CN106086363A - 大型薄壁叶轮热处理用保护装置及防止叶轮热处理中变形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大型薄壁叶轮热处理用保护装置及防止叶轮热处理中变形的方法，装置包括用于放置叶轮的耐热托板，耐热托板工作面上方设有用于支撑叶轮中心轴孔端部的支撑件，耐热托板工作面设有多个用于保护叶板防止叶板变形的叶板固定保护结构；本发明通过升降装置、支撑件配合耐热托板，实现对叶轮中心轴孔部分的支撑，有效避免在热处理过程中对叶轮中心轴孔部分因重力造成的变形；通过采用叶板固定保护结构对叶轮上叶板和下叶板进行保护，有效避免热处理过程中冷却介质对叶板的冲刷碰撞，并且叶板固定保护结构中部留有冷却介质流道口，仍然能保证冷却效果；并且对下叶板进行紧固，有效避免叶轮在热处理中端部的变形。

Description

大型薄壁叶轮热处理用保护装置及防止叶轮热处理中变形的 方法

技术领域

本发明涉及叶轮热处理领域，具体地涉及大型薄壁叶轮热处理用保护装置及防止叶轮热处理中变形的方法。

背景技术

离心式压缩机或离心泵用来为各种流体流动提供加压。这种压缩机或离心泵包含叶轮，当叶轮旋转时，流体轴向方向进入，然后加速进入周向和径向方向，高流速流体进入扩压器，经转换速度后输出高压流体，对此类压缩机或离心泵，所使用的叶轮一般为合金精密铸造大型薄壁叶轮。而不管对何种叶轮，在铸造后需要对叶轮进行车加工、热处理、高速试验后才能投入使用，对大型薄壁叶轮亦是如此，但现有技术中并没有针对大型薄壁叶轮而设置的热处理用夹具，申请人在对大型薄壁叶轮热处理过程中，发现以下问题：

1)由于叶轮的壁比较薄，最薄处小于1.2mm，如图1和2所示，叶轮的上叶板、下叶板很薄，在达到固溶温度时，几乎没有机械性能，很容易被流动冷却介质破坏，造成变形或破裂。在热处理过程中，冷却介质，从相邻叶片的间隙即叶轮的轴向进入，会对上叶板和下叶板造成碰撞从而使得叶板产生变形，甚至产生裂纹，如图3所示，上叶板和下叶板分别向上和向下变形，脱离理论正确位置，不利于叶轮的精度制造。

2)对于部分叶轮，叶轮中轴部位短于叶轮的高度，而在叶轮热处理过程中，叶轮放置于底板上时，中心轴孔没有任何支撑，导致中心轴孔处同样容易因重力作用而产生形变，或者中心轴孔的支撑不能适用于多种不同尺寸的叶轮，导致在热处理过程中叶轮中轴部位因没有支撑而容易产生变形；

3)在热处理过程中，若中心轴孔没有支撑，冷却介质从四周进入上下叶板的空间时，容易对叶轮造成冲击，容易造成叶轮的变形。

因此，需要对叶轮热处理中防止叶轮叶板及中轴变形的方法进行进一步地研究分析。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种大型薄壁叶轮热处理用保护装置，该装置能在热处理过程中，有效防止冷却介质对叶轮叶板造成冲刷而导致叶板变形的发生，避免了在热处理过程中叶轮中心轴孔发生变形。

还提供一种大型薄壁叶轮热处理用保护装置，该装置通过设置一个叶板保护装置，整体实现对叶轮上叶板与叶轮下叶板的覆盖，同时又不会影响冷却介质的流动，有效避免叶板以及叶轮中心轴孔变形的发生。

还提供一种防止叶轮热处理中变形的方法，该方法采用支撑件对叶轮中心轴孔进行支撑，并通过叶板固定保护结构对叶轮叶板进行有效保护，有效避免了热处理中叶板以及叶轮发生变形。

