获奖项目名称：

深度调峰/长循环汽轮机叶片水蚀原位激光再制造关键技术与应用

第一完成单位：

西安热工研究院有限公司

项目联系人：

李勇

联系人电话：

17791968280

联系人邮箱：

liyong@tpri.com.cn

项目简介：

2.1项目研究的目的意义
  我国燃煤机组及核电机组深度调峰及长循环运行已成为常态。在深度调峰及长循环运行过程中，发电机组汽轮机低压缸转子末级叶片面临严重的水蚀损伤风险。叶片表面的锯齿形水蚀缺陷易引起叶片断裂事故及机组非停事故，严重危害电厂的安全性和电网稳定性。近年来我国发电机组汽轮机叶片开裂/断裂事故频发。传统的钎焊司太立合金、热喷涂防护工艺，难以满足深度调峰工况下的防水蚀需求。因此开发高性能的汽轮机叶片水蚀损伤再制造技术，对于保障汽轮发电机组的安全运行以及新型电力系统的稳定性具有重要意义。
  针对深度调峰/长循环工况，开发汽轮机叶片水蚀损伤高性能再制造技术并实现工程应用，还面临如下技术难题：（1）调峰运行工况下叶片加速水蚀机理不明确，常用异种钢修复工艺不能满足新工况的需求；（2）现有防护涂层抗水蚀性能不满足深度调峰/长循环运行的需求；（3）现有再制造和表面强化设备在汽轮机整装结构原位再制造的可达性和防护范围有限。为此，项目组结合电站实际检修需求，提出了在不拆卸叶片的前提下，开发整装汽轮机叶片原位再制造技术。
2.2主要技术创新点
  经过十余年攻关，项目组在深度调峰/长循环运行汽轮机抗水蚀再制造方面取得主要创新成果如下：
  （1）阐明了水滴碰撞引起材料屈服及水滴分裂产生次生水滴加速水蚀疲劳的耦合损伤机理，提出 “叶片本体强化+涂层防护”协同策略，研发了叶片本体原位同材质修复工艺及型线恢复技术。
  （2）开发了“本体强化+涂层防护”的协同再制造工艺，实现了叶片浅层高硬度强化，提高叶片本体抗水蚀性能15倍，发明了高强韧性的抗水蚀涂层材料，抗水蚀性能相比传统司太立合金提升50%。
  （3）研发适应25mm窄间隙的激光喷枪，攻克了传统熔覆头叶顶区域大角度喷射无法沉积和熔覆头可达性差的难题；创新叶片本体/涂层协同热处理装备及技术，实现1次热处理协调叶片本体激光固溶析出强化和降低熔覆层残余应力。
  （4）构建汽轮机叶片水蚀原位激光再制造工程应用成套技术，发布了叶片再制造标准3部，原位再制造后变形量仅为0.16mm，原位再制造后汽轮机转子动平衡性能优于设计值，叶片长期服役寿命达到传统防护涂层的2倍以上。
2.3成果产生的价值
  项目获授权发明专利8项，受理发明专利1项，实用新型专利9项，制订标准3部，发表核心论文5篇，经中国核工业集团有限公司组织鉴定委员会认为：该项目成果“完全自主可控，达到国际先进技术水平”，该技术入选中国科协攻坚克难100强优秀案例；并成功在海南自贸港实施了首单专利技术许可交易，被中央人民政府网站专题报道，1项专利获得海南省专利金奖。
  该成果先后在124台汽轮机转子中成功应用，完成成果转化许可1次。2022~2024年间主要研发单位新增直接销售收入为10134.5万元，新增利润4236.88万元；成果为应用单位累计减少非停及缩短检修周期共计620天，新增发电量29.4亿度，间接为电厂新增经济效益10.29亿元。成果实现了汽轮机叶片水蚀损伤的长效防治，对发电机组长期安全运行及电网稳定提供了有力保障，引领我国火电深度调峰发电技术及核电机组长循环发电技术向更加安全、可靠的方向发展。