行疲劳寿命测试，并确定其安全使用寿命。
第五步：完善设计。
根据疲劳测试的结果，设计人员需要对设计进行调整和完善，使叶片的设计更合理、更优化。
在这个过程中，还需要运用最新的材料、工艺和技术，不断优化叶片的设计方案。
综上所述，汽轮机叶片疲劳设计是一个复杂的工程，需要设计人员对叶片的载荷条件、几何形状、材料工艺等方面进行充分的研究和分析。
只有通过严格的设计和测试，在保证叶片安全的前提下，才能使汽轮机在长期的运行过程中保持良好的工作状态。
汽轮机叶片选材及热处理工艺.
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 (11)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。
汽轮机叶片用金属材料选用导则
汽轮机叶片用金属材料选用导则1.1 汽轮机叶片金属材料应具有以下性能a）较高的强度、塑性和热强性能。
对于服役温度低于或等于400℃的叶片，主要考虑室温和中温力学性能；对于服役温度高于400℃的叶片，除室温力学性能外，还应具有较高的持久强度、蠕变强度及持久塑性，且组织性能稳定性高。
b）较高的冲击吸收能量、低的缺口敏感性。
c）良好的减振性。
d）良好的抗腐蚀性。
处于湿蒸汽区工作的叶片宜采用耐蚀性好的不锈钢制造，或采用非不锈钢而予以适当的表面保护处理。
e）良好的抗疲劳性能，特别是抗腐蚀疲劳性能。
f）高的耐磨性能。
特别是承受水滴冲刷磨损的低压末几级叶片。
g）良好的冷、热加工工艺性能。
1.2 汽轮机高中压区段的叶片用钢的选用原则上主要考虑材料应有高的高温强度、持久强度、抗热疲劳性能、冲击吸收能量、低的缺口敏感性及高的组织稳定性；低压区段的叶片用钢的选用原则上主要考虑材料应有高的室温强度、冲击吸收能量、低的缺口敏感性、良好的减振性、良好的抗腐蚀性。
1.3 汽轮机叶片用金属材料的验收1.3.1汽轮机叶片用钢的技术要求和质量检验应符合GB/T 8732或订货合同要求。
1.3.2 进口汽轮机叶片的技术要求和质量检验，应符合供货国标准或订货合同要求。
1.4 汽轮机叶片常用材料牌号、特性及其主要及其主要应用范围见附录A中表A5。
表A5 汽轮机叶片常用钢钢号、特性及其主要应用范围表A5(续)属马氏体钢。
在GB/T1221-92中为1Cr17Ni2。
经淬火加低温回火后，具有高的强度、韧性和耐蚀性。
为避免钢中因α相增多而引起力学性能降低，钢中的镍控制在1.5%～2.5%，铬控制在16%～18%。
热加工时，停锻温度应高一些，以改善塑性和表面质量，还应控制较大的加工比，以得到均匀的组织SUS431(JIS)431，S43100(AISI，ASTM)X22CrNi17(DIN)Z15CN1602(NFA)14X17H2(ГОСТ 5632)。
防止汽轮机断叶片技术措施
防止汽轮机断叶片技术措施1.保证汽轮发电机组在额定频率和正常允许变动范围不超过48HZ-50.5HZ。
2.避免机组过负荷运行。
满负荷下高、低加故障退出前应先减负荷，防止机组超负荷。
加热器退出后应按规程规定限制接带负荷。
3.加强机组运行中的监视，尤其是在机组启、停、加减负荷过程中，必须加强对汽压、汽温、负荷、真空、胀差、串轴、振动。
监视段参数等的监视。
精心调整，不允许参数剧烈变化，严格执行规程规定。
启、停机过程应严格按操作票和启、停机曲线进行操作。
4.机组正常运行期间主汽温和再热汽温不得超过额定值8℃，周期性波动不得大于14℃，汽温超过额定温度28℃（主再热汽温≥628℃）应立即打闸停机，防止损伤叶片寿命。
5.汽轮机空载运行时间不允许≯30min，无蒸汽运行时间≯3min。
防止低压转子鼓风发热，对叶片不利。
6.严格执行保护投退制度，高排温度高、低压缸排汽温度高等相关保护应定期试验并保证可靠投入。
7.加强日常汽、水品质监督和参数分析，防止叶片结垢、腐蚀、颗粒物冲击。
8.注意调整高、低加及除氧器水位在正常，严防满水运行。
严禁将高、低加及除氧器水位高保护随意退出运行。
加热器、除氧器等相关保护试验应按规程规定执行。
9.定期巡检主机，倾听机内声音，检查实际振动情况，定期分析各抽汽段压力和凝结水水质的情况。
10.汽轮机低负荷运行时，必须按启动曲线控制蒸汽温度和压力，同时注意检查低压缸喷水自动投入正常，防止低负荷时低温蒸汽冲洗叶片造成末级蒸汽湿度过大。
低负荷运行时间不要过长。
11.运行中加强振动监视，定时记录，定期分析。
机组振动保护应可靠的投入。
12.运行中严格执行汽门活动试验等定期工作，确保设备、保护可靠备用。
13.机组启动必须充分疏水，保持蒸汽过热度≥50℃。
运行过程中汽温不宜大幅波动，发生水冲击或10分钟内蒸汽温度下降50℃，应立即打闸停机。
14.汽轮机升速过程中一定要快速通过临界转速，振动达到规程规定值时应立即打闸。