还提供防止叶轮变形的大型薄壁叶轮热处理方法，该方法通过可调节高度的支撑件支撑叶轮中心轴孔，实现不同尺寸叶轮的支撑，并通过叶板固定保护结构对叶轮进行保护，有效避免热处理中叶轮中心轴孔发生变形，并有效避免冷却介质对叶轮叶板触碰产生的变形。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的一个方案是：大型薄壁叶轮热处理用保护装置，包括用于放置叶轮的耐热托板，耐热托板工作面上方设有用于支撑叶轮中心轴孔端部的支撑件，耐热托板工作面沿叶轮周边可拆卸设有用于覆盖叶轮上叶板和下叶板的防止上下叶板变形的叶板固定保护结构，叶板固定保护结构可对上叶板和下叶板同时进行保护，且能对上叶板起到一个支撑作用，以防止上叶板受重力影响而产生的变形，并利用耐热托板在高温下强度高性能，在达到叶轮固溶温度时，耐热托板保持很好的平面度和机械强度，保证叶轮下叶板的平面度。所述支撑结构为托盘，托盘与升降装置连接，放置好叶轮后，通过升降装置旋转带动托盘向上移动，从而对叶轮中心轴孔部位进行有效支撑，因升降装置与托盘配合，可以实现不同尺寸叶轮的支撑。

其中，当叶轮端部大圆面在下，叶轮端部小圆面在上时，上方的叶板为上叶板，下方的叶板为下叶板。

叶板固定保护结构根据冷却介质的进入方式，叶板固定保护结构包括多组保护件，每组保护件设于每相邻的两个叶片之间，形成对叶轮圆周的整体包覆，保护件包括上叶板覆盖板和下叶板覆盖板。

为了便于操作以及节约成本，所述升降装置为旋转丝杠，旋转丝杠穿过所述的托盘且底部设于耐热托板内，升降装置还可以是升降电机或者液压缸或其他手动升降装置。

耐热托板上表面设有多个用于保护上叶板和下叶板的叶板固定保护结构，叶板固定保护结构对两个叶板起到定型和缓冲冷却介质的作用，在叶板固定保护结构的中心开有冷却介质流道口；通过叶板固定保护结构对上叶板和下叶板进行保护，有效防止叶板的变形；所述叶板固定保护结构包括上叶板覆盖板和下叶板覆盖板，上叶板覆盖板可以是一块倾斜设置或者水平设置的板，只要能使得冷却介质避免与上叶板直接接触即可，上叶板覆盖板可以与下叶板覆盖板通过一个中空的框体连接为一个整体，该框体的中空部分为冷却介质流道口，这样所述上叶板覆盖板与下叶板覆盖板通过流道口为一体结构，或者上叶板覆盖板与下叶板覆盖板分开设置。

为了提高保护效果，所述上叶板覆盖板中部开有上叶板卡槽用于将上叶板的端部卡于卡槽内，防护保护叶板效果较为理想。

所述下叶板覆盖板水平设置，且下表面设有用于与下叶板拼接的缺口，因为在热处理过程中，下叶板是高出耐热托板的，通过该缺口可以直接覆盖下叶板的端部，避免冷却气体对下叶板造成直接冲刷碰撞。

为了叶板固定保护结构能有效贴合叶轮，且避免热处理中叶轮端部产生变形，所述叶板固定保护结构通过紧固件与耐热托板紧固。

本发明提供的另一个方案是：大型薄壁叶轮热处理用保护装置，包括用于放置叶轮的耐热托板，耐热托板工作面上方设有用于支撑叶轮中心轴孔端部的支撑件，耐热托板工作面沿叶轮周边可拆卸设有一个或两段拼接的用于覆盖叶轮上叶板和下叶板的防止上下叶板变形的叶板固定保护结构，叶板固定保护结构包括上叶板覆盖板和下叶板覆盖板，上叶板覆盖板和下叶板覆盖板中间设有多个连接件，相邻的连接件之间形成用于介质流通的流道口，连接件提供竖向的支撑。

