暴露至使用中的腐蚀损伤的动力涡轮盘的寿命延长制造技术

一种用于延长具有腐蚀损伤的动力涡轮盘（12）的使用寿命的修复方法（72），其中动力涡轮机（14）包括级（16、18、20、22）和级间间隙（26、28、30、32）。所述方法（72）包括：对没有腐蚀的基线盘的基线配置进行第一热分析（74）以确定第一稳态温度分布（44）。然后将腐蚀受损的盘（12）机加工（76）至适于修复所述腐蚀的深度以形成经机加工盘。对所述经机加工盘进行第二热分析（78）以确定所述经机加工盘的第二稳态温度分布。然后针对所述经机加工盘的盘轴对称特征（1‑10）计算第一预测安全循环寿命（PSCL）（80）。还针对所述经机加工盘的盘枞树特征（70）计算第二PSCL（82）。此外，使所述方法（72）合格（84）以确保所述经机加工盘的质量与新盘一致。

Extended life of power turbine disks exposed to corrosion damage in service

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】暴露至使用中的腐蚀损伤的动力涡轮盘的寿命延长优先权要求本申请根据35U.S.C.§119（e）要求于2017年6月20日提交的并且题为“DAMAGEREMOVALANDLIFEEXTENSIONOFPOWERTURBINEDISKSTHATAREEXPOSEDTOIN-SERVICECORROSIONOROTHEROPERATIONALDAMAGEBYUSINGSKIMMACHINING”（“通过使用铲削机加工对暴露至使用中的腐蚀或其他操作损伤的动力涡轮盘的损伤去除和寿命延长”）（代理人档案号2017P12697US）的共同待决的美国临时申请No.62/522,317的权益，所述美国临时申请以其全文通过引用并入本文中，并且本申请要求其优先权的权益。
技术介绍
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本专利技术的方面涉及一种用于延长具有腐蚀损伤的动力涡轮盘的使用寿命的修复方法，并且更具体地，涉及一种包括如下步骤的修复方法：对没有腐蚀的基线盘的基线配置进行第一热分析以确定第一稳态温度分布；将腐蚀受损的盘机加工至适于修复所述腐蚀的深度以形成经机加工的盘；对经机加工的盘进行第二热分析以确定经机加工盘的第二稳态温度分布；针对经机加工盘的盘轴对称特征计算第一预测安全循环寿命（PSCL）；针对经机加工盘的盘枞树特征计算第二PSCL；以及使所述修复方法合格以确保所述经机加工盘的质量与新盘一致。2.相关技术的描述利用动力涡轮机的航改燃气涡轮机在全球频繁用于油气和发电应用中。许多这些单元在离岸和海洋环境中操作，其中入口空气和燃料通常含有腐蚀性污染物，所述腐蚀性污染物可能导致严重高温表面浸蚀和关键动力涡轮机部件的机械性质的退化。这些动力涡轮机的性能和耐久性在很大程度上取决于热区段部件抵抗高温表面浸蚀并维持其机械性质的能力。动力涡轮盘的基质材料通常是铁基或镍基超级合金。在过去几年内，在动力涡轮机大修期间已经观察到多次盘腐蚀损伤事件，尤其是对于放置在海洋环境中的单元来说的盘腐蚀损伤事件。在涡轮盘的包括涡轮机叶片附接特征（即，称为盘枞树区域）以及经受气体和扭矩传递特征的盘面的区域处已经观察到实质性腐蚀损伤部分。在这些情况下，腐蚀机制已经被识别为低温热腐蚀（LTHC），也称为II型热腐蚀。此类腐蚀可以导致合金金属机械性质的实质性退化。期望修复暴露至腐蚀和其他操作损伤的动力涡轮盘，以便延长使用中的盘的操作寿命，而不危害设备的安全性和可靠性。
技术实现思路
公开了一种用于延长具有腐蚀损伤的动力涡轮盘的使用寿命的修复方法，其中动力涡轮机包括级和级间间隙。所述方法包括：对没有腐蚀的基线盘的基线配置进行第一热分析以确定第一稳态温度分布。所述方法还包括：将腐蚀受损的盘机加工至适于修复所述腐蚀的深度以形成经机加工盘，其中在统计学上确立用于机加工所述盘的所述深度。然后对经机加工盘进行第二热分析以确定所述经机加工盘的第二稳态温度分布。另外，所述方法包括：针对经机加工盘的盘轴对称特征计算第一预测安全循环寿命（PSCL）以及针对经机加工盘的盘枞树特征计算第二PSCL。此外，使所述修复方法合格以确保所述经机加工盘的质量与新盘一致，其中使修复方法合格包括：机加工试验、机械性质和金相评估以及残余应力评估。本领域的技术人员可以按任何组合或子组合共同或分别地应用本专利技术的相应特征。附图说明结合附图，在以下具体实施方式中进一步描述本专利技术的示例性实施例，在附图中：图1绘示了可以被机加工或重新加工以便去除和/或修复腐蚀缺陷的盘的示例性修复区。图2是已知的动力涡轮机的局部横截面视图并且绘示了已知的二次空气方案。图3绘示了动力涡轮机的盘的示例性稳态温度分布。图4示出在基线配置和最差情况间隙之间转子盘温度的稳态温度变化。图5绘示了盘轴对称特征的参考位置。图6绘示了根部区段枞树的横截面视图。