CN103343704B - 一种开放式整体喷嘴组结构及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开放式整体喷嘴组结构，包括开放式喷嘴体、外围带和外环体；开放式喷嘴体包括右端内部设置一圈盖板的套筒，套筒外侧面上沿圆周均布多个与套筒轴心线呈一定角度的汽叶；外围带包括一加工有多个叶形孔的筒体，设置于开放式喷嘴体的外部，各叶形孔与相对应的汽叶焊接，使外围带与开放式喷嘴体之间形成一道道独立封闭的汽道；外环体为右端外部设置有一圈法兰的圆筒，外环体设置于外围带的外侧面，与外围带焊接为一体。本发明还提供一种开放式整体喷嘴组结构的加工方法：先对开放式喷嘴体、外围带和外环体分别进行单体初加工，然后组合装配焊接成一体，之后再最终加工成形。本发明加工方便，生产效率高，加工精度高，产品的加工质量高。

Description

一种开放式整体喷嘴组结构及加工方法

技术领域

本发明涉及一种热电联供汽轮机的喷嘴，特别是涉及一种开放式整体喷嘴组结构及加工方法。

背景技术

汽轮发电机组是电站建设中的关键动力设备之一，是把热能转换成机械能进而转换成电能的能量转换装置。由锅炉产生的高温、高压蒸汽，经过蒸汽透平，将热能与压力势能转换，成为汽轮机的机械能，带动汽轮机转子输出轴做功，该机械能通过汽轮机转子输出轴传递给发电机，从而将机械能转换成电能，因此，汽轮机作为源动机常被称为：“光明之源”。

热电联供汽轮发电机组是指汽轮机带动发电机向电网输送电能的同时又在汽轮机合适的通流位置处抽出一部分蒸汽进入热网供热，另一部分蒸汽继续在透平流道内膨胀作功带动汽轮机的转子输出轴做功，排汽在凝汽器中定压定温放热并凝结成水，最后，再进入热力循环当中。

热电联供汽轮机的喷嘴的作用是使蒸汽的热能有效地转化为动能，且喷嘴是对汽流起一定导向作用的重要部件，喷嘴组通过与调节阀相连，实现汽轮机之蒸汽流量的调节。所以喷嘴加工质量的好坏直接决定汽轮机通流部分效率的高低，对整个汽轮机组的出力起着非常关键的作用，是保证热电联供汽轮机组经济性及安全性的关键部件。现有技术的喷嘴因为结构复杂，加工起来比较困难，生产效率较低；且加工精度受加工空间的限制难以保证，加工精度低，加工质量较低；因此现有技术的喷嘴使热电联供汽轮机通流部分效率较低，使热电联供汽轮机的经济性较差。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种便于加工、生产效率高、加工精度高的开放式整体喷嘴组结构及加工方法，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种开放式整体喷嘴组结构，包括开放式喷嘴体、外围带和外环体；

所述开放式喷嘴体包括一圆环形的套筒，所述套筒右端的内部设置有一圈环形的盖板，所述盖板上设置有至少六个安装孔，所述套筒的外侧面上沿圆周均布有多个与套筒轴心线呈一定角度的汽叶，所述汽叶的外侧面落在与所述套筒的轴心线同轴的一个圆柱面上；

所述外围带包括一圆环形的筒体；所述开放式喷嘴体设置于该圆环形的筒体的内部；所述筒体上与开放式喷嘴体的各汽叶相对应设置有多个叶形孔，所述每个叶形孔的侧面与相对应的汽叶焊接，使外围带与开放式喷嘴体之间形成一道道独立封闭的汽道；

所述外环体包括一截面为矩形的圆环，所述圆环的两个内边角处均加工有作为焊接坡口的倒角，所述圆环右端的外部设置有一圈法兰，所述法兰上设置有至少六个装配孔；所述外环体设置于外围带的筒体的外侧面，通过在外环体的焊接坡口处设置焊缝使外环体和外围带焊接为一体。

