【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3。 18 7 葉輪熱處理工藝卡片 19 總結(jié) 20 參考文獻(xiàn) 20 小 結(jié) 21 葉輪的應(yīng)用及發(fā)展前景 1 葉輪材料及熱處理工藝設(shè)計(jì) 材料 10831 邱杰 摘要 ： 本文通過對(duì)葉輪的工作環(huán)境及失效形式分析，提出了葉輪的性能要求； 經(jīng)過對(duì)材 料價(jià)格、加工工藝及最終性能等多方面比較分析，確定了 葉輪的最終性能；運(yùn)用了一套完整的熱處理工藝； 生產(chǎn) 出了 符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 要求 的 葉輪 。 關(guān)鍵詞 ： 葉輪 ； 材料 ； 熱處理 1 葉輪的應(yīng)用及發(fā)展前景 葉輪的應(yīng)用 葉輪既指裝有動(dòng)葉的輪盤，是 沖動(dòng)式汽輪機(jī) 轉(zhuǎn)子的組成 部分 。又指輪盤與安裝其上的轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的總稱。還指輪盤與安裝其上的轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的總稱。 在汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中蒸汽噴射到葉片上，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩經(jīng)葉輪傳到主軸，高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的葉輪圓周速度。 葉輪主要有以下 3 種形式 。 閉式 ： 由葉片與前、后蓋板組成。閉式葉輪的效率較高 ,制造難度較大 ,在離心泵中應(yīng)用最多。適于輸送清水 ,溶液等黏度較小的不含顆粒的清潔液體；半開式 ： 一般有兩種結(jié)構(gòu)其一為前半開式 ,由后蓋板與葉片組成 ,此結(jié)構(gòu)葉輪效率較低 ,為提高效率需配用可調(diào)間隙的密封環(huán)另一種為后半開式 ,由前蓋板與葉片組成 ,由于可應(yīng)用與閉式葉輪相同的密封環(huán) ,效率與閉式葉輪基本相同 ,且葉片除輸送液體外 ,還具有 (背葉片或副葉輪的 )密封作用。半開式葉輪適于輸送含有固體顆粒、纖維等懸浮物的液體。半開式葉輪制造難度較小 ,成本較低 ,且適應(yīng)性強(qiáng) ,近年來在煉油化工用離心泵中應(yīng)用逐漸增多 ,并用于輸送清水和近似清水的液體； 開式 ： 只有葉片及葉片加強(qiáng)筋 ,無前后蓋板的葉輪（開式葉輪葉片數(shù)較少 25 片 )。葉輪效率低 ,應(yīng)用較少 ,主要用于輸送黏度較高的液體 ,以及漿狀液體。 在汽輪機(jī)中選用閉式葉輪。 葉輪的工作條件 （ 1） 汽輪機(jī)葉輪是將傳動(dòng)力矩傳到主軸的部件 。 （ 2） 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)離心作 用產(chǎn)生的巨大切向力和徑向力及振動(dòng)所產(chǎn)生的反復(fù)應(yīng)力。 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院□ 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 （ 3） 蒸汽的腐蝕作用。 （ 4） 長(zhǎng)期受高溫作用而引起的金屬蠕變及內(nèi)外緣溫差所引起的熱應(yīng)力及葉輪與主軸配合器所產(chǎn)生的壓緊力。 葉輪的材料要求 為了 適應(yīng)上述工作條件，汽輪機(jī)葉輪材料應(yīng)具有良好的綜合機(jī)械性能，常溫及高溫強(qiáng)度、塑性、韌性都要求較高。為此，汽輪機(jī)的葉輪都是在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用的。冶煉和鍛造質(zhì)量要求嚴(yán)格，鋼錠力求純凈，鍛件組織與性能要求均勻。 