图7绘示了用于延长具有腐蚀损伤的动力涡轮盘的使用寿命的修复方法。图8分别显示了试验盘1和试验盘2的第一归一化硬度结果和第二归一化硬度结果。图9显示了在室温下被归一化至新盘的最小可允许的规格的经修复盘的拉伸性质。图10绘示了被归一化至新盘的最小可允许规格的经修复盘的蠕变断裂性质。图11显示了试验盘D1和D2的机加工缺口特征和机加工腹板区段以及未机加工缺口特征和未机加工腹板区段处的残余应力测量的位置。图12示出了在机加工缺口特征和机加工腹板区段以及未机加工缺口特征和未机加工腹板区段盘面处沿周向方向的残余应力测量结果。图13示出了在机加工缺口特征和机加工腹板区段以及未机加工缺口特征和未机加工腹板区段盘面处沿径向方向的残余应力测量结果。图14绘示了动力涡轮盘负载分布曲线（每一循环的应变幅度），其中第一循环的拉伸过载负载因残余应力所致。图15绘示了由于因残余应力所致的第一循环的拉伸过载负载所致的动力涡轮盘的响应。为了便于理解，在可能的情况下，已经使用相同的附图标记来表示附图共用的相同元件。附图未按比例绘制。具体实施方式虽然在本文中已经详细显示和描述了并入本公开内容的教导的各种实施例，但是本领域的技术人员容易想到仍并入这些教导的许多其他变化实施例。本公开内容的范围在其应用上并不限于在说明书中所阐述的或在附图中所示出的示例性实施例的构造细节和部件的布置。本公开内容包含其他实施例，并且以各种方式实践或执行。而且，应理解的是，本文中所使用的措词和术语是出于描述目的，并且不应该被视为具有限制性。“包括”、“包含”或“具有”及其变型在本文中的使用旨在包含其后列出的项目及其等效物以及额外项目。除非另外说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦接”及其变型被广泛使用，并且包含直接和间接安装、连接、支撑和耦接。此外，“连接”和“耦接”并不限于物理或机械连接或耦接。根据本专利技术的方面，使用先前确立的盘修复方法来机加工受损盘以去除和/或修复腐蚀缺陷，以便延长使用中的盘的操作寿命以及经由铲削机加工（skimmachining）补救先前丢弃的盘。图1绘示了盘12的可以被机加工或重新加工以便去除和/或修复腐蚀缺陷的示例性修复区10。特别地，修复区10可以包括盘的边缘、腹板和孔区（参见图3）。在所述修复方法中，通过如下方法在统计学上确立用于机加工该盘的所提出的深度：研究由低温热腐蚀（LTHC）引发的表面下的受损（也称为II型热腐蚀引发的腐蚀）的观察到的深度、先前动力涡轮盘上的损伤、因工具打滑或一般不当操作以及生产盘的表面晶粒度所致的在盘中观察到的机加工引发的损伤的深度。另外，该修复方法包括以下各项的组合和/或序列：分析评估；综合机加工试验，其被实施以隔离修复过程变量的影响；经由残余应力评估研究对试验盘的广泛表征；以及在修复之后对从盘中取出的试样的机械测试。此外，使用过程控制来确保经修复的盘的质量水平与新制成的经机加工盘大致一致。寿命预测和影响评估根据本专利技术的方面，利用寿命预测方法来评估修复对动力涡轮盘的影响。在这方面，2015ASME涡轮机博览本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于延长具有腐蚀损伤的动力涡轮盘（12）的使用寿命的修复方法（72），其中动力涡轮机（14）包括级（16、18、20、22）和级间间隙（26、28、30、32），所述方法包括：/n对没有腐蚀的基线盘的基线配置进行第一热分析（74）以确定第一稳态温度分布（44）；/n将腐蚀受损的盘（12）机加工（76）至适于修复所述腐蚀的深度以形成经机加工盘；/n对所述经机加工盘进行第二热分析（78）以确定所述经机加工盘的第二稳态温度分布；/n针对所述经机加工盘的盘轴对称特征（1-10）计算第一预测安全循环寿命（PSCL）（80）；/n针对所述经机加工盘的盘枞树特征（70）计算第二PSCL（82）；以及/n使所述修复方法（72）合格（84）以确保所述经机加工盘的质量与新盘一致。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170620 US 62/5223171.一种用于延长具有腐蚀损伤的动力涡轮盘（12）的使用寿命的修复方法（72），其中动力涡轮机（14）包括级（16、18、20、22）和级间间隙（26、28、30、32），所述方法包括：
对没有腐蚀的基线盘的基线配置进行第一热分析（74）以确定第一稳态温度分布（44）；
将腐蚀受损的盘（12）机加工（76）至适于修复所述腐蚀的深度以形成经机加工盘；
对所述经机加工盘进行第二热分析（78）以确定所述经机加工盘的第二稳态温度分布；
针对所述经机加工盘的盘轴对称特征（1-10）计算第一预测安全循环寿命（PSCL）（80）；
针对所述经机加工盘的盘枞树特征（70）计算第二PSCL（82）；以及
使所述修复方法（72）合格（84）以确保所述经机加工盘的质量与新盘一致。


