本发明涉及汽轮叶片装置技术领域，具体来讲是一种带阻尼结构的汽轮机叶片及其热处理工艺。
背景技术：
叶片是透平机械的重要零部件, 叶片振动造成的叶片失效是叶片的主要事故形式之一。目前, 世界上的汽轮机向大容量化、高速化发展。汽轮机的大容量化使得叶片需比以往承受更大的汽流力、离心力和工作温度。安全和高效是叶片设计人员的目标, 而叶片安全性则被考虑放在首位，叶片设计者采用各种手段来降低叶片动应力, 如使叶片成组、成圈或使用阻尼结构。利用阻尼拉金、叶片凸肩或围带等构成阻尼结构, 通过阻尼结构的干摩擦减小叶片振动应力是最有效的减小叶片振动应力的方法。国内外对叶片阻尼器的研究已有了一些结论，但都处在比较抽象的理论探讨之中,真正实用性的研究还很少。阻尼叶片已经在实际机组上运行, 如何合理设计阻尼叶片, 使其最有效地降低叶片的动应力, 乃是迫切需要解决的问题. 另外，现有的汽轮机设备用叶片使用寿命较短，抗腐蚀性能较差，不具备吸收隔热性和表面拒水性，不适合在环境恶劣及苛刻条件下使用。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提出一种带阻尼结构的汽轮机叶片及其热处理工艺，通过在汽轮机叶片顶端采用了阻尼结构并改变材料的组分以及热处理工艺, 增加叶片的阻尼以降低叶片响应, 从而降低叶片的动应力，同时使其具有较好的耐腐蚀性、吸收隔热性和表面拒水性。
本发明解决以上技术问题的技术方案：提供一种带阻尼结构的汽轮机叶片，包括由叶冠、叶根和中间连接体，所述叶根至叶冠之间的的中间连接体为变截面扭曲结构，且所述中间连接体的厚度由叶根向叶冠逐渐递减，在所述叶冠处的两侧面设有干摩擦阻尼块，所述干摩擦阻尼块呈三角形结构，该干摩擦阻尼块设置于距离叶冠顶部（0.2-0.25）L处，L为中间连接体的长度；且所述干摩擦阻尼块的厚度为h=½Hsinθ，其中H为叶根厚度，θ为中间连接体的扭曲角度。
本发明进一步限定的技术方案为：前述的带阻尼结构的汽轮机叶片，所述干摩擦阻尼块与叶根部均设有圆形倒角，干摩擦阻尼块的圆形倒角半径与所述叶根部圆形倒角半径相同。
前述的带阻尼结构的汽轮机叶片，所述的干摩擦阻尼块与汽轮机叶片的中间连接体、叶根以及叶冠采用高强耐腐蚀钢一体车加工而成。
进一步的，前述的带阻尼结构的汽轮机叶片的热处理工艺，加工汽轮机叶片的钢材质量百分比成分为：C：0.63-0.95%，Cr：2.61-3.63%，Si：0.32-0.35%，Mn：0.15-0.37%，Ti：1.41-1.56%，V：0.36-0.55%，Cu:0.85-0.95%，Ni：1.16-1.48%，Mo：0.72-0.85%，Als：0.015-0.035%，S≤0.005%，P≤0.007%，N≤0.007%，稀土元素：1.02-1.35%，余量为Fe；
其热处理工艺为：
㈠加热：将加工好的叶片加热至615-617℃，并保温45-47min；
㈡冷却：采用水冷以15-17℃/s的冷却速率将叶片加速冷却至531-534℃后，再空冷至室温；
㈢第一次回火：将叶片加热至575-577℃回火45-47min后，待温13-15s，使叶片温度均匀化，之后以38-40℃/s的冷却速率加速冷却至441-444℃后，再空冷至室温；
㈣第二次回火：将叶片加热至603-605℃回火67-69min后采用组合冷却工序冷却至室温。
本发明中含有Cr：2.61-3.63%，含量较高，可以改善热处理性能、提高淬透性、组织均匀性、回火稳定性，又可以提高钢的防锈性能和磨削性能；但铬含量较高时，淬火后增加钢中残余奥氏体，降低硬度和尺寸稳定性，增加碳化物的不均匀性，降低钢的冲击韧性和疲劳强度；本发明通过热处理，能够避免有害元素晶界偏聚及粗大碳化物析出，从而防止降低叶片的冲击韧性和疲劳强度。
本发明中含有Ni：1.16-1.48%，能够稳定奥氏体相、提高淬透性、降低韧脆转变温度并能够改善变形性能；配合本发明的热处理工艺，可以细化组织并得到板条束组织加少量（体积分数1-5%）稳定的回转奥氏体，该混合组织具有较高强度及优良冲击韧性。Ni含量过低，回转奥氏体稳定性下降，冲击韧性难以保证；Ni含量过高则使成本增加。
本发明步骤㈡中，采用风冷加速冷却至531-534℃，在随后的空冷过程中γ-Fe以切边机制转变为α-Fe，得到板条束形态的铁素体组织，而C原子则能够发生扩散，在板条界或板条束界上富集或以M-A组元间隙原子形式存在，该组织及元素分布状态更有利于后续热处理中回转奥氏体的形成，加速冷却还能够避免高温缓冷条件下有害元素晶界偏聚及粗大碳化物析出，有利于低温韧性。
步骤㈢中，575-577℃回火45-47min后，待温13-15s，使叶片温度均匀化，之后以38-40℃/s的冷却速率加速冷却至441-444℃后，再空冷至室温；回转奥氏体在板条界或板条束界上形成，并在保温过程中进一步富集合金元素以提高稳定性；铁素体板条束在保温过程中则发生回复，同时铁素体中的有害元素也被排至回转奥氏体中，从而改善了基体性能。
步骤㈣中，加热至603-605℃回火67-69min后空冷至室温，能够在保证强度的前提下使回转奥氏体富集足够多的合金元素，使少网状碳化物，使组织更为均匀，能够保持结构稳定，进一步增强接触疲劳强度和冲击韧性。因为，叶片加热过程中会由于碳化物液析变得硬而脆，它的危害性与脆性夹杂物相同，网状碳化物降低钢的冲击韧性，并使之组织不均匀度。
前述的带阻尼结构的汽轮机叶片的热处理工艺，所述稀土元素的组分质量百分比为：铈：22-27%，镨：10-17%，钬：17-22%，铒：14-16%，余量为镧，以上各组分之和为100%。
前述的带阻尼结构的汽轮机叶片的热处理工艺，所述组合冷却采用水冷、风冷与气雾冷却结合，先采用水冷以7-9℃/s的冷却速率将叶片水冷至510-550℃，然后采用风冷5-7℃/s的冷却速率将板坯冷至420-430℃，再采用气雾冷却以1-3℃/s的冷却速率将叶片水冷至300-320℃； 最后采用压缩空气或雾状乳化液以8-10℃/s的冷却速率将叶片冷至室温。
前述的带阻尼结构的汽轮机叶片的热处理工艺，加工汽轮机叶片的钢材质量百分比成分为：C：0.75%，Cr：2.98%，Si：0.34%，Mn：0.26%，Ti：1.50%，V：0.48%，Cu:0.93%，Ni：1.32%，Mo：0.81%，Als：0.025%，S：0.004%，P：0.006%，N：0.005%，稀土元素：1.22%，余量为Fe；
其热处理工艺为：
㈠加热：将加工好的叶片加热至616℃，并保温46min；
㈡冷却：采用水冷以16℃/s的冷却速率将叶片加速冷却至532℃后，再空冷至室温；
㈢第一次回火：将叶片加热至572℃回火42min后，待温14s，使叶片温度均匀化，之后以39℃/s的冷却速率加速冷却至442℃后，再空冷至室温；
㈣第二次回火：将叶片加热至604℃回火68min后采用组合冷却工序冷却至室温。
前述的带阻尼结构的汽轮机叶片的热处理工艺，其特征在于：所述稀土元素的组分质量百分比为：铈：26%，镨：13%，钬：19%，铒：15%，余量为镧，以上各组分之和为100%；所述组合冷却采用水冷、风冷与气雾冷却结合，先采用水冷以8℃/s的冷却速率将叶片水冷至530℃，然后采用风冷6℃/s的冷却速率将板坯冷至425℃，再采用气雾冷却以2℃/s的冷却速率将叶片水冷至310℃； 最后采用压缩空气或雾状乳化液以9℃/s的冷却速率将叶片冷至室温。
本发明的有益效果：本发明采用在叶片两侧增加两块三角形阻尼块用以增益阻尼，阻尼块的尺寸根据叶片大小以及对应角度设置，使其阻尼效果和叶片强度均能满足设计要求。机组运行时，通过干摩擦减小叶片振动应力，增加叶片的阻尼以降低叶片响应, 从而降低叶片的动应力，较之传统结构，阻尼大幅增加，提高了调节级动叶片的安全性。本发明提高了其防腐蚀效果，增加了叶片的使用寿命；另外本发明除了具有防腐蚀效果外，还具有很好的抗静电性和吸收隔热性，以及表面防污性，稀土元素的加入又能提高材料的耐磨损性，一举多得，获得了意外不到的技术效果。本发明叶片与现有的常规相比，可增加使用寿命2-3倍，同时具有抗静电性、吸收隔热性和表面防污性，稳定性更好，故障率可降低30-40%。
附图说明
图1为本发明结构的示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种带阻尼结构的汽轮机叶片，结构如图1所示，包括由叶冠1、叶根2和中间连接体3，叶根至叶冠之间的的中间连接体为变截面扭曲结构，且中间连接体的厚度由叶根向叶冠逐渐递减，在叶冠处的两侧面设有干摩擦阻尼块4，干摩擦阻尼块呈三角形结构，干摩擦阻尼块与叶根部均设有圆形倒角，干摩擦阻尼块的圆形倒角半径与叶根部圆形倒角半径相同；干摩擦阻尼块设置于距离叶冠顶部（0.2-0.25）L处，L为中间连接体的长度；且干摩擦阻尼块的厚度为h=½Hsinθ，其中H为叶根厚度，θ为中间连接体的扭曲角度；的干摩擦阻尼块与汽轮机叶片的中间连接体、叶根以及叶冠采用高强耐腐蚀钢一体车加工而成；本实施例在安装使用时，叶片的阻尼块与安装槽之间的间隙为0.5mm。
