[发明专利]一种减小水轮机叶片模压回弹的新方法

说明书

本发明属于水力发电设备水轮机加工技术。

水轮机转轮是水轮机的心脏，承受着强烈的动载荷作用，并成为传递能量的主要部件。因此对它的材质、形线及尺寸精度等要求都十分严格。混流式水轮机转轮是由上冠、叶片及下环组成，其中叶片形状复杂，重量大(达数吨)，尺寸厚薄差大，翼型是三维空间曲面。在制造上，工序多、工装多、难度很大。叶片型线的精确与否，直接影响着水轮机转轮的效率、抗磨蚀性能和运行稳定性，因此它的制造质量至关重要。

过去大多采用铸造方法制造叶片，打磨光滑后与上冠、下环拼焊。该工艺方法有很多缺点：型线偏差大、表面粗糙、打磨废工、抗气蚀性差，并且铸造的叶片带有铸造缺陷，使得叶片使用性能变坏，对于大型叶片，叶型精确度更难控制，最终也不易达到要求，因而多年来人们一直在努力探索其它的叶片制造方法。

自70年代后，不少发达国家相继采用模压、热弯成型技术来生产水轮机叶片，用该方法生产的水轮机叶片具有叶形准确、铲磨量小、价格适中、生产周期较短，从材质上改进了叶片质量等优点。因而这种技术在国内、外水轮机制造业中一直被高度重视。虽然模压水轮机叶片有许多优点，但是，由于中、高比转速水轮机叶片为非等厚变曲率的不可展构件，叶片尺寸大、形状复杂，因而完成叶片模压成型(尤其是中、高比转速转轮叶片)至今仍有许多难题没有很好解决，叶片模压后的回弹问题就是其中之一。叶片的模压成型基本上属于弯曲变形，由于水轮机叶片常用材料0Cr13Ni5Mo为较难变形的材料之一，板坯成型后的回弹不可避免，而叶片回弹的理论计算还不成熟，所以叶片模压后的回弹量难以估计。

目前，解决水轮机叶片压后回弹问题的方法有两种。一种为增加压型次数，压型后进行长时间保压冷却。这种减小反弹的方法不但浪费能源，而且工期延长，生产效率降低，控制回弹的效果往往还不理想。另一种减小回弹的方法是利用试压的方法，找出回弹发生的区域及相应的回弹数值，根据叶片的变形量，修正压模。这种方法不但浪费时间，而且浪费人力物力，往往一次试压很难成功。需经多次试压修正。并且回弹的测量，模具修改都很麻烦。由于上述原因，水轮机叶片模压后的回弹问题一直没有很好解决。

经国内查新，编号为GN99360，题目是“新的水轮机叶片模压工艺”，查新结论是：已有技术都是研究水轮机叶片模压工艺技术，但其方法不同与本发明。本发明的创新点是：利用马氏体相变诱发塑性，达到释放弹性应力，减步回弹。以相同题目进行国外查新，编号为：GJ99077，查新结论是：目前在国际上利用马氏体相变诱发塑性，解决水轮机叶片模压问题的研究末见相关报道。

我们在理论研究的基础上，发明了一种新的利用相变减小回弹的新方法。这种方法是将金属的相变过程与释放弹性应力结合起来。对于采用0Cr13Ni5Mo材料制造的水轮机叶片，经高温奥氏体化后，冷却至马氏体开始转变点(Ms)时，即开始发生马氏体转变。如果超过Ms点以上施加应力时，也可以引起马氏体转变，并且任何的加工形式都可以促进马氏体转变。这种现象称为加工(应力)诱发相变。相变的同时能导致应力集中的缓和，可以获得很大的塑性。我们利用这个原理来释放叶片受压后的弹性应力、减小回弹。其工艺方法是：将板坯加热至高温奥氏体化温度后，从炉中取出，迅速在压模中压型，压完后不脱模，通水迅速冷却至超过马氏体相变温度以上某一温度，以一定压力压型，压至某一温度后脱模。

本发明有如下优点：可以不用反复压型，压型时间短，节约能源，缩短工期，并且成形后叶片的机械性能更好。减小叶片的回弹效果显著。该工艺方法适用于所有采用模压方法制造的水轮机叶片。