2.根据权利要求1所述的方法，其中在统计学上确立用于机加工所述盘的所述深度。


3.根据权利要求2所述的方法，其中通过研究由低温热腐蚀（LTHC）引发的表面下的损伤的观察到的深度来在统计学上确立用于机加工所述盘的所述深度。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二热分析（78）包括：确定所述基线配置与因所述盘（12）的机加工所致的最差情况间隙之间的稳态温度变化（52）。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一PSCL（80）基于边缘温度参考点（54）。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述盘枞树特征（70）包括所述盘枞树（70）的上部缺口（64）、中间缺口（66）和下部缺口（68）。


7.根据权利要求1所述的方法，其中盘特征的PSCL是最小爆裂寿命的2/3。


8.一种用于延长具有腐蚀损伤的动力涡轮盘（12）的使用寿命的修复方法（72），其中动力涡轮机（14）包括级（16、18、20、22）和级间间隙（26、28、30、32），所述方法包括：
对没有腐蚀的基线盘的基线配置进行第一热分析（74）以确定第一稳态温度分布（44）；
将腐蚀受损的盘（12）机加工（76）至适于修复所述腐蚀的深度以形成经机加工盘，其中在统计学上确立用于机加工所述盘的所述深度；
对所述经机加工盘进行第二热分析（78）以确定所述经机加工盘的第二稳态温度分布；
针对所述经机加工盘的盘轴对称特征（1-10）计算第一预测安全循环寿命（PSCL）（80）；
针对所述经机加工盘的盘枞树特征（70）计算第二PSCL（82）；以及
使所述修复方法（72）合格（84）以确保所述经机加工盘的质量与新盘一致。

【专利技术属性】
技术研发人员：D杜亚，J惠顿，MR哈加维，J富利，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE