CN103170580B - 一种燃气轮机压气机轴承座的铸造工艺及其浇注系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机压气机轴承座的铸造工艺及其浇注系统，采用树脂砂浇铸工艺，其浇注系统包括直浇道、分配横浇道、分配浇道、横浇道、过滤包和内浇口；所述直浇道到横浇道的结构为两级平均分流分配结构，直浇道通过一根分配横浇道分流分配到两根分配浇道，再均分分流到横浇道；直浇道、横浇道和内浇口通过造型获得，分配横浇道和分配浇道为陶瓷管预制埋设。本发明的浇注系统和铸造工艺合理巧妙，浇注系统设置二级分流分配结构，经过多级缓冲、减压、抑制紊流之后的金属液通过内浇口从铸件的底部平稳地流入，从而能有效减少二次氧化夹渣、有利于铸件凝固补缩，满足铸件的表面和内部质量要求，大大提高铸件的质量。

Description

一种燃气轮机压气机轴承座的铸造工艺及其浇注系统

技术领域

本发明涉及一种浇注方法及其浇注系统，尤其涉及一种燃气轮机压气机轴承座的铸造工艺及其浇注系统。

背景技术

上海汽轮机厂是国内最早设计、生产燃气轮机的厂家之一。在21世纪初，上海电气迎来了燃气轮机发展的又一重大机遇。在2000年我国开始实施“西气东输”工程时，上海电气就明确了燃气轮机新高地建设的目标，提出了上海要建成一个综合性的能为用户全方位服务的燃气轮机生产基地的目标。2001年，在国家“以市场换技术”的大背景下，上海电气与西门子建立了合作伙伴关系，从西门子引进了一系列燃气轮机技术。

本公司试制的F级燃气轮机压气机轴承座上半铸件，单重13500kg，外形长4008mm，宽2004mm，高1267mm，呈喇叭形(见图1)。铸件高压力区执行德国TLV技术标准，铸件整体进行无损检测，其中超声波检测须达到DINEN1268-3标准中的2级要求；磁粉检测须达到DINEN1369标准中的3级要求，即要求在铸件内部不得有影响铸件使用的缩孔、缩松和表面不得有浮渣、裂纹等缺陷。要完成如此高质量的铸件，浇注系统的设计尤其重要，若采用传统的浇注系统，显然不能保证质量。因为传统的浇注系统无论是封闭式、半封闭式还是开放式，都无法保证金属液在整个浇注过程中的平稳流动，容易卷气、紊流，导致浮渣、裂纹以及缩松类缺陷。为了保证铸件的质量，就必须设计一种能满足高质量要求的铸件的浇注系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种合理巧妙的燃气轮机压气机轴承座的铸造工艺及其浇注系统，设置二级分流分配结构，经过多级缓冲、减压、抑制紊流之后的金属液通过内浇口从铸件的底部平稳地流入，大大提高铸件的质量。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：

一种燃气轮机压气机轴承座的铸造工艺，该铸件主体呈内外圈喇叭形，该工艺为砂型铸造工艺，该工艺采用树脂砂造型，其浇注系统包括一个定量浇口杯、一根直浇道、一根分配横浇道、两根分配浇道、一根横浇道、若干带有耐火陶瓷过滤片的过滤包和若干内浇口，内浇口位于铸件底部；所述横浇道设置在铸件内、外圈的中间部位，若干内浇口均分地交替连接于横浇道底部和铸件内、外圈的底部，所述横浇道与内浇口之间设置有带有耐火陶瓷过滤片的过滤包；所述直浇道到横浇道的结构为两级平均分流分配结构，所述直浇道通过一根分配横浇道一级分流分配到两根分配浇道，两根分配浇道为二级分流分配，所述分配浇道的4个出口均分地设置于所述横浇道顶部；所述的直浇道、横浇道和内浇口在树脂砂造型时通过树脂砂造型获得，所述分配横浇道和分配浇道为陶瓷管预制构成，在树脂砂造型时直接埋入树脂砂中与所述直浇道和横浇道接合成型。

该工艺造型时，所述过滤包及内浇口位于底箱中，部分所述直浇道位于盖箱中，其余部分所述直浇道位于坭芯中。

从所述直浇道、分配横浇道到分配浇道之前为全开放式浇口，从所述分配浇道、横浇道到内浇道为先封闭后开放式浇口。

进一步的，所述直浇道、分配横浇道、分配浇道、横浇道和内浇口的最小截面积之比为：0.71:0.99:1.27:1:1.86。

更优的，所述直浇道有效截面直径为120mm，所述分配横浇道有效截面直径为100mm，所述分配浇道有效截面直径为80mm。

所述内浇口最好平均布置15道，并且所述内浇口截面呈进一步满足开放式浇口设置要求的椭圆形变直径形状。

本发明同时提供了一种用于燃气轮机压气机轴承座树脂砂铸造的浇注系统，包括一个定量浇口杯、一根直浇道、一根分配横浇道、两根分配浇道、一根横浇道、若干带有耐火陶瓷过滤片的过滤包和若干内浇口，内浇口位于铸件底部；所述横浇道设置在铸件内、外圈的中间部位，若干内浇口均分地交替连接于横浇道底部和铸件内、外圈的底部，所述横浇道与内浇口之间设置有带有耐火陶瓷过滤片的过滤包；所述直浇道到横浇道的结构为两级平均分流分配结构，所述直浇道通过一根分配横浇道一级分流分配到两根分配浇道，两根分配浇道为二级分流分配，所述分配浇道的4个出口均分地设置于所述横浇道顶部；所述的直浇道、横浇道和内浇口通过树脂砂造型获得，所述分配横浇道和分配浇道由直接埋设入树脂砂型中的陶瓷管构成。

