CN102862031B - 可旋转叠加式的旋流器成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可旋转叠加式的旋流器成型方法,适用于使燃料和空气混合的旋流器加工,属于机械加工技术领域。利用线切割加工出两片相同叶形的叶轮，分别对两片叶形进行电火花切割，加工出间隙及连接处；将每个叶片以中线为轴，沿逆时针方向进行正交旋转，将两片旋转后的叶轮对应重叠在一起，再以中心为轴，相互间水平旋转180/n度，使得相邻两片叶片的间距相等。焊接固定两个叶轮，得到旋流器。本发明方法减少了对加工技术、设备及工艺的需求，节省了加工时间，提高了效率。

Description

可旋转叠加式的旋流器成型方法

技术领域

本发明涉及一种可旋转叠加式的旋流器成型方法，适用于使燃料和空气混合的旋流器加工,属于机械加工技术领域。

背景技术

空气污染和环境保护越来越成为人们日益关注的重要点，随着可持续发展的提出，中国在政治方面和经济方面都将环境保护上升到一定高度。此外许多政府也已经制定通过了与操作化石燃料燃烧系统有关的限制性环境条例以及一些限制燃气涡轮机发动机的污染物排放的法律。而且，对于运作环境友好的装置或者转变其现有系统的公司存在众多有力税率。NO_x的排放是对化石燃料燃烧评价的一个重要因素，由于NO_x排放物主要是在高温，富氧条件下产生的，所以减少NO_x排放的措施一般是将燃烧温度保持在NO_x生成温度以下。可以通过两种办法来实现，第一种办法是加大空气进气量，使燃烧在过量空气的情况下发生，从而使部分热量在反应区被多余的空气吸走，以降低NO_x的排放。第二种方法是将燃料和空气进行很好的混合，空气和燃料在燃烧之前混合的越好，则在燃烧室中形成其中发生增大的燃料分馏的区域的可能性越低。而该区域是导致燃烧室中局部温度增大，从而使NO_x排放增多的主要原因。

喷油系统是航空发动机燃烧室的关键组成部分，为了实现燃料的充分雾化、燃料与空气的良好混合以及发动机的不易熄火，同时追求更高的燃烧效率、更低的污染排放、更宽的稳定工作范围、更长的使用寿命以及更合理的出口温度分布，要求对于燃烧室流场组织结构及头部喷雾系统的设计提出新的挑战。如专利EP1867925A1的旋流器被广泛应用在燃气轮机中。该旋流器包括内外两个固定框以及两固定框之间的多个叶片，空气从外部高压侧经过叶片使空气做旋转运动流入内部低压侧，燃料通过内固定框流入低压侧。在此过程中，喷射的燃料与流过通道的空气由于流动相对速度及方向的较大差异能提高燃料的雾化效果并使燃料与空气进行充分的混合，从而产生进入燃烧室的空气燃料混合物。并且，由于旋流器使火焰头部产生高速旋转射流，形成了低压区，进而造成回流区，保证火焰稳定。此外，旋流器还为燃烧室头部提供适量的空气，以保证头部具有合适的余气系数。因而，旋流器被广泛运用在燃气轮机中。

CN 1637274A公开了一种旋流器制作方法，其在旋流槽的槽出口部具有弯曲部，并将旋流槽的剖面形状构成中心部的槽深比端部深的状态。在旋流槽的底面上设有平面部，并在旋流槽上游的外周侧设置具有与上述平面部同一高度的圆环状的平面，通过对上述旋流器的断面进行磨削，边调整旋流槽的深度边加工成型。

然而一般旋流器的加工成型方法是：

1.逐个加工单个叶片；

2.将叶片焊接到内外固定框上。

这种加工成型方法的优点是：

1.可以利用模具加工叶片；

2.加工工序少，生产线少。

但是同时也带来了种种不便之处：

1.难掌握叶片焊接时候的旋转角度；

2.对焊接技术的要求比较高；

3.对设备及加工工艺需求较大；

4.第二道工序加工明显比第一道工序复杂而慢很多，不利于工业化生产。

发明内容

本发明的目的是为解决普通的旋流器加工方法复杂且对加工设备和技术要求较高的问题，提出一种可旋转叠加式旋流器成型方法，通过将叶片和内壁一起加工，降低成型所需工艺要求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

步骤1，利用线切割加工出两片相同叶形的叶轮。

每个叶轮中心为中空的圆形,外缘为n/2个叶片拼接出的叶形，其中n为旋流器叶片数。每个叶片的外径末端伸出一定长度，使得叶片伸出端能卡入外固定框槽中，所伸出长度一般为旋流器的外固定框壁厚。