葉輪的失效形式分析 工作環(huán)境和斷口分析 作為應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)符合如下幾個(gè)特征： （ 1） 拉應(yīng)力和敏感介質(zhì)共同存在，且介質(zhì)對(duì)金屬組織敏感； （ 2） 裂紋沿最大主應(yīng)力垂直方向發(fā)生； （ 1） 在微觀上裂紋是沿著材料的晶界或穿過晶粒發(fā)生的； （ 4） 裂紋不一定在應(yīng)力集中處萌生； （ 5） 裂紋萌生處可能有腐蝕產(chǎn)物，但不一定有點(diǎn)蝕。 應(yīng)力的影響 葉輪構(gòu)件中的應(yīng)力是促使裂紋從裂紋源擴(kuò)展的主要?jiǎng)恿?。根?jù)應(yīng)力產(chǎn)生時(shí)機(jī)和來源的不同大致可分為工藝應(yīng)力和工作應(yīng)力。所謂工藝應(yīng)力就是葉輪在工藝施工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，根據(jù)實(shí)際的不同可分為以下幾類。 （ 1）焊接殘余應(yīng)力 對(duì)于采用焊接結(jié)構(gòu)的閉式葉輪， 在焊接接頭處產(chǎn) 生的殘余應(yīng)力是相當(dāng)大的（有時(shí)接近材料的屈服強(qiáng)度），雖然經(jīng)過熱消應(yīng)力處理，按照理論上消除 85%殘余應(yīng)力計(jì)算，最終殘留在接頭處的應(yīng)力通常也在 40MPa 以上，接頭處主要表現(xiàn)為拉應(yīng)力。 （ 2）結(jié)構(gòu)剛性的熱處理殘余應(yīng)力 應(yīng)力的影響 3 由于結(jié)構(gòu)及工藝過程的需要，葉片與輪盤、蓋盤的厚度差很大。 這種因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)尺寸的差異必然造成熱處理冷卻過程各部分的差異而引起構(gòu)件的熱處理殘余應(yīng)力。在葉片與輪盤、蓋盤的焊接接頭處表現(xiàn)為拉應(yīng)力。這部分應(yīng)力與焊接殘余應(yīng)力在熱處理過程中達(dá)到了一個(gè)新的平衡。這就可能引起變形或裂紋的產(chǎn)生。 （ 3）主軸與 葉輪安裝的熱脹引起的殘余應(yīng)力 主軸與葉輪安裝過程的加熱和冷卻使葉輪的內(nèi)孔處發(fā)生形變而產(chǎn)生新的應(yīng)力，特別是在葉片進(jìn)風(fēng)口處產(chǎn)生的拉應(yīng)力較為明顯。 （ 4）葉輪的正常工作應(yīng)力 葉輪在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的離心力、葉片與介質(zhì)相互作用時(shí)的葉輪主要外力，通過計(jì)算可以知道，在靠近輪蓋側(cè)葉片進(jìn)風(fēng)口處所承受的應(yīng)力最大，在局部很小的范圍內(nèi)，其應(yīng)力值可能超過材料的屈服極限，如果恰好在這個(gè)地方存在缺陷的話，那么對(duì)于葉輪的安全運(yùn)行將是致命的。 （ 5）振動(dòng)引起的擾動(dòng)應(yīng)力 作為一套大型復(fù)雜裝置，振動(dòng)很難消除，因而由于振動(dòng)引起的擾動(dòng)應(yīng)力也就 是一個(gè)值得關(guān)注的問題。振動(dòng)產(chǎn)生的擾動(dòng)應(yīng)力往往增加應(yīng)力集中的幅度，并會(huì)加速裂紋的擴(kuò)展。 缺陷對(duì)應(yīng)力腐蝕裂紋的影響 在應(yīng)力腐蝕開裂中，腐蝕常常是局部的和有選擇性的，開裂源多半是所謂的點(diǎn)蝕。在點(diǎn)蝕處材料的組織缺陷和施工工藝缺陷必然是腐蝕產(chǎn)生之處。 （ 1）焊縫區(qū)粗大的晶粒組織，在熔合線區(qū)明顯有晶界夾雜物的聚集和組織的不均勻性。 另外，在焊接接頭處，由于焊接過程局部的高能量輸入和冷卻過程中溫差的極不均勻性，必然會(huì)造成性能分布的不均勻性，而且在熔合線附近性能下降最大可達(dá)1/4，嚴(yán)重地影響了其使用性能。 （ 2） 材料本身的成分偏析、軋制過程夾雜物的聚集在許多斷裂失效中屢見不鮮。 （ 3）葉片與輪蓋、輪盤的焊縫在焊接時(shí)所產(chǎn)生的咬肉、表面氣孔、打磨所形成的尖角等缺陷成為腐蝕性介質(zhì)聚集和應(yīng)力集中的滋生之處，往往會(huì)加劇應(yīng)力腐蝕裂紋的產(chǎn)生。