摘要：隨著電站汽輪機大容量化，葉片的安全可靠性和保持高效率顯得尤其重要。葉片是汽輪機的關(guān)鍵零件之一。它在極苛刻的條件下承受高溫、高壓、巨大的離心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蝕和振動以及濕蒸汽區(qū)水滴沖蝕的共同作用。因此很有必要及時調(diào)查研究、分析、總結(jié)葉片尤其是末級和調(diào)節(jié)級葉片發(fā)生的各種損傷原因及防止發(fā)生損傷的各種措施。本文著重研究分析汽輪機低壓末級葉片腐蝕原因及其表面防護處理。

關(guān)鍵詞：末級葉片；腐蝕；表面防護

前言

汽輪機低壓末級的輸出功率約占機組總輸出功率的10%左右，因此低壓末級的性能穩(wěn)定尤為重要。但是在汽輪機大修過程中發(fā)現(xiàn)，汽缸的低壓部分和轉(zhuǎn)子的末幾級葉片都存在嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。在汽缸的高壓部分除出現(xiàn)少量積鹽以外，并沒有出現(xiàn)低壓部分的現(xiàn)象。

1 腐蝕原因

1.1 水沖蝕。汽輪機在低負(fù)荷運行時，低壓末幾級的工況較其他級變化最大。隨著機組功率的增大，低壓級組子午流道擴張角增大，葉高增加，當(dāng)其相對設(shè)計工況的容積流量急劇減少時，會使流場參數(shù)發(fā)生很大變化。末級長葉片在小容積流量、真空工況運行，葉片底部會有較大的反動度，對設(shè)計不妥的動葉片下半部造成大范圍的回流區(qū)。負(fù)荷越低，回流區(qū)越大。在啟動和并網(wǎng)初始，回流范圍甚至擴大到整個排汽缸。而且大功率凝汽式汽輪機的末級排汽濕度總是比較大，因此末級動葉后汽流中攜帶大量水滴，回流的蒸汽攜帶水滴沖擊在高速旋轉(zhuǎn)的動葉下半部形成水沖蝕。

1．2 酸腐蝕。汽輪機酸腐蝕是由于蒸汽中的酸性物質(zhì)在汽輪機低壓缸初凝區(qū)汽——液兩相間，優(yōu)先分配在初凝水中。由于給水堿化劑是氨，分配系數(shù)較大，主要存在汽相，而酸性物質(zhì)在初凝水中濃縮，PH值降低，導(dǎo)致對酸性物質(zhì)比較敏感的鑄鐵、鋼件的腐蝕。

當(dāng)主蒸汽經(jīng)過高壓缸做功后進入低壓缸（特別是末幾級葉片），由于蒸汽的擴容和溫度壓力的降低，蒸汽將變成飽和蒸汽甚至是濕蒸汽。在低壓缸的干濕蒸汽轉(zhuǎn)換區(qū)（威爾遜線區(qū)），由于蒸汽凝結(jié)形成凝結(jié)水，從而使蒸汽中的雜質(zhì)在此區(qū)域內(nèi)汽液兩相重新分配。由于氨的分配系數(shù)大，原來維持蒸汽PH值的氨絕大多數(shù)留在汽相中，這時水相的PH值就很低。當(dāng)蒸汽的PH值為9左右時，水相的PH值為7~8，最低時為6左右。此時若有空氣漏入汽輪機或者含氧量超標(biāo)會加劇酸性腐蝕。

1．3 氧腐蝕。金屬的氧腐蝕一般與下列因素有關(guān)：溶解氧、PH值、水溫、水質(zhì)、熱負(fù)荷和水流速度等。其中溶解氧和PH值是最重要的影響腐蝕的因素。金屬氧腐蝕是屬于電化學(xué)腐蝕，原理是：金屬壁的氧化鐵保護膜因水質(zhì)惡化和熱力等因素部分被破壞，在露出的鋼表面水和保護膜表面之間形成局部電池。鐵從陽極析出，形成腐蝕。鋼的氧腐蝕特征是在被腐蝕的表面形成許多大小不一的鼓包。鼓包表面的顏色可能從黃褐色到磚紅色。表層下的腐蝕產(chǎn)物是黑色粉末狀。如果清除這些黑色粉末會看到金屬表面上的腐蝕坑。形成腐蝕坑的主要原因是在腐蝕產(chǎn)物膜下形成缺氧的活化陽極區(qū)，外部富氧陰極區(qū)，構(gòu)成電池，形成電化學(xué)腐蝕。

汽輪機汽缸氧腐蝕主要是由于在備用或者檢修過程中停機保護措施執(zhí)行不好，使得空氣漏入汽缸中。另外，機組運行過程中，有空氣漏入汽缸也會產(chǎn)生氧腐蝕。

2 末級葉片的防護

2.1 解決汽輪機低壓末級腐蝕問題一般從以下方面入手：

2.1.1 研究末級長葉片水沖蝕的大機組調(diào)峰或低負(fù)荷運行方式，用三元流理論驗算并有選擇性地進行流場和動應(yīng)力實測，以確定機組帶最低負(fù)荷的安全限制值。2.1.2 研究進入汽輪機低壓部分的濕蒸汽中水滴的形成過程，從設(shè)計上改進末級葉片的型線，從而減少水滴的形成；采用去濕隔板，以降低蒸汽濕度。2.1.3 提高除鹽水的質(zhì)量，加強汽水的化學(xué)監(jiān)督，保證蒸汽品質(zhì)。2.1.4 在爐水中加一定的NaOH，一方面提高爐水PH值，另一方面減少氨的用量，減少氨在低壓缸初凝區(qū)因分配系數(shù)大使初凝水呈現(xiàn)酸性的影響。2.1.5 采用消極的表面保護措施，以減緩末級葉片的腐蝕速度。