其中，所述外围带的叶形孔与所述开放式喷嘴体的汽叶为间隙配合，所述开放式喷嘴体的各汽叶分别插入所述外围带的相应的叶形孔，所述各汽叶的外侧面低于所述外围带的筒体的外侧面。

优选地，所述各汽叶的外侧面低于所述外围带的筒体的外侧面至少1mm。

另外，所述外环体的圆环的内侧面可以设置一圈凹槽，所述凹槽与所述外围带的叶形孔相对应。

还有，所述外环体的法兰的左端面与所述开放式喷嘴体的盖板的左端面平齐，所述外环体的法兰的右端面、所述开放式喷嘴体的盖板的右端面与所述外围带的右端面均平齐，所述外围带的左端面与所述开放式喷嘴体的左端面也平齐。

本发明提供的一种开放式整体喷嘴组结构的加工方法包括以下步骤：

一、开放式喷嘴体的初加工：取管材或棒料，利用机床加工出开放式喷嘴体的套筒、盖板和汽叶；

外围带的初加工：取管材或棒料，利用机床加工出外围带的筒体和筒体右端的内部的一圈环形的定位板，在筒体上加工出多个叶形孔；之后再切割成至少三段的弧段；

外环体的初加工：取不小于外环体的法兰的外径的管材或棒料，利用机床加工出外环体的圆环的内孔，在内孔的两边角加工出作为焊接坡口的倒角；当本发明的一种开放式整体喷嘴组结构的外环体的圆环的内侧面设置一圈凹槽时，相应地，还要在内孔的内侧面上加工出一圈凹槽；

二、三位一体装配：首先，将完成初加工的外围带的至少三段弧段包裹到已完成初加工的开放式喷嘴体上，使一个个汽叶分别插入所述三段弧段上相应的叶形孔内，使三段弧段的右端的定位板对齐，再将三段弧段焊接为一体；然后再将一个个汽叶与叶形孔的侧面焊接，使完成初加工的外围带与完成初加工的开放式喷嘴体之间形成一道道独立封闭的汽道；之后对焊接的焊缝进行打磨，使焊缝不高于完成初加工的外围带的外侧面；

再将完成初加工的外环体套在完成初加工的外围带上，通过在焊接坡口处设置焊缝使完成初加工的外环体和完成初加工的外围带焊接为一体；

三、将焊接成一体的完成初加工的开放式喷嘴体、完成初加工的外围带和完成初加工的外环体进行消除焊接应力处理；

四、对本发明的开放式整体喷嘴组结构加工成形：利用机床切削掉完成初加工的外围带的定位板，使外环体的法兰的右端面、所述开放式喷嘴体的盖板的右端面、外围带的右端面均平齐；加工出外环体的法兰，使外环体的法兰的左端面与开放式喷嘴体的盖板的左端面平齐；车削外围带和开放式喷嘴体的左端面，使外围带的左端面和开放式喷嘴体的左端面平齐；再加工出外环体的法兰上的至少六个装配孔和开放式喷嘴体的盖板上的至少六个安装孔；使外环体、开放式喷嘴体、外围带都最终加工成形。

如上所述，本发明的一种开放式整体喷嘴组结构及加工方法，具有以下有益效果：

整体加工方便，生产效率高，加工精度高；产品的加工质量高，使热电联供汽轮机通流部分效率提高，从而提高热电联供汽轮机的经济性。

附图说明

图1显示为本发明的一种开放式整体喷嘴组结构的截面示意图。

图2显示为本发明的一种开放式整体喷嘴组结构的开放式喷嘴体的结构示意图。

图3显示为本发明的一种开放式整体喷嘴组结构的完成初加工的外围带的结构示意图。

图4显示为本发明的一种开放式整体喷嘴组结构的完成初加工的外环体的截面示意图。

元件标号说明

100  开放式喷嘴体

200  外围带

300  外环体

110  套筒

120  盖板

121  安装孔

130  汽叶

210  筒体

211  叶形孔

220  定位板

310  圆环

320  法兰

321  装配孔

330  焊缝

311  凹槽

312  焊接坡口

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种开放式整体喷嘴组结构，包括开放式喷嘴体100、外围带200和外环体300。

