CN107350457B - 一种面向空心涡轮叶片的高效清洁脱芯设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向空心涡轮叶片的高效清洁脱芯设备，包括脱芯反应装置、自动加水装置、碱液抽射装置及碱蒸汽收集装置等几个单元。通过自动加水装置将脱芯液浓度维持在指定范围内，保证脱芯反应可以长时间自动连续进行；通过碱液抽射装置实现冷却流道深处碱液的加强对流，保证冷却流道深处脱芯产物能被及时从型芯表面剥离并带出，加速冷却流道深处型芯的脱除；通过碱蒸汽收集装置将挥发出来的碱蒸汽溶解在清水中，保证脱芯室工作环境免受污染。本发明主要用于解决氧化铝基陶瓷型芯常压沸腾碱煮脱芯过程中叶片冷却流道深处型芯难以脱除的问题，同时可解决碱液沸腾蒸发导致的碱液浓度不可控且碱蒸汽污染脱芯室环境的问题。
Description
技术领域
本发明属于涡轮叶片制造技术领域，具体涉及一种面向空心涡轮叶片的高效清洁脱芯设备，适用于具有复杂细小形状冷却流道的空心涡轮叶片氧化铝基陶瓷型芯的快速脱除。
背景技术
现代航空发动机及燃气轮机均采用空心涡轮叶片，涡轮叶片工作环境极其恶劣，温度极高，单纯靠提高金属的耐温性已经不能满足其使用要求，必须靠优化叶片内部冷却流道来满足工作要求，所以空心涡轮叶片内部的冷却流道结构越来越复杂。为适应复杂结构冷却流道的制作要求，需要制造和使用具有对应结构的陶瓷型芯。目前，陶瓷型芯材料主要为氧化铝和氧化硅，与氧化硅基型芯相比，氧化铝基陶瓷型芯具有更高的抗高温蠕变性及化学稳定性，因此在新一代高温合金叶片铸造过程中得到广泛应用。
目前，针对氧化铝基陶瓷型芯的主流脱除方法为常压碱煮脱芯法。该方法安全，碱液对金属叶片的腐蚀程度小，并且碱液的沸腾作用能及时冲刷带走型芯表面的脱芯反应产物，保证脱芯反应的持续性。但在常压脱芯的中后期，细小冷却流道深处的碱液与外界的沸腾碱液对流交换缓慢，因此冷却流道深处脱芯反应产物的脱除速率较低。此外，在碱液沸腾过程中由于水分挥发导致碱液浓度升高，因此需要定期补水将碱液浓度控制在较为稳定范围内。同时，碱煮过程中挥发出来的少量碱蒸汽及加水过程中挥发出来的大量碱蒸汽还会污染脱芯室环境。因此，研究能保持高效脱芯的安全环保的脱芯设备具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种面向空心涡轮叶片的高效清洁脱芯设备。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：
一种面向空心涡轮叶片的高效清洁脱芯设备，包括脱芯反应装置、自动加水装置、碱液抽射装置和碱蒸汽收集装置；其中，
自动加水装置、碱液抽射装置、碱蒸汽收集装置通过管道连接到脱芯反应装置，脱芯反应装置中的反应腔内含脱芯液，用于对型芯进行脱除处理；自动加水装置用于维持反应腔内脱芯液浓度在指定范围内，保证脱芯反应能长时间自动连续运行；碱液抽射装置用于实现对金属叶片冷却流道深处型芯表面附近碱液的自动抽吸和喷射，加速型芯表面反应产物的剥离；碱蒸汽收集装置，用于消除碱蒸汽挥发污染脱芯室环境的问题。
本发明进一步的改进在于，脱芯反应装置包括反应腔，其底部设置有加热炉，内部用于盛放脱芯液，且脱芯液为高温高浓度碱液。
本发明进一步的改进在于，自动加水装置包括自动加水用清水容器、水泵、进水管及定时延时控制器，水泵通过进水管与反应腔相连通，并通过设置定时延时控制器的工作及关闭时间来定时定量的控制水泵的加水量。
本发明进一步的改进在于，碱液抽射装置包括抽射泵体以及设置在抽射泵体内的注射器，注射器通过聚四氟乙烯细软管与反应腔相连通，并通过抽射泵体上注射器的活塞运动，对冷却流道深处的碱液进行抽吸和喷射的动作，以此来加强冷却流道深处碱液的对流交换，加速脱芯产物的脱落。
本发明进一步的改进在于，碱蒸汽收集装置包括碱蒸汽收集用清水容器及排气管，碱蒸汽收集用清水容器内设置有碱蒸汽收集用清水，反应腔内的碱蒸汽将通过排气管流入碱蒸汽收集用清水中溶解掉。
本发明进一步的改进在于，金属叶片的型芯为氧化铝基陶瓷型芯，且金属叶片的尺寸范围为50mm～250mm。
本发明进一步的改进在于，反应腔采用耐碱液腐蚀的蒙耐尔合金制成，以保证在高温高浓度碱液工况下的工作寿命。
本发明进一步的改进在于，高温高浓度碱液的质量浓度范围为50％～70％，由KOH溶于水配制而成。
本发明进一步的改进在于，加热炉选用包括温度自动控制功能的电加热炉，对反应腔内脱芯液的加热温度范围为120℃～250℃。
本发明进一步的改进在于，反应腔的顶部设置有密封盖，密封盖包括密封槽、密封垫和管道连接口；其中，密封垫由聚四氟乙烯材料制成，其厚度范围为0.1mm-0.5mm。
本发明具有如下的优点：