从所述直浇道、分配横浇道到分配浇道之前为全开放式浇口，从所述分配浇道、横浇道到内浇道为先封闭后开放式浇口。

进一步的，所述直浇道、分配横浇道、分配浇道、横浇道和内浇口的最小截面积之比为：0.71:0.99:1.27:1:1.86。

更优的，所述直浇道有效截面直径为120mm，所述分配横浇道有效截面直径为100mm，所述分配浇道有效截面直径为80mm。

燃气轮机压气机轴承座是一个三维尺寸较大，浇注时平均静压头Hp约330cm的大尺寸铸件，其生产过程中如何控制好液流和充型一直是个复杂的问题，

本发明将直浇道到横浇道之间巧妙的设置为二级分流分配结构，同时采用了不同于传统工艺的树脂砂造型、中间段比较复杂的的二级分流分配结构通过陶瓷管造型然后预制埋设于砂型中与直浇道、横浇道前后连接匹配，从而构成了更合理的浇注系统；通过将分配横浇道及分配浇口设置在浇注位置的中间偏下，可以降低金属液从浇口杯到内浇口的落差高度。将直浇道、分配横浇道、分配浇口、横浇道设计成逐级开放，既保证了金属液流量，也降低了金属液在浇口系统中的流速。分配横浇道和分配浇口起缓冲作用。从直浇道来的金属液在经过分配横浇道和分配浇口的缓冲之后进入横浇道，然后通过过滤包中的陶瓷过滤片过滤一次氧化夹杂并进一步抑制紊流，经过多级缓冲、减压、抑制紊流之后的金属液通过内浇口从铸件的底部平稳地流入。本发明的这种先开放，中封闭，再开放并配合有陶瓷过滤片的浇注系统，在陶瓷过滤片之前的浇注系统起到缓冲、减压的作用，减小金属液对陶瓷过滤片的冲击，通过陶瓷过滤片抑制紊流，使金属液按层流状态进入多道随形布置的内浇口从铸件底部平稳流入，避免翻滚、回流和冲刷型腔，使铸件受热均匀，从而能有效减少二次氧化夹渣、有利于铸件凝固补缩，满足铸件的表面和内部质量要求。

作为本发明的一种改进，所述直浇道、所述分配横浇道、所述分配浇道、所述横浇道和所述内浇口的最小截面积之比为：0.71:0.99:1.27:1:1.86，这种浇注系统具有缓冲、减压和减小紊流的作用。针对燃气轮机压气机轴承座我们选用所述直浇道有效截面直径为120mm，所述分配横浇道有效截面直径为100mm，所述分配浇道有效截面直径为80mm作为最优化的浇口参数。

进一步的，所述内浇口随形布置15道，并将内浇口截面设计成椭圆形变直径的形状，进一步满足开放式浇口的设置要求。本发明的铸造工艺、浇注系统使得生产中金属液充型速度能够控制在≤65cm/s。

附图说明

图1为本发明用于燃气轮机压气机轴承座树脂砂铸造的浇注系统的结构示意图之一；

图2为本发明用于燃气轮机压气机轴承座树脂砂铸造的浇注系统的结构示意图之二；

图3为浇注系统各浇道结构示意图。

图中：

1、直浇道2、分配横浇道3、分配浇道

4、横浇道5、耐火陶瓷过滤片6、过滤包

7、内浇口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1示出了燃气轮机压气机轴承座，该铸件主体呈内外圈喇叭形，本发明采用的树脂砂造型工艺，其浇注系统包括一个定量浇口杯、一根直浇道1、一根分配横浇道2、两根分配浇道3、一根横浇道4、15个带有耐火陶瓷过滤片5的过滤包6和15个内浇口7，内浇口7位于铸件底部；所述横浇道4设置在铸件内、外圈的中间部位，15个内浇口7均分地交替连接于横浇道底部和铸件内、外圈的底部，所述横浇道4与内浇口7之间设置有带有耐火陶瓷过滤片5的过滤包6；所述内浇口7截面呈满足开放式浇口设置要求的椭圆形变直径形状。

所述直浇道1到横浇道4的结构为两级平均分流分配结构，所述直浇道1通过一根分配横浇道2一级分流分配到两根分配浇道3，两根分配浇道3为二级分流分配，所述分配浇道3的4个出口均分地设置于所述横浇道4顶部；所述的直浇道1、横浇道4和内浇口7在树脂砂造型时通过树脂砂造型获得，所述分配横浇道2和分配浇道3为陶瓷管预制构成，在树脂砂造型时直接埋入树脂砂中与所述直浇道1和横浇道4接合成型。