如图2所示，所述开放式喷嘴体100包括一圆环形的套筒110，所述套筒110右端的内部设置有一圈环形的盖板120，所述盖板120上设置有至少六个安装孔121，所述套筒110的外侧面上沿圆周均布有多个与套筒轴心线呈一定角度的汽叶130，所述汽叶130的外侧面落在与所述套筒110的轴心线同轴的一个圆柱面上。

如图1、图3所示，所述外围带200包括一圆环形的筒体210；所述开放式喷嘴体100设置于该圆环形的筒体210的内部；所述筒体210上与开放式喷嘴体的各汽叶130相对应设置有多个叶形孔211，所述叶形孔211的侧面与相对应的汽叶130焊接，使外围带200与开放式喷嘴体100之间形成一道道独立封闭的汽道。为了便于进行叶形孔211的侧面与相对应的汽叶130的焊接，所述外围带200的叶形孔211与所述开放式喷嘴体100的汽叶130可设为间隙配合，使所述开放式喷嘴体100的各汽叶130分别插入所述外围带200的相应的叶形孔211；为了避免焊接后的各汽叶130的外侧面以及焊缝高度高出外围带，所述各汽叶130的外侧面要低于所述外围带200的筒体210的外侧面。优选地，所述各汽叶130的外侧面低于所述外围带200的筒体210的外侧面至少1mm。

如图1、图4所示，所述外环体300包括一截面为矩形的圆环310，所述圆环310的两个内边角处均加工有作为焊接坡口312的倒角，所述圆环310右端的外部设置有一圈法兰320，所述法兰320上设置有至少六个装配孔321；所述外环体300设置于外围带200的筒体210的外侧面，通过在外环体300的焊接坡口312处设置焊缝330使外环体300和外围带200焊接为一体。其中，所述外环体300的圆环310的内侧面可以设置一圈凹槽311，所述凹槽311与所述外围带200的叶形孔211相对应。本发明设置凹槽311的目的是：外围带200的叶形孔211的侧面与开放式喷嘴体100的汽叶130进行焊接，使外围带200与开放式喷嘴体100之间形成一道道独立封闭的汽道，则叶形孔211与汽叶130之间的焊缝往往高出外围带200的外侧面，之后要对焊缝进行打磨，使焊缝不高于外围带200的外侧面，然而，在实际打磨过程中，因为受加工精度的制约，打磨后的外围带200的外侧面往往会有凸凹不平的现象，凹槽311的设置使外围带200的外侧面与外环体300的接触面积减小，从而不必因为外围带200外侧面的凸凹不平而使外环体300内孔加工的过大，较小的外环体300内孔使外环体300与外围带200的外侧面配合更加稳定；为了保证外环体300与外围带200的外侧面配合的稳定，凹槽311的宽度尺寸应略大于叶形孔211的轴向宽度尺寸，使外环体300与外围带200的外侧面配合的部分让开焊接区域；凹槽311的设置也避免了因外环体300内孔过大造成焊缝处的焊点过大甚至两焊接坡口312处的两道焊缝连接到一起，加大焊接量的问题。

如图1所示，所述外环体300的法兰320的左端面与所述开放式喷嘴体100的盖板120的左端面平齐，所述外环体300的法兰320的右端面与所述开放式喷嘴体100的盖板120的右端面也平齐。

