西南科技大学本科毕业论文
的提高,工艺方法更加方便, 提高了叶片加工质量和生产效率, 减轻了劳动强度。
1.2 汽轮机叶片相关发展
1.2.1 汽轮机叶片介绍 a.汽轮机叶片组成及其作用
汽轮机叶片按功能作用的不同可分为静叶片（如图1.1所示）和动叶片（如图1.2所示）两种。静叶片与汽轮机静子相连接处于不动状态，作导向叶片，其作用是改变汽流的方向，引导蒸汽进入下一列动叶片；动叶片安装在转子叶轮上，接受喷嘴叶栅射出的高速汽流，把蒸汽的动能转换为机械能，使转子旋转。叶片装于转子上，如图1.3所示。动叶片与汽轮机转子相连接，并随转子一起转动，是将汽流的动能转换为有用功的极为重要的零件。
图1.1静叶片 图1.2 动叶片组成
动叶片的结构主要由叶根、叶身、叶冠（叶顶）等组成，如图1.1所示。 1）叶身：叶身是叶片的基本工作部分，又被称为叶身型面，叶身结构复杂，多为扭转自由曲面。如图1.4所示为叶片型面，叶身型面分为背型面（或背弧）、内型面（或内弧）、出汽边圆角、进汽边圆角、叶冠圆角、叶根圆角、拉筋等几个部分，如图1.1所示。叶身型面是由若干个截面型线拟合而成的光滑复杂曲面，由一组等距或不等距平行截面型线组成的空间扭曲面，其中叶身部分的横截面称为叶型，其每一个横截面边缘叫型线，如图1.5所示。
图1.3 叶片装于转子 图1.4 叶片型面
叶身可分为扭叶片（如图1.6所示）和直叶片。扭叶片是叶根到叶冠的型线不规则，是变截面叶片。直叶片是叶根到叶冠的型线不变化，是等截面叶片。由于扭叶片型面是由复杂的自由曲面组成,几何精度要求高,传统的加工方法无法满足叶片加
2
西南科技大学本科毕业论文
工的精度要求，因而其型面的加工是制约叶片生产效率和产品质量提高的瓶颈。
图1.5出汽边型面 图1.6 扭叶片
2）叶根：如图1.7所示,叶片通过叶根牢靠地固定在叶轮上,保证在任何条件下叶片不会松动。叶根的作用是紧固动叶片,使其在经受汽流的推力和旋转离心力作用下,不至于从轮缘沟槽里拔出来。
3）叶冠：叶片外端的固定则称为叶冠。汽轮机的叶冠部分通常装有围带,它将若干个叶片联接成叶片组，围带的主要作用是：（1）围带联接后，使叶片刚性增加；（2）可以使叶片构成封闭槽道；并可装置围带汽封，减少叶片顶部的漏汽损失。
图1.7 叶根结构形状种类
b.汽轮机叶片与叶轮的装配
如图1.8所示，叶轮的结构一般由轮体(轮面)、轮缘和轮壳三部分组成。轮壳是叶轮套于主轴上的配合部分，其结构取决于叶轮在主轴上的套装方式，为了保证轮壳有足够的强度，轮壳部分一般都要加厚；轮缘用来固定叶片，具体结构与叶片的受力情况及叶根形状有关。轮体是叶轮的中间部分，它起着连接轮缘与轮壳的作用，其断面应根据受力情况来确定。叶轮按其轮体的断面型线可分为以下四种：双曲线叶轮、等厚度叶轮、等强度叶轮和锥形叶轮等。叶片的叶轮与叶根装配，如图1.9所示。
3
西南科技大学本科毕业论文
图1.8 叶轮结构 图1.9 叶片的叶根与叶轮装配
1.2.2 叶片毛坯制造相关发展
汽轮机叶片通常采用耐热合金加工。60年代在铸造汽轮机叶片上成功的使用了定向结晶技术。浇铸后，将铸模放在可控制温度梯度的冷却装置内，使熔融金属依次逐渐凝固，可以得到沿叶高为柱状结晶的叶片。定向结晶叶片的材料通常是Ni基合金，其中加入Cr、W、Co、Al、Ti并有1.5％～2.0％的Hf及0.05％～0.1％的Zr。美、英发展的定向凝固合金的牌号有Mar-M200+Hf、Mar-M247、PWl422等。
70年代后期铸造单晶汽轮机叶片得到了广泛的应用。由于这种叶片材料中没有晶界，其热安全性与蠕变强度更高，使汽轮机前的工作温度可以提高61℃～91℃。 单晶叶片的材料也是Ni基合金，内加入Cr、W、Co、Al、Ta等元素。使用比较多的材料牌号有美国的PWAl480、PWAl484，英国的SRR99等。我国也已研制成功DD3单晶合金，正待推广应用。
单晶叶片使用寿命可以比柱晶叶片提高2.4～3倍，但其制造成本为柱晶叶片的1.9～2倍，铸造废品率也很高。据报道，无任何结构偏差的单晶叶片合格率仅为11～26％。
为适应复杂的冷却内腔的设计要求，正在研究一种用两个半片焊接而成的汽轮机工作叶片。叶盆与叶背每一个半片先用失腊法铸出，用机械加工或电解加工的方法在内腔的一面加工出内腔的凹槽。然后在两个半片间放入一片厚仅0.05mm的与叶片材料相同的合金薄片，将叶片两半拼合。将拼合件在保护气氛中加温到1100～1200℃，保温并施加0.35～1.05atm的压力，使之在接触压力下熔融扩散，将两个半片以扩散焊连接成为一整体。
4
西南科技大学本科毕业论文
第2章叶片的机械加工工艺过程
2.1 叶片工艺特点
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600 ｍ/ｓ，因此叶片还要承受很大的离心应力。
叶片的主要特点是：材料中含有昂贵的高温合金元素；加工性能较差；结构复杂；精度和表面质量要求高；品种和数量都很多。叶片的种类繁多，但各类叶片均主要由两个主要部分组成，即汽道部分和装配面部分。因此叶片的加工也分为装配面的加工和汽道部分的加工。装配面部分又叫叶根部分，它使叶片安全可靠地、准确合理地固定在叶轮上，以保证汽道部分的正常工作。因此装配部分的结构和精度需按汽道部分的作用、尺寸、精度要求以及所受应力的性质和大小而定。由于各类叶片汽道部分的作用、尺寸、形式和工作各不相同，所以装配部分的结构种类也很多。有时由于密封、调频、减振和受力的要求，叶片往往还带有叶冠（或称围带）和拉筋（或称减震凸台）。叶冠和拉筋也可归为装配面部分。汽道部分又叫型线部分，它形成工作气流的通道，完成叶片应起的作用，因此汽道部分加工质量的好坏直接影响到机组的效率。
由于叶片的形式、结构、种类、大小等的差异比较大，因此加工方式、机床、工艺流程也不同。但从总体上来说，按叶片的毛坯形式来划分可分为：方刚叶片加工工艺、模锻叶片加工工艺，精铸叶片加工工艺。方刚叶片加工工艺主要是针对叶片汽（气）道长度在300mm以下的各种动叶片和静叶片。模锻叶片加工工艺要是针对叶片汽（气）道长度在300mm以上的各种动叶片和静叶片。精铸叶片加工工艺主要是针对一些静叶片和特殊叶片（如空心叶片）的加工方法。
2.2动叶片加工工艺过程
根据以上特点现制定出一下机械加工工艺过程卡片。
5
西南科技大学本科毕业论文
6