该工艺造型时，所述过滤包6及内浇口7位于底箱中，部分所述直浇道1位于盖箱中，其余部分所述直浇道1位于坭芯中。

从所述直浇道1、分配横浇道2到分配浇道3之前为全开放式浇口，从所述分配浇道3、横浇道4到内浇道7为先封闭后开放式浇口，直浇道1、分配横浇道2、分配浇道3、横浇道4和内浇口7的最小截面积之比为：0.71:0.99:1.27:1:1.86，所述直浇道有效截面直径为120mm，所述分配横浇道有效截面直径为100mm，所述分配浇道有效截面直径为80mm。当然由于天气温度、湿度等各种因素的变化，浇口的截面直径、截面面积之比的参数也可以适当的调整。

本发明的铸造工艺、浇注系统使得生产中金属液充型速度能够控制在≤65cm/s。

上述15个带有耐火陶瓷过滤片的过滤包和15个内浇口，随着单位内浇口截面积的变化以及参数的适应性调整，其个数也可以作适当的调整。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种燃气轮机压气机轴承座的铸造工艺，该燃气轮机压气机轴承座铸件主体呈内外圈喇叭形，该工艺为砂型铸造工艺，其特征在于：该工艺采用树脂砂造型，其浇注系统包括一个定量浇口杯、一根直浇道、一根分配横浇道、两根分配浇道、一根横浇道、若干带有耐火陶瓷过滤片的过滤包和若干内浇口，内浇口位于铸件底部；所述横浇道设置在铸件内、外圈的中间部位，若干内浇口均分地交替连接于横浇道底部和铸件内、外圈的底部，所述横浇道与内浇口之间设置有带有耐火陶瓷过滤片的过滤包；所述直浇道到横浇道的结构为两级平均分流分配结构，所述直浇道通过一根分配横浇道一级分流分配到两根分配浇道，两根分配浇道为二级分流分配，所述分配浇道的4个出口均分地设置于所述横浇道顶部；所述的直浇道、横浇道和内浇口在树脂砂造型时通过树脂砂造型获得，所述分配横浇道和分配浇道为陶瓷管预制构成，在树脂砂造型时直接埋入树脂砂中与所述直浇道和横浇道接合成型。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机压气机轴承座的铸造工艺，其特征在于：所述过滤包及内浇口位于底箱中，部分所述直浇道位于盖箱中，其余部分所述直浇道位于坭芯中。

3.根据权利要求1或2所述的燃气轮机压气机轴承座的铸造工艺，其特征在于：从所述直浇道、分配横浇道到分配浇道之前为全开放式浇口，从所述分配浇道、横浇道到内浇道为先封闭后开放式浇口。

4.根据权利要求3所述的燃气轮机压气机轴承座的铸造工艺，其特征在于：所述直浇道、分配横浇道、分配浇道、横浇道和内浇口的最小截面积之比为：0.71:0.99:1.27:1:1.86。

5.根据权利要求4所述的燃气轮机压气机轴承座的铸造工艺，其特征在于：所述直浇道有效截面直径为120mm，所述分配横浇道有效截面直径为100mm，所述分配浇道有效截面直径为80mm。

6.根据权利要求1或2所述的燃气轮机压气机轴承座的铸造工艺，其特征在于：所述内浇口平均布置15道，并且所述内浇口截面呈进一步满足开放式浇口设置要求的椭圆形变直径形状。

7.一种用于燃气轮机压气机轴承座树脂砂铸造的浇注系统，其特征在于：包括一个定量浇口杯、一根直浇道、一根分配横浇道、两根分配浇道、一根横浇道、若干带有耐火陶瓷过滤片的过滤包和若干内浇口，内浇口位于铸件底部；所述横浇道设置在铸件内、外圈的中间部位，若干内浇口均分地交替连接于横浇道底部和铸件内、外圈的底部，所述横浇道与内浇口之间设置有带有耐火陶瓷过滤片的过滤包；所述直浇道到横浇道的结构为两级平均分流分配结构，所述直浇道通过一根分配横浇道一级分流分配到两根分配浇道，两根分配浇道为二级分流分配，所述分配浇道的4个出口均分地设置于所述横浇道顶部；所述的直浇道、横浇道和内浇口通过树脂砂造型获得，所述分配横浇道和分配浇道由直接埋设入树脂砂型中的陶瓷管构成。

8.根据权利要求7所述的浇注系统，其特征在于：从所述直浇道、分配横浇道到分配浇道之前为全开放式浇口，从所述分配浇道、横浇道到内浇道为先封闭后开放式浇口。

9.根据权利要求8所述的浇注系统，其特征在于：所述直浇道、分配横浇道、分配浇道、横浇道和内浇口的最小截面积之比为：0.71:0.99:1.27:1:1.86。

10.根据权利要求9所述的浇注系统，其特征在于：所述直浇道有效截面直径为120mm，所述分配横浇道有效截面直径为100mm，所述分配浇道有效截面直径为80mm。