2.2 末級葉片的表面防護。末級葉片的防護措施可分為2大類：第1類是局部加覆蓋層，即在進汽邊的局部位置覆蓋一層新合金。如鑲置司太立合金、電火花強化、激光熔覆和噴涂等。第2類是表面淬硬，主要技術(shù)手段有火焰淬火強化、高頻感應(yīng)加熱淬火、激光表面淬火等。

2.2.1 鑲置司太立合金。司太立合金有較高的硬度和較好的韌性，水滴撞擊時變形量小，抗水蝕沖刷性能好，具有較高的組織穩(wěn)定性，盡管超出一定范圍也會出現(xiàn)水蝕，但抵制斷裂能力好，即使出現(xiàn)嚴(yán)重水蝕，也不易產(chǎn)生裂紋。同時根據(jù)運行情況可選擇不同形狀的合金，當(dāng)水蝕嚴(yán)重時，可更換新的合金片，非常適合葉片的工作條件，所以鑲置司立太合金是防止汽輪機葉片水蝕最普遍采用的方法。

2.2.2 電火花強化。電火花強化是直接利用火花放電的高密度能量作為正極的電極材料熔化、涂覆、熔摻進金屬工件的表層，形成合金化的表面強化層，從而使工件表面的物理、化學(xué)和機械性能得到改善。電火花表面強化工藝具有以下特點：操作簡單、不會使工件退火或熱變形，不會產(chǎn)生環(huán)境污染，可對工件表面進行局部強化等。一般的研究表明，采用硬質(zhì)合金作強化電極進行電火花強化，在材料表面形成一層一定厚度的硬化層，這層硬化層的硬度較高，耐磨粒磨損、耐水刷能力越強。但是硬化層不能太厚，否則容易產(chǎn)生表面裂紋，從而影響防水蝕效果。

2.2.3 熱噴涂。熱噴涂是指將熔融狀態(tài)的噴涂材料通過高速氣流將其霧化，噴射到工件上形成噴涂層的一種表面加工方法。主要可分為火焰噴涂、超音速火焰噴涂、等離子噴涂、電弧噴涂及高速電弧噴涂等。今年來，特別是超音速電弧噴涂技術(shù)的迅速發(fā)展，涂層的硬度和結(jié)合強度更高。涂層孔隙率更低，氧化物含量更低，因此葉片可獲得更好的防護效果。

2.2.4 激光熔覆。激光熔覆是將具有某種特性（耐磨、耐熱、耐蝕等）的合金預(yù)制粉末涂覆在金屬工件表面，或在激光處理的同時噴于激光處理區(qū)，使之在激光作用下熔化、擴展并凝固，與基體以冶金方式結(jié)合，形成性能優(yōu)良的表面包覆層。這種技術(shù)適用與大、中功率機組各種材料葉片的水蝕防護。

2.2.5 火焰淬火強化?；鹧娲慊饛娀窃谌~片進汽邊用乙炔——氧或者煤氣——氧的混合氣體燃燒的高溫火焰加熱淬火，以獲得高硬度的馬氏體組織和淬硬層。該方法工藝簡單，但溫度不易控制，易產(chǎn)生形變、裂紋和硬度不均等問題。

2.2.6 高頻淬火強化。高頻淬火強化是利用電磁感應(yīng)方法在工件表面產(chǎn)生高頻率的感應(yīng)電流，依靠這種電流和工件本身的電阻，使工件表面迅速加熱到淬火溫度，而內(nèi)部溫度仍接近室溫，然后立即噴水冷卻，使工件表面淬硬。由于葉片一般是由三維空間扭曲成型，型線復(fù)雜，高頻淬火加熱時不易保證淬火部位受熱均勻。影響葉片高頻感應(yīng)淬硬因素較多：高頻設(shè)備控溫的靈敏度、葉片裝夾位置的偏差及葉型的偏差、感應(yīng)線圈適應(yīng)性、測溫儀和測溫點的選擇、葉片與感應(yīng)線圈的間隙、感應(yīng)線圈包覆寬度等，必須按葉片的實際情況通過試驗確定。

2.2.7 局部激光表面淬火。當(dāng)激光束掃射經(jīng)過黑化處理涂有吸能材料的金屬表面時，激光束能量被吸收到金屬材料表層內(nèi)，使溫度達到相變點以上。當(dāng)激光束快速從金屬表面離開，熱量迅速由表面?zhèn)髦列静浚贡砻娴玫娇焖倮鋮s，從而使金屬表層發(fā)生快速淬火，引起相變硬化。由于高的冷卻速度產(chǎn)生高密度位錯強化，相同的材料經(jīng)過激光表面淬火處理后，硬度要比感應(yīng)淬火硬度高20%，變形很小，晶粒要細很多。

3 結(jié)論

在發(fā)電廠熱力設(shè)備發(fā)生的事故中，因腐蝕問題引起的事故占很大比例。通過分析汽輪機低壓末級葉片腐蝕的原因，提出有效的防護辦法，特別闡述了葉片表面抗腐蝕處理。通過對葉片的防護，減緩了葉片的腐蝕速度，提高葉片的穩(wěn)定性能。提高汽輪機及整個機組的效率。對汽輪機的發(fā)展有著極其重要的意義。

參考文獻

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[2]胡平.汽輪機末級葉片表面防水蝕處理工藝及發(fā)展.表面技術(shù),2008,(37)6:78-80

作者簡介：周景云（1970-），男 漢族河北省靜海縣調(diào)度室助理工程師。