该方案中所述支撑件与升降装置连接，升降装置与第一个方案中的相同。

本发明提供的另一个方案是：防止叶轮热处理中变形的方法，在热处理中采用所述的大型薄壁叶轮热处理用保护装置。

本发明提供的另一个方案是：

防止叶轮变形的大型薄壁叶轮热处理方法，具体步骤如下：

1)在耐热托板上方设置支撑件；

2)将叶轮放置在耐热托板上并设置升降装置与支撑件连接；

3)通过升降装置调整支撑件的高度用于支撑叶轮的中心轴孔端部；

4)对每个相邻叶片之间的空间均设置叶板固定保护结构覆盖上叶板和下叶板以防止热处理中叶板变形；

5)进行热处理；

6)步骤5)完成后，从叶板固定保护结构的流道口内通入冷却介质。

本发明的有益效果是：

1)通过升降装置、支撑件配合耐热托板，实现对叶轮中心轴孔部分的支撑，有效避免在热处理过程中对叶轮中心轴孔部分因重力造成的变形。

2)通过采用叶板固定保护结构对叶轮上叶板和下叶板进行保护，有效避免热处理过程中冷却介质对叶板的冲刷碰撞，并且叶板固定保护结构中部留有冷却介质流道口，仍然能保证冷却效果；并且对下叶板进行紧固，有效保证叶轮在热处理中端部的变形。

3)采用本发明的方法，能有效防止叶轮叶板在热处理中的变形产生，同时冷却介质还会通过叶板固定保护结构的流道口，进入叶轮内部，进一步提高工件的质量和精度。

附图说明

图1为传统叶轮热处理中冷却介质流入时的侧面剖视图；

图2为传统叶轮热处理中冷却介质流入时的俯视图；

图3为叶轮受冷却介质碰撞产生变形的示意图；

图4为本发明保护装置的侧面剖视图；

图5为本发明保护装置的俯视图；

图6为本发明叶板固定保护结构的主视图；

图7为本发明叶板固定保护结构的俯视图；

图8为本发明叶板固定保护结构的侧面剖视图；

其中，1.叶轮，2.上叶板，3.下叶板，4.热处理料架，5.旋转丝杠，6.托盘，7.丝杠槽，8.叶板固定保护结构，9.叶片，10.流道口，11.上叶板卡槽，12.下叶板缺口，13.耐热托板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例1

大型薄壁叶轮热处理用保护装置，包括用于放置叶轮的耐热托板13，耐热托板13上方设有用于支撑叶轮1中心轴孔下端部的托盘6，托盘6与耐热托板13通过旋转丝杠5连接，耐热托板上设有丝杠槽7，耐热托板13上表面设有多个用于保护上叶板2和下叶板3的叶板固定保护结构8，在叶板固定保护结构8的中心开有冷却介质流道口10；放置好叶轮1后，通过旋转丝杠5旋转带动托盘6向上移动，从而对叶轮1中心轴孔部位进行有效支撑，因旋转丝杠5与托盘6配合，可以实现不同尺寸叶轮1的支撑，若要实现所有同样尺寸的叶轮的热处理，可将托盘6设置为固定结构；通过叶板固定保护结构8对上叶板2和下叶板3进行保护，有效防止叶板的变形，如图4和图5所示，对每个相邻叶片9之间的空间均设置叶板固定保护结构8，叶板固定保护结构8均匀布置在叶轮1圆周。

所述叶板固定保护结构8包括设于流道口10上方的上叶板覆盖板，和设于流道口下方的下叶板覆盖板，上叶板覆盖板可以是一块倾斜设置或者水平设置的板，只要能使得冷却介质避免与上叶板直接接触即可，上叶板覆盖板可以与下叶板覆盖板通过一个中空的框体连接，该框体的中空部分为冷却介质流道口10，如图6和图7所示，为了叶板固定保护结构8能有效贴合叶轮1，下叶板覆盖板上开有至少一个螺栓孔或者螺钉孔，用于将整个叶板固定保护结构8固定于耐热托板13，为了贴合的紧密效果，上叶板覆盖板和下叶板覆盖板的形状均为圆弧状。

为了提高保护效果，如图8所示，所述上叶板覆盖板中部开有上叶板卡槽11用于将上叶板的端部卡于卡槽内，防护保护叶板效果较为理想。

所述下叶板覆盖板水平设置，且其下表面设有用于与下叶板3拼接的下叶板缺口12，因为在热处理过程中，下叶板3是高出耐热托板13的，通过该下叶板缺口12可以直接覆盖下叶板3的端部，避免冷却气体对下叶板3造成直接冲刷碰撞。

