[发明专利]汽轮机叶片的离心应力模拟试验方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及汽轮机叶片的离心应力模拟试验方法及装置，尤其涉及能够以简单的方法高效地对为防止汽轮机叶片的振动而设置在所述汽轮机叶片的叶片端部的叶轮罩的、堆焊部伴随叶片的旋转而承受的离心应力进行模拟试验的汽轮机叶片的离心应力模拟试验方法及装置。

背景技术

为了满足大输出的要求，在用于发电用等的蒸汽汽轮机的汽轮机叶片中，其制作成如图5所示那样的超过40英寸的长大叶片。在该图5中，(A)是汽轮机的长大叶片的结构的一例的立体图，(B)、(C)是以箭头表示运行时作用于叶轮罩52、短轴54的扭回力矩的图，(D)、(E)是表示利用该扭回力矩而使整周的叶轮罩52、短轴54彼此抵接而成为整周环状叶片结构的状态的图。

在这样的蒸汽汽轮机的长大叶片中，为了抑制运行中的汽轮机叶片的振动，如图5(A)所示，在汽轮机叶片50的前端设置叶轮罩52，在中央部设置短轴54。即，对于围绕蒸汽汽轮机的转子安装的各个汽轮机叶片50而言，在运行中，对前端部(叶轮罩52的部分)如图5(B)那样、对中央部附近(短轴54的附近)如图5(C)那样分别施加箭头所示的扭回力矩。

因此，如图5(D)、图5(E)所示那样，设置有叶轮罩52、短轴54的汽轮机叶片50利用该扭回力矩使整周的叶轮罩52、短轴54彼此抵接而成为整周环状叶片结构。即，在蒸汽汽轮机中，利用汽轮机叶片50的扭回力，使邻接的叶轮罩52或短轴54抵接而利用在接触面产生的摩擦力减弱振动。需要说明的是，在该图5中，56是用于将汽轮机叶片50装配到蒸汽汽轮机的转子上的锯齿状突起(叶片根)。

另一方面，当超过例如40英寸的长大叶片以3600rpm旋转时，叶轮罩52的周速成为大致马赫2或超过马赫2的速度。由于其利用蒸汽旋转，所以微小的水粒子与汽轮机叶片50发生碰撞，从而存在产生被称为锈蚀的腐蚀的情况。因为该锈蚀对于坚硬的材料不产生侵蚀，所以，在根据汽轮机叶片50的形状、周速等而确定的最容易受到侵蚀的部位、例如图5(A)中以58表示的叶轮罩52与叶片部60的边界部，堆焊耐锈蚀性优越的硬合金(Delro·stelltite holdings corporation(缔洛洛合金控股公司)注册商标)等。

在堆焊的部分存在产生内部缺陷的情况，虽然硬合金等的耐锈蚀性优良但是其韧性低，所以当负载离心应力时，存在显现出内部缺陷的情况。即，当如上述那样以马赫2或超过它的周速使叶轮罩52旋转时，虽然与叶轮罩52的质量有关，但是，存在作用于叶轮罩52的离心力超过5t的情况，另外，在堆焊的部分58作用有这种离心力时，由于较硬的材料的韧性更低，可能产生内部缺陷并且该内部缺陷可能会表面化。

于是，在堆焊的部分作用有离心应力的情况下，针对因内部缺陷而产生的问题，存在如下的测试方法，即，在例如蒸汽汽轮机的转子的试验装置中装配图5(A)所示的叶片50，并使其以相当于电动机等的额定速度的115％的旋转速度进行旋转，并根据实际施加到转子上的离心应力的情况，对转子整体的完整安全性进行确认，这种用于确认的方法为HSB(高速平衡)测试方法。然后，在该测试之后，使用超音波等对堆焊部的状态进行检查。

然而，当在蒸汽汽轮机的转子上装配汽轮机叶片时，直径为汽轮机叶片单体形式的长度的3倍左右从而需要较大的空间。另外，由于该HSB测试需要减轻汽轮机叶片50高速旋转时的空气阻力，所以需要用于使收容试验装置整体的房间成为真空而进行测试的大型的真空室。而且，不但需要用于使真空室成为真空的大容量的真空泵，而且在成为真空之前需花费时间，从而需要花费如此大的成本。而且，这种HSB测试是在接近出厂前的最终工序时来进行的，但是，若测试的结果中发现缺陷，则需对汽轮机叶片50的修补，对试验装置进行装配而再次进行测试，从而可能导致产生工序上的较大往返动作。

作为这种应力负载状态的试验装置，例如，在专利文献1中公开有如下的应力负载耐环境性评价装置，即，为了提供能够在维持规定的弯曲应力负载的状态下来评价耐环境性的应力负载耐环境性评价法，该应力负载耐环境性评价装置带有对试料施加弯曲负载的工具和能够将工具收容在内部的容器，并且具有能够调整容器内气氛的温度、压力及组成的疑似环境再现装置、对工具施加载荷的载荷装置。