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汽轮机叶片的服役条件
1. 汽轮机叶片的服役条件及技术要求
叶片的服役条件:
a) 每一级叶片的工作温度都不相同；
b) 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；
c) 汽轮机在工作过程中，动叶片承受着最大的静应力、动应力和交变应力。
对叶片材料性能的要求：
a) 应具有足够的室温和高温机械性能；
b) 良好的耐蚀性和抗冲蚀性；
c) 良好的减振性；
d) 高的断裂韧性；
e) 优良的冷、热加工工艺性能。
2. 汽轮机叶片选材分析
（1）铬不锈钢，1Cr13和2Cr13：热处理工艺：在调质状态下使用。
1Cr13：1000~1050℃油淬，700~750℃回火；
2Cr13：950~1000℃油淬，640~720℃回火，
金相组织：
1Cr13：回火索氏体+少量铁素体；
2Cr13：回火索氏体。
优点：在室温和工作温度下具有足够的强度，还具有很好的耐腐蚀性能和减振性。
缺点：当温度超过500℃时，热强性明显下降，使用工作温度在450~500℃以下。
1Cr13钢若锻造或淬火温度过高，奥氏体晶粒粗大，有大量块状铁素体生成，振
动衰减率和冲击韧性降低。
铬不锈钢抗水冲蚀的能力较差。
（2）强化型铬不锈钢
牌号
1：2Cr12NiMo1W1V 2Cr12NiMolWlV钢作为GB8732—88《汽轮机叶片用钢》标准的一个专用钢种和GB1221标准中的2Cr12NiMolWlV钢种相比，其Cr.Mo.W.V和P.S的含量控制范围要求更严格一些，从而中和力学性能也更好一些，两种钢的化学成分。
热处理规范及力学性能指标的比较见表
1和表2
（3）低合金珠光体耐热钢
牌号：20CrMo、24CrMoV
该类钢特点是合金元素含量较低，比较经济，工艺性能良好，经过调质处理后强度、塑韧性都比较满意，主要用于制造在450℃以下的中压汽轮机的压力级各级动叶片和隔板静叶片。
（4）铝合金和钛合金
这类合金的特点是铝合金和钛合金比重小，耐蚀性好，具有一定的强度，在国外已成功用于制造大功率汽轮机的长叶片。
钛合金是以钛为基础，加入少量铝、锆、锡、钒和钼等，比重仅为4.5，比钢轻45%
左右。
室温机械性能很高，具有良好的抗蚀性能。
缺点：但是钛合金工艺性能很差，对应力集中比较敏感，减振性比马氏体钢低，成本比较高。
综合以上论述，2Cr12NiMolWlV钢是最佳的选择。
3. 2Cr12NiMolWlV的工艺规范
2Cr12NiMolWlV
钢是一种高温马氏体不锈钢，作为叶片专用钢，要获得较满意的综合力学性能，受到诸多因素制约。
热处理过程无疑是最关键的因素之一。
常规做法是：叶片胚料锻后先做等温退火，然后调节。
2Cr12NiMolWlV钢基本采用GB8732—88标准推荐的热处理规范，见表3。
表3 2Cr12NiMolWlV钢热处理规范
等温退火与完全退火和不完全退火的区别在于，奥氏体化后不是随炉冷却而是冷至适当温度保温，使奥氏体在这个温度下进行等温转变，形成珠光体。
这些钢采用完全退火或不完全退火来获得珠光体组织是十分困难的，因为奥氏体化后必须非常缓慢地冷却才能在连续冷却过程中完成珠光体转变，否则便于工作会形成马氏体，使钢变硬，
无法进行切削加工。
而这样低的冷却速度在实际生产条件下却是很难实现的。
而且即使能够设法实现，生产周期也显得过长，极不经济。
采用等温退火，使奥氏体在既能转变为硬度不太高的珠光体，完成转变所需时间又不太长的温度下进行等温转变，不但方便易行，而且可以缩短生产周期。
等温退火还有一个优点，那就是等浊转变形成的组织比较均匀，不象连续冷却转变那
样，在较高温度下与低较温度下形成不完全相同的组织。
等温退火的加热规范和完全退火或不完全退火相同。
使奥氏体发生等温转变的温度和保温时间应根据钢的TTT图选定。
选择的原则是在保证钢的硬度合乎要求的前提下，奥氏体能在较短时间内完成球光体转变。
由加热温度冷至等温转变温度的冷却速度无关紧要。
在不考虑内应力问题时，等温转变结束后即可出空冷。
其等温退火工艺曲线图1。
高温回火后得到回火索氏体组织。
工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。
调质后，汽轮机叶片具有优良的综合力学性能。
因汽轮机叶片承受着最大的静应力、动应力和交变应力，对其所要求的性能也就很高，大都在比较大的动载荷作用下工作，它们承受着拉伸、压缩、弯曲、扭转或剪切的作用，有的表面还具有摩擦，要求有一定的耐磨性等等。
因此汽轮机叶片应具有优良的综合力学性能，即高强度和高韧性的适当配合，以保证其长期顺利工作。
所以对汽轮机叶片进行调质处理很重要，其调质工艺图见图2和图3。