一种汽轮机叶片材料抗水蚀性能测试及评价方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110926988A(43)申请公布日2020.03.27(21)申请号201911183810.4(22)申请日2019.11.27(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号(72)发明人谢永慧张哲源张荻(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人闵岳峰(51)Int.Cl.G01N3/56(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图5页(54)发明名称一种汽轮机叶片材料抗水蚀性能测试及评价方法(57)摘要本发明公开了一种汽轮机叶片材料抗水蚀性能测试及评价方法，首先采集特定汽轮机叶实际运行条件参数，采用数值模拟方法计算得到叶片表面不同位置不同时刻的水蚀工况参数；基于数值计算结果确定水蚀特性加速测试方案，通过材料失重数据采集、材料局部缺陷显微观察和水蚀试样力学性能测试，获得材料水蚀特性曲线、水蚀缺陷尺寸扩展规律及材料性能变化规律，若水蚀特性曲线不满足要求，则需要调整方案重复实验；之后通过定量分析方法，计算得到材料水蚀特性系数并对材料失效过程中的不同水蚀阶段进行定量划分；最后，以特定汽轮机叶片常用材料测试结果作为基准，对待测材料的水蚀性能系数进行无量纲化，从而为汽轮机叶片设计与选材提供技术支撑。CN110926988ACN110926988A权利要求书1/1页1.一种汽轮机叶片材料抗水蚀性能测试及评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，通过现场数据采集方法，获得汽轮机动叶片实际运行的工况参数，包括进口总压Pin，进口总温Tin，进口湿度Hin，以及出口压力Pout；步骤2，根据步骤1得到的工况参数，结合具体的叶片型线和离散液滴流动模型，通过数值模拟方法计算得到叶片表面不同位置液滴撞击工况参数，包括撞击角度α，相对撞击速度V，以及液滴直径D；步骤3，根据步骤2得到的液滴撞击工况参数，调节实验台各部件参数及尺寸以适应目标水蚀研究工况；步骤4，通过材料抗水蚀性能测试，每经过一段时间间隔Δt对射流冲击的样本进行称重拍照、显微形貌分析以及材料力学性能测试，实验时间间隔Δt根据材料性能和实验工况参数计算得到，采集得到样本水蚀质量损失随时间变化的数据；步骤5，采用逻辑回归方程对离散数据点进行拟合，获得材料水蚀特性曲线；若获得的曲线趋势不合理，则修改水蚀实验方案，并重复步骤3-步骤5；步骤6，在得到合理的材料水蚀特性曲线的基础上，绘制材料水蚀特性曲线最大侵蚀率切线和稳定侵蚀率切线，从而对材料水蚀阶段进行定量划分，同时获得最大侵蚀率、等效潜伏期时长以及稳定侵蚀率水蚀性能参数；步骤7，针对基准材料，对待测材料的水蚀性能参数进行无量纲计算，用于不同实验平台之间以及不同实验批次的测试结果的对比分析；同时定量化分析水蚀工况对不同待测材料水蚀性能系数的影响规律。2.根据权利要求1所述的一种汽轮机叶片材料抗水蚀性能测试及评价方法，其特征在于，步骤3的具体实现方法如下：更换尺寸d的射流喷嘴以满足液滴直径D，加工倾斜角β的材料试样以满足撞击角度α，调节高速射流泵油压P0以满足相对撞击速度V，油压P0按照如下公式进行调节：2P0＝500V射流喷嘴按照如下公式进行计算尺寸d并选择相应喷嘴型号：其中rc是射流核半径，ζ是射流衰减系数，L是射流喷口到达实验靶材的距离，ρ是水蚀工质的密度，η是水蚀工质的动力粘滞系数；试样加工倾斜角β按如下公式进行计算并加工：β＝α-arctan(uR/V)其中uR为撞击点处试验件旋转线速度。3.根据权利要求1所述的一种汽轮机叶片材料抗水蚀性能测试及评价方法，其特征在于，步骤7中，水蚀工况为相对撞击速度V、撞击角度α或液滴尺寸D；水蚀性能系数为等效潜伏期时长、最大侵蚀率或稳定侵蚀率。2CN110926988A说明书1/7页一种汽轮机叶片材料抗水蚀性能测试及评价方法技术领域[0001]本发明属于实验测试技术领域，尤其是一种汽轮机叶片材料抗水蚀性能测试及评价方法。背景技术[0002]21世纪初，超超临界发电技术被确定为我国洁净煤技术领域战略性的关键技术，经过十余年的公关研发与应用，我国的超超临界发电技术已快速达到世界先进水平。目前，超临界、超超临界火电汽轮机和百万等级的核电汽轮机仍是我国主要的发电机组。在全球经济的高速发展和电能需求的日益增加的大背景下，汽轮机作为电厂发电主力，其热经济性必须尽可能提高，而随着汽轮机单机功率的增加，采用更长的末级叶片则是提高汽轮机效率的必然手段。更高的圆周速度必然导致更大的液滴相对撞击速度，从而对叶片的振动特性与机组的安全运行造成更大的威胁。随着大功率汽轮机的发展，末级叶片水蚀防护方法的研究受到了国内外电力工作人员的广泛重视。目前，末级叶片的水蚀仍然是影响大机组运行热经济性和安全可靠性