本发明提供的一种开放式整体喷嘴组结构是通过以下加工方法实现的：

步骤一

开放式喷嘴体100的初加工：如图2所示，取管材或棒料，车削加工出开放式喷嘴体100的套筒110的内孔、汽叶130的外侧面以及盖板120；以套筒110的内孔为基准，采用五轴联动数控加工机床高精度的完成汽叶130的加工，使汽叶130保持准确的位置度和间距，且保证汽叶130的表面粗糙度和套筒110外侧面的表面粗糙度；

外围带200的初加工：如图3所示，取管材或棒料，车削加工出外围带200的筒体210和筒体210右端内部的一圈环形的定位板220(由于外围带的筒体210厚度薄，一般小于5mm，加工时钢性差，故用定位板220来加强筒体210的刚性，同时也成为外围带切割成至少三段弧段后再焊接成一体时的参照物)，采用线切割机，并配置相应工装，在筒体210上加工出多个叶形孔211，外围带200的初加工完成；将完成初加工的外围带切割成至少三段的弧段；

外环体300的初加工：如图4所示，取不小于外环体300的法兰320的外径的管材或棒料，车削出外环体300的圆环的内孔，在内孔的两边角加工出作为焊接坡口312的倒角；当本发明的一种开放式整体喷嘴组结构的外环体300的圆环的内侧面设置一圈凹槽311时，相应地，还要在内孔的内侧面上加工出一圈凹槽311。其中，所述焊接坡口312为外边角向内带斜度、内侧倒圆的倒角，这样的焊接坡口的主要作用是方便焊条可以有一定的摆动，从而使焊接效果和焊接质量更好。

步骤二

三位一体装配：首先，将完成初加工的外围带的至少三段弧段包裹到完成初加工的开放式喷嘴体上，使一个个汽叶130分别插入所述三段弧段上相应的叶形孔211内，借助工装夹具使三段弧段的右端的定位板220对齐，再将三段弧段焊接为一体；然后再将一个个汽叶130与叶形孔211的侧面焊接，使完成初加工的外围带与完成初加工的开放式喷嘴体之间形成一道道独立封闭的汽道；之后对焊接的焊缝进行打磨，使焊缝不高于完成初加工的外围带的外侧面。

再将完成初加工的外环体套在完成初加工的外围带上，借助工装夹具实现两者之间的定位，之后，如图1所示，通过在焊接坡口312处设置焊缝330使完成初加工的外环体和完成初加工的外围带焊接为一体。

步骤三

将焊接成一体的开放式喷嘴体、外围带和外环体进行消除焊接应力处理。

步骤四

对本发明的开放式整体喷嘴组结构加工成形：如图1所示，利用机床切削掉完成初加工的外围带的定位板220，使外环体300的法兰320的右端面、所述开放式喷嘴体100的盖板120的右端面、外围带200的右端面均平齐；加工出外环体300的法兰320，使外环体300的法兰320的左端面与开放式喷嘴体100的盖板120的左端面平齐；车削外围带200和开放式喷嘴体100的左端面，使外围带200的左端面和开放式喷嘴体100的左端面平齐；再加工出外环体300的法兰320上的至少六个装配孔321和开放式喷嘴体的100盖板120上的至少六个安装孔121；使外环体300、开放式喷嘴体100、外围带200都最终加工成形。

所述装配孔321和安装孔121用于将本发明通过紧固件固定在热电联供汽轮机的汽缸，为了便于将本发明的开放式整体喷嘴组固定在热电联供汽轮机的汽缸，出于装配的需要，本发明的开放式整体喷嘴组结构在装配前，需要沿轴心线切割成两半，然后分别进行装配。

本发明将开放式整体喷嘴组分解成三个零件，分别进行初步加工后再焊接起来进行最后加工成形，将复杂的结构拆分成易于进行机加工的结构，能够实现对汽道表面进行精加工，可是汽道表面的粗糙度高达Ra1.6甚至达到Ra0.8，能够严格保证各汽叶130的位置度和间距，保证汽道的均匀排布；解决了现有技术的喷嘴加工困难、生产效率较低、加工精度低、汽道表面粗糙度无法检测、汽道表面质量难以控制的问题。