实施例2

本实施例与实施例1的区别是：

上叶板覆盖板与下叶板覆盖板之间是分开设置的，同样上叶板覆盖板开有上叶板卡槽，下叶板覆盖板水平设置，且其下表面设有用于与下叶板拼接的下叶板缺口。

实施例3

大型薄壁叶轮热处理用保护装置，包括用于放置叶轮的耐热托板，耐热托板工作面上方设有用于支撑叶轮中心轴孔端部的支撑件，耐热托板工作面沿叶轮周边可拆卸设有一个或两段拼接的用于覆盖叶轮上叶板和下叶板的防止上下叶板变形的叶板固定保护结构，叶板固定保护结构包括上叶板覆盖板和下叶板覆盖板，上叶板覆盖板和下叶板覆盖板中间设有多个连接件，相邻的连接件之间形成用于介质流通的流道口。

实施例4

防止叶轮热处理中变形的方法，在热处理中采用所述的大型薄壁叶轮热处理用保护装置。

实施例5

防止叶轮变形的大型薄壁叶轮热处理方法，具体步骤如下：

1)在耐热托板上方设置支撑件；

2)将叶轮放置在耐热托板上并设置升降装置与支撑件连接；

3)通过升降装置调整支撑件的高度用于支撑叶轮的中心轴孔下端部；

4)对每个相邻叶片之间的空间均设置叶板固定保护结构覆盖上叶板和下叶板以防止热处理中上叶板和下叶板的变形；

5)进行热处理；

6)步骤5)完成后，从叶板固定保护结构的流道口内通入冷却介质。

叶板固定保护结构可以与实施例1或者实施例2中的结构相同或者不同。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.大型薄壁叶轮热处理用保护装置，其特征在于，包括用于放置叶轮的耐热托板，耐热托板工作面上方设有用于支撑叶轮中心轴孔端部的支撑件，耐热托板工作面沿叶轮周边可拆卸设有用于覆盖叶轮上叶板和下叶板的防止上下叶板变形的叶板固定保护结构。

2.如权利要求1所述的大型薄壁叶轮热处理用保护装置，其特征在于，所述支撑件为托盘，托盘与升降装置连接。

3.如权利要求2所述的大型薄壁叶轮热处理用保护装置，其特征在于，所述升降装置为旋转丝杠，旋转丝杠穿过所述的托盘且底部设于耐热托板内。

4.如权利要求1所述的大型薄壁叶轮热处理用保护装置，其特征在于，所述叶板固定保护结构包括多组保护件，每组保护件设于每相邻的两个叶片之间，保护件包括上叶板覆盖板和下叶板覆盖板。

5.如权利要求4所述的大型薄壁叶轮热处理用保护装置，其特征在于，所述上叶板覆盖板开有上叶板卡槽。

6.如权利要求4或5所述的大型薄壁叶轮热处理用保护装置，其特征在于，所述下叶板覆盖板水平设置，且下表面设有用于与下叶板拼接的缺口，所述下叶板覆盖板通过紧固件与耐热托板紧固。

7.如权利要求4或5所述的大型薄壁叶轮热处理用保护装置，其特征在于，所述上叶板覆盖板与下叶板覆盖板通过框体连接为一体。

8.如权利要求7所述的大型薄壁叶轮热处理用保护装置，其特征在于，所述框体开有用于介质流通的流道口。

9.防止叶轮热处理中变形的方法，其特征在于，在热处理中采用如权利要求1-8中任一项所述的大型薄壁叶轮热处理用保护装置。

10.防止叶轮变形的大型薄壁叶轮热处理方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)在耐热托板上方设置支撑件；

2)将叶轮放置在耐热托板上并设置升降装置与支撑件连接；

3)通过升降装置调整支撑件的高度用于支撑叶轮的中心轴孔端部；

4)对每个相邻叶片之间的空间均设置叶板固定保护结构覆盖上叶板和下叶板以防止热处理中叶板变形；

5)进行热处理；

6)步骤5)完成后，从叶板固定保护结构的流道口内通入冷却介质。