無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院口畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 應(yīng)力腐蝕失效的預(yù)防措施 （ 1） 材料的選擇，采用低雜質(zhì)的鋼材。介質(zhì)的腐蝕對(duì)材料具有選擇性，因而針對(duì)不同的環(huán)境可選擇適當(dāng)?shù)暮辖痄摶虿煌愋偷牟讳P鋼；并且采用真空精煉的低雜質(zhì)（嚴(yán)格控制 S、 P 含量）的鋼材，對(duì)于抗應(yīng)力腐蝕的作用也非常明顯。 （ 2） 減少焊縫工藝缺陷，盡量避免葉 輪超轉(zhuǎn)后的補(bǔ)焊。對(duì)于焊腳部位的打磨盡量圓滑過渡，焊接過程盡量減少表面氣孔和夾渣等缺陷，夾渣是不可忽視的缺陷。 (3) 提高熱處理和熱裝等工藝手段。采用真空熱處理的手段減少熱處理過程應(yīng)力集中及裂紋產(chǎn)生的幾率。在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上盡量減少葉輪軸孔的過盈量或采取過渡配合鍵連接的形式，以降低應(yīng)力集中的可能性。 (4) 采用超聲沖擊等先進(jìn)的工藝方法在焊接接頭處產(chǎn)生壓應(yīng)力。壓應(yīng)力對(duì)腐蝕裂紋的產(chǎn)生具有抑制作用。采用噴砂、焊縫表面超聲沖擊等工藝手段在焊縫表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，從而提高焊縫耐應(yīng)力腐蝕的性能 葉輪 的發(fā)展前 景 葉輪既指裝有動(dòng)葉的輪盤，是 沖動(dòng)式汽輪機(jī) 轉(zhuǎn)子的組成 部分 。汽輪機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換成為 機(jī)械功 的旋轉(zhuǎn)式 動(dòng)力機(jī)械 。又稱蒸汽透平。主要用作發(fā)電用的原動(dòng)機(jī)，也可直接驅(qū)動(dòng)各種泵、 風(fēng)機(jī) 、壓縮機(jī)和 船舶 螺旋槳等。還可以利用汽輪機(jī)的排汽或 中間抽汽滿足生產(chǎn)和生活上的供熱需要汽輪機(jī)的出現(xiàn)推動(dòng)了電力工業(yè)的發(fā)展，到 20 世紀(jì)初，電站汽輪機(jī)單機(jī)功率已達(dá) 10 兆瓦。隨著電力應(yīng)用的日益廣泛，美國(guó) 紐約 等大城市的電站 尖峰負(fù)荷 在 20 年代已接近 1000 兆瓦，如果單機(jī)功率只有 10 兆瓦，則需要裝機(jī)近百臺(tái)，因此 20 年代時(shí)單機(jī)功率就已增大到 60 兆瓦， 30 年代初又出現(xiàn)了 165兆瓦和 208 兆瓦的汽輪機(jī)。 此后的經(jīng)濟(jì)衰退和 第二次世界大戰(zhàn) 期間爆發(fā)，使汽輪機(jī)單機(jī)功率的增大處于停頓狀態(tài)。 50 年 代，隨著戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力需求突飛猛進(jìn)，單機(jī)功率又開始不斷增大 ，陸續(xù)出現(xiàn)了 325～ 600 兆瓦的大型汽輪機(jī)； 60 年代制成了 1000 兆瓦汽輪機(jī)； 70 年代，制成了 1300 兆瓦汽輪機(jī)?，F(xiàn)在許多 國(guó)家 常用的單機(jī)功率為 300～ 600 兆瓦。 汽輪機(jī)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的各部門中都有廣泛的應(yīng)用。汽輪機(jī)種類很多，并有不同的分類方法。 汽輪機(jī)的蒸汽從進(jìn)口膨脹到出口，單位質(zhì)量蒸汽的容積增大幾百倍，甚至葉輪的發(fā)展前景 5 上千倍，因此各級(jí)葉片高度必須逐級(jí)加長(zhǎng)。大功率凝汽式汽輪機(jī)所需的排汽面積很大 ，末級(jí)葉片須做得很長(zhǎng)。 汽輪機(jī)裝置的熱經(jīng)濟(jì)性用汽輪機(jī)熱耗率或熱效率表示。汽輪機(jī)熱耗率是每輸出單位機(jī)械功所消耗的蒸汽熱量，熱效率是輸出機(jī)械功與所耗蒸 汽熱量