综上所述，本发明一种开放式整体喷嘴组结构及加工方法使喷嘴加工方便，生产效率高，加工精度高；使喷嘴的加工质量高，使热电联供汽轮机通流部分效率提高，使热电联供汽轮机的经济性提高。本发明采用五轴联动数控加工机床，保证了开放式喷嘴体叶型的加工精度正确性；通过采用线切割机，并配置相应的工装，保证了外围带上与叶片对应的叶形孔的加工工艺精度正确性；通过配置三位一体装配的工装夹具，保证了三位一体装配工艺的可靠正确性。本发明提供了一种有效、实用的全新工艺方法，可以方便、准确、可靠地实现开放式整体喷嘴组的加工制造。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种开放式整体喷嘴组结构，其特征在于，包括开放式喷嘴体、外围带和外环体；

所述开放式喷嘴体包括一圆环形的套筒，所述套筒右端的内部设置有一圈环形的盖板，所述盖板上设置有至少六个安装孔，所述套筒的外侧面上沿圆周均布有多个与套筒轴心线呈一定角度的汽叶，所述汽叶的外侧面落在与所述套筒的轴心线同轴的一个圆柱面上；

所述外围带包括一圆环形的筒体；所述开放式喷嘴体设置于该圆环形的筒体的内部；所述筒体上与开放式喷嘴体的各汽叶相对应设置有多个叶形孔，所述每个叶形孔的侧面与相对应的汽叶焊接，使外围带与开放式喷嘴体之间形成一道道独立封闭的汽道；

所述外环体包括一截面为矩形的圆环，所述圆环的两个内边角处均加工有作为焊接坡口的倒角，所述圆环右端的外部设置有一圈法兰，所述法兰上设置有至少六个装配孔；所述外环体设置于外围带的筒体的外侧面，通过在外环体的焊接坡口处设置焊缝使外环体和外围带焊接为一体。

2.根据权利要求1所述的一种开放式整体喷嘴组结构，其特征在于：所述外围带的叶形孔与所述开放式喷嘴体的汽叶为间隙配合，所述开放式喷嘴体的各汽叶分别插入所述外围带的相应的叶形孔，所述各汽叶的外侧面低于所述外围带的筒体的外侧面。

3.根据权利要求2所述的一种开放式整体喷嘴组结构，其特征在于：所述各汽叶的外侧面低于所述外围带的筒体的外侧面至少1mm。

4.根据权利要求2所述的一种开放式整体喷嘴组结构，其特征在于：所述外环体的圆环的内侧面设置有一圈凹槽，所述凹槽与所述外围带的叶形孔相对应。

5.根据权利要求2或4所述的一种开放式整体喷嘴组结构，其特征在于：所述外围带的左端面与所述开放式喷嘴体的左端面平齐，所述外围带的右端面与所述开放式喷嘴体的盖板的右端面也平齐。

6.根据权利要求2或4所述的一种开放式整体喷嘴组结构，其特征在于：所述外环体的法兰的左端面与所述开放式喷嘴体的盖板的左端面平齐，所述外环体的法兰的右端面与所述开放式喷嘴体的盖板的右端面也平齐。