本实施例中加工汽轮机叶片的钢材质量百分比成分为：C：0.63%，Cr：2.61%，Si：0.32%，Mn：0.15%，Ti：1.41%，V：0.36%，Cu:0.85%，Ni：1.16%，Mo：0.72%，Als：0.015%，S：0.005%，P：0.007%，N：0.007%，稀土元素：1.23%，余量为Fe；稀土元素的组分质量百分比为：铈：22%，镨：10%，钬：17%，铒：14%，余量为镧，以上各组分之和为100%。
其热处理工艺为：
㈠加热：将加工好的叶片加热至615℃，并保温47min；
㈡冷却：采用水冷以15℃/s的冷却速率将叶片加速冷却至531℃后，再空冷至室温；
㈢第一次回火：将叶片加热至575℃回火47min后，待温15s，使叶片温度均匀化，之后以38℃/s的冷却速率加速冷却至441℃后，再空冷至室温；
㈣第二次回火：将叶片加热至603℃回火69min后采用组合冷却工序冷却至室温；该组合冷却工序采用水冷、风冷与气雾冷却结合，先采用水冷以7℃/s的冷却速率将叶片水冷至510℃，然后采用风冷5℃/s的冷却速率将板坯冷至420℃，再采用气雾冷却以1℃/s的冷却速率将叶片水冷至300℃； 最后采用压缩空气或雾状乳化液以8℃/s的冷却速率将叶片冷至室温。
实施例2
本实施例结构与实施例1结构基本一致，区别在于本实施例中加工汽轮机叶片的钢材质量百分比成分为：C：0.75%，Cr：2.98%，Si：0.34%，Mn：0.26%，Ti：1.50%，V：0.48%，Cu:0.93%，Ni：1.32%，Mo：0.81%，Als：0.025%，S：0.004%，P：0.006%，N：0.005%，稀土元素：1.22%，余量为Fe；稀土元素的组分质量百分比为：铈：26%，镨：13%，钬：19%，铒：15%，余量为镧，以上各组分之和为100%。
其热处理工艺为：
㈠加热：将加工好的叶片加热至616℃，并保温46min；
㈡冷却：采用水冷以16℃/s的冷却速率将叶片加速冷却至532℃后，再空冷至室温；
㈢第一次回火：将叶片加热至572℃回火42min后，待温14s，使叶片温度均匀化，之后以39℃/s的冷却速率加速冷却至442℃后，再空冷至室温；
㈣第二次回火：将叶片加热至604℃回火68min后采用组合冷却工序冷却至室温，该组合冷却工序采用水冷、风冷与气雾冷却结合，先采用水冷以8℃/s的冷却速率将叶片水冷至530℃，然后采用风冷6℃/s的冷却速率将板坯冷至425℃，再采用气雾冷却以2℃/s的冷却速率将叶片水冷至310℃； 最后采用压缩空气或雾状乳化液以9℃/s的冷却速率将叶片冷至室温。
实施例3
本实施例结构与实施例1结构基本一致，区别在于本实施例中加工汽轮机叶片的钢材质量百分比成分为：C：0.95%，Cr：3.63%，Si：0.35%，Mn：0.37%，Ti：1.56%，V：0.55%，Cu:0.95%，Ni：1.48%，Mo：0.85%，Als：0.035%，S：0.003%，P：0.005%，N：0.005%，稀土元素：1.35%，余量为Fe；稀土元素的组分质量百分比为：铈：27%，镨：17%，钬：22%，铒：16%，余量为镧，以上各组分之和为100%。
其热处理工艺为：
㈠加热：将加工好的叶片加热至617℃，并保温45min；
㈡冷却：采用水冷以17℃/s的冷却速率将叶片加速冷却至531℃后，再空冷至室温；
㈢第一次回火：将叶片加热至577℃回火47min后，待温15s，使叶片温度均匀化，之后以40℃/s的冷却速率加速冷却至444℃后，再空冷至室温；
㈣第二次回火：将叶片加热至605℃回火69min后采用组合冷却工序冷却至室温；该组合冷却工序采用水冷、风冷与气雾冷却结合，先采用水冷以9℃/s的冷却速率将叶片水冷至550℃，然后采用风冷7℃/s的冷却速率将板坯冷至430℃，再采用气雾冷却以3℃/s的冷却速率将叶片水冷至320℃； 最后采用压缩空气或雾状乳化液以10℃/s的冷却速率将叶片冷至室温。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。