本发明中的高效清洁脱芯设备包括自动加水装置、碱液抽射装置、脱芯反应装置和碱蒸汽收集装置等部分，属于常压脱芯范畴。该设备因为具有自动加水功能，因此可长时间将碱液浓度维持在指定范围内，保证该设备可长时间自动连续工作。该设备可以避免对脱芯室内的空气环境污染，这是因为脱芯过程中的挥发出来的碱蒸汽及加水过程中挥发出来的大量碱蒸汽均流入碱蒸汽收集装置中。该设备可解决常压碱煮脱芯工作中后期冷却流道深处碱液沸腾力不足的问题，可保证常压碱煮脱芯工作的持续高效性，这是因为在脱芯后期，碱液抽射装置将对冷却流道深处的碱液进行抽吸和喷射的交替动作，可加强此处碱液的对流交换作用并及时清除覆盖在型芯表面的反应产物，提高脱芯后期的脱芯反应效率。
进一步，本发明的脱芯液采用高温高浓度的碱液，能实现碱液与型芯快速反应，这是因为高温高浓度情况下碱液与型芯反应速度较快。
进一步，本发明中的自动加水装置，能将碱液浓度长时间控制在指定范围内，保证脱芯过程的自动连续运行。这是因为自动加水装置是通过定时延时开关实现定时定量的自动加水，解决了碱煮过程中水分挥发后脱芯液浓度持续升高的问题，同时相对于人工加水，由于采用自动加水，保证了脱芯过程的自动连续运行。
进一步，本发明可以保证脱芯反应持续高效的进行。这是因为碱液抽射装置中的抽射泵体可以通过通入冷却流道深处的若干聚四氟乙烯细软管对该处的碱液进行抽吸、喷射的动作，在脱芯工作的中后期增强冷却流道深处碱液的对流交换，加速冷却流道深处型芯表面脱芯反应产物的脱落。
进一步，本发明可以使脱芯室内的环境保持清洁，这是因为碱蒸汽收集装置可以保证脱芯过程中挥发出来的碱蒸汽被有效收集，而不会污染脱芯室环境。
综上所述，本发明主要解决氧化铝基陶瓷型芯的脱除问题，这是因为氧化铝型芯化学稳定性高，脱除困难。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、加热炉；2、型芯；3、金属叶片；4、冷却流道；5、脱芯液；6、反应腔；7、聚四氟乙烯细软管；8、抽射泵体；9、注射器；10、排气管；11、碱蒸汽收集用清水容器；12、碱蒸汽收集用清水；13、进水管；14、导线；15、定时延时控制器；16、自动加水用清水容器；17、水泵。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
本发明提出的一种面向空心涡轮叶片的高效清洁脱芯设备，主要包括脱芯反应装置、自动加水装置、碱液抽射装置和碱蒸汽收集装置，具体结构如下：
1)脱芯反应装置包括反应腔6，其底部设置有加热炉1，反应腔6的盖子与进水管13、排气管10及若干聚四氟乙烯细软管7进行固连。
2)自动加水装置包括自动加水用清水容器16、水泵17、进水管13及定时延时控制器15，通过设置定时延时控制器15的工作及关闭时间来定时定量的控制加水量。
3)碱液抽射装置包括抽射泵体8、注射器9及若干聚四氟乙烯细软管7。通过抽射泵体8上注射器9的活塞运动，对冷却流道4深处的碱液进行抽吸和喷射的动作，以此来加强冷却流道4深处碱液的对流交换，加速脱芯产物的脱落。
4)碱蒸汽收集装置包括排气管10及碱蒸汽收集用清水容器11，碱蒸汽将通过排气管10流入碱蒸汽收集用清水12中溶解掉，而不会污染脱芯室内空气环境。
在脱芯初期，通过定时延时控制器15将自动加水装置设置为定时定量的自动加水模式；在脱芯中后期，将反应腔盖上的聚四氟乙烯细软管7插入冷却流道4内，由碱液抽射装置中的注射器9通过聚四氟乙烯细软管7对冷却流道4深处型芯表面附近的碱液进行抽吸和喷射的交替动作，以此加强冷却流道4深处碱液的对流交换作用，加速脱芯反应。
自动加水过程中，由于清水与碱液温差大，清水加入碱液中后剧烈沸腾导致大量碱蒸汽生成。碱蒸汽通过排气管排入碱蒸汽收集用清水中，防止碱蒸汽对脱芯室内环境造成污染。
实施例
首先在反应腔6中配制适当浓度的脱芯液5，脱芯液5的量以能将金属叶片3淹没为宜。然后将反应腔6密封，将各管路连接密封好，在自动加水装置中的自动加水用清水容器16及碱蒸汽回收装置中的碱蒸汽收集用清水容器11中装入足量的清水，然后开始升温加热至碱液沸腾，并开启自动加水装置，每隔一段时间由定时延时控制器15自动启动水泵17加一定量的水。脱芯碱煮过程中挥发出来的少量碱蒸汽及加水过程中挥发出来的大量碱蒸汽将由碱蒸汽收集装置收集并溶解在碱蒸汽收集用清水12中。此时碱液抽射装置处于关闭状态，因为在脱芯初期，冷却流道4中的型芯2表面覆盖的脱芯反应产物在脱芯液5的沸腾冲刷力作用下可以被及时清除掉。连续脱芯一段时间后，待冷却流道4中的型芯2已腐蚀至深处，将碱液抽射装置中的聚四氟乙烯细软管7插入冷却流道4内，固定好并启动碱液抽射装置。此时，在抽射泵体8的抽射动作下，冷却流道4内的脱芯液5将先被抽吸到聚四氟乙烯细