7.根据权利要求1所述的一种开放式整体喷嘴组结构，其特征在于：所述一种开放式整体喷嘴组结构的加工方法包括以下步骤：

一、开放式喷嘴体的初加工：取管材或棒料，利用机床加工出开放式喷嘴体的套筒、盖板和汽叶；

外围带的初加工：取管材或棒料，利用机床加工出外围带的筒体和筒体右端的内部的一圈环形的定位板，在筒体上加工出多个叶形孔；之后再切割成至少三段的弧段；

外环体的初加工：取不小于外环体的法兰的外径的管材或棒料，利用机床加工出外环体的圆环的内孔，在内孔的两边角加工出作为焊接坡口的倒角；

二、三位一体装配：首先，将完成初加工的外围带的至少三段弧段包裹到已完成初加工的开放式喷嘴体上，使一个个汽叶分别插入所述三段弧段上相应的叶形孔内，使三段弧段的右端的定位板对齐，再将三段弧段焊接为一体；然后再将一个个汽叶与叶形孔的侧面焊接，使完成初加工的外围带与完成初加工的开放式喷嘴体之间形成一道道独立封闭的汽道；之后对焊接的焊缝进行打磨，使焊缝不高于完成初加工的外围带的外侧面；

再将完成初加工的外环体套在完成初加工的外围带上，通过在焊接坡口处设置焊缝使完成初加工的外环体和完成初加工的外围带焊接为一体；

三、将焊接成一体的完成初加工的开放式喷嘴体、完成初加工的外围带和完成初加工的外环体进行消除焊接应力处理；

四、对本发明的开放式整体喷嘴组结构加工成形：利用机床切削掉完成初加工的外围带的定位板，使外环体的法兰的右端面、所述开放式喷嘴体的盖板的右端面、外围带的右端面均平齐；加工出外环体的法兰，使外环体的法兰的左端面与开放式喷嘴体的盖板的左端面平齐；车削外围带和开放式喷嘴体的左端面，使外围带的左端面和开放式喷嘴体的左端面平齐；再加工出外环体的法兰上的至少六个装配孔和开放式喷嘴体的盖板上的至少六个安装孔；使外环体、开放式喷嘴体、外围带都最终加工成形。

8.根据权利要求4所述的一种开放式整体喷嘴组结构，其特征在于：所述一种开放式整体喷嘴组结构的加工方法包括以下步骤：

一、开放式喷嘴体的初加工：取管材或棒料，利用机床加工出开放式喷嘴体的套筒、盖板和汽叶；

外围带的初加工：取管材或棒料，利用机床加工出外围带的筒体和筒体右端的内部的一圈环形的定位板，在筒体上加工出多个叶形孔；之后再切割成至少三段的弧段；

外环体的初加工：取不小于外环体的法兰的外径的管材或棒料，利用机床加工出外环体的圆环的内孔，在内孔的两边角加工出作为焊接坡口的倒角，在内孔的内侧面上加工出一圈凹槽；

二、三位一体装配：首先，将完成初加工的外围带的至少三段弧段包裹到已完成初加工的开放式喷嘴体上，使一个个汽叶分别插入所述三段弧段上相应的叶形孔内，使三段弧段的右端的定位板对齐，再将三段弧段焊接为一体；然后再将一个个汽叶与叶形孔的侧面焊接，使完成初加工的外围带与完成初加工的开放式喷嘴体之间形成一道道独立封闭的汽道；之后对焊接的焊缝进行打磨，使焊缝不高于完成初加工的外围带的外侧面；

再将完成初加工的外环体套在完成初加工的外围带上，通过在焊接坡口处设置焊缝使完成初加工的外环体和完成初加工的外围带焊接为一体；

三、将焊接成一体的完成初加工的开放式喷嘴体、完成初加工的外围带和完成初加工的外环体进行消除焊接应力处理；

四、对本发明的开放式整体喷嘴组结构加工成形：利用机床切削掉完成初加工的外围带的定位板，使外环体的法兰的右端面、所述开放式喷嘴体的盖板的右端面、外围带的右端面均平齐；加工出外环体的法兰，使外环体的法兰的左端面与开放式喷嘴体的盖板的左端面平齐；车削外围带和开放式喷嘴体的左端面，使外围带的左端面和开放式喷嘴体的左端面平齐；再加工出外环体的法兰上的至少六个装配孔和开放式喷嘴体的盖板上的至少六个安装孔；使外环体、开放式喷嘴体、外围带都最终加工成形。