步骤2，分别对两片叶形进行电火花切割，加工出间隙及连接处。

利用电火花切割在两个相邻叶片间切割出一个间隙，各叶片间隙同宽同长，其末端连线与叶轮中心圆形成同心圆；同心圆与中心圆之间为叶轮的内固定框。

以间隙末端为中点，沿同心圆向两边加工相同长度的间隙，形成内固定框与叶片的连接处。每个连接处中心位于相应叶片的中线上。

步骤3，将每个叶片以中线为轴，沿逆时针方向进行正交旋转。

所旋转的角度由实际需求及燃料与空气混合效率决定。燃料与空气混合效率需求越高，所需角度越大；最大角度小于90度。

步骤4，将两片旋转后的叶轮对应重叠在一起。

由于叶片有一定的厚度，当两片叶轮重叠在一起后互相卡住，不会脱落分离。因为两片叶轮完全相同，所以重叠后的叶轮外形不变。

步骤5，将重叠在一起的两片叶轮以中心为轴，相互间水平旋转180/n度，使得相邻两片叶片的间距相等。

步骤6，焊接固定两个叶轮，得到旋流器。

在旋流器外固定框上切出与叶片焊接处相应的卡槽，然后将叶片的外径伸出端卡进卡槽，最后进行焊接固定。

有益效果

本发明方法给旋流器的加工成型带来了技术优势：

1.通过减少焊接内壁这一关键步骤，大大减少了对加工技术、设备及工艺的需求；

2.虽然加工工序增加，但是第一道工序能加工出一半数量的叶片，节省了加工时间；

3.随着加工工序的增加，每道工序的加工复杂程度及加工时间差别不大，提高了效率。

附图说明

图1为本发明的可旋转叠加式的旋流器成型方法流程图；

图2为具体实施方式中线切割加工出叶轮形状；

图3为具体实施方式中经过点火花切割加工出的叶轮形状；

图4为具体实施方式中叶片进行正交旋转后的叶轮形状；

图5为具体实施方式中叶轮叠加后再水平旋转后的叶轮形状。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

步骤1，利用线切割加工出两片相同叶形的叶轮，如图2所示。考虑到是两片重叠而成，因为总的叶片为14个，所以单个叶轮的叶片个数为7。每个叶片的外径末端伸出约2mm的固定端5，用于最后固定焊接。

步骤2，分别对两片叶形进行电火花切割，加工出间隙及连接处。

利用电火花切割在两个相邻叶片间切割出0.5mm的间隙（由旋流器直径大小决定）1，再用电火花切割将叶片2与内固定框4间不需要部分切除，剩下连接处3，如图3所示。

步骤3，正交旋转

将叶片2绕内固定框4圆心与内固定框4与叶片2连接处3中心的连线沿逆时针方向进行正交旋转，旋转的角度为30度，如图4所示。

步骤4，重叠叶轮

将两片切割及旋转后的叶轮重叠在一起，由于叶片有一定的厚度，所以当两片叶轮重叠在一起后会互相卡住，不会脱落分离。因为两片叶轮完全相同，所以重叠后的叶轮外形仍如图4所示。

步骤5，水平旋转

将重叠在一起的两片叶轮（图4）相互间水平旋转180/7约为26度，使得相邻两片叶片间间距相等（图5）。

步骤6，焊接

在外壁上与叶片焊接处切出相应的卡槽，然后将叶片的伸出端5卡进卡槽，最后进行焊接固定。

由于原先旋流器一般采用五轴坐标加工，加上机洗，最后加工成本有2万元左右。而通过可旋转叠加式的旋流器成型方法加工，在最后得到的旋流器效果相同情况下，只利用了线切割、电火花切割和焊接等工艺，利润控制在几百元范围内，大大降低了成本。而且加工时间也由原来的3-4小时缩短为2-3小时。

Claims (3)

1.可旋转叠加式的旋流器成型方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，利用线切割加工出两片相同叶形的叶轮；

每个叶轮中心为中空的圆形,外缘为n/2个叶片拼接出的叶形，其中n为旋流器叶片数；每个叶片的外径末端伸出一定长度，使得叶片伸出端能卡入外固定框槽中；

步骤2，分别对两片叶形进行电火花切割，加工出间隙及连接处；

利用电火花切割在两个相邻叶片间切割出一个间隙，各叶片间隙同宽同长，其末端连线与叶轮中心圆形成同心圆；同心圆与中心圆之间为叶轮的内固定框；

以间隙末端为中点，沿同心圆向两边加工相同长度的间隙，形成内固定框与叶片的连接处；每个连接处中心位于相应叶片的中线上；

步骤3，将每个叶片以中线为轴，沿逆时针方向进行正交旋转；

步骤4，将两片旋转后的叶轮对应重叠在一起；

步骤5，将重叠在一起的两片叶轮以中心为轴，相互间水平旋转180/n度，使得相邻两片叶片的间距相等；

步骤6，焊接固定两个叶轮，得到旋流器；

在旋流器外固定框上切出与叶片焊接处相应的卡槽，然后将叶片的外径伸出端卡进卡槽，最后进行焊接固定。

2.根据权利要求1所述的可旋转叠加式的旋流器成型方法，其特征在于：叶片的外径末端所伸出长度一般为旋流器的外固定框壁厚。

3.根据权利要求1所述的可旋转叠加式的旋流器成型方法，其特征在于：步骤3所旋转的角度由实际需求及燃料与空气混合效率决定；燃料与空气混合效率需求越高，所需角度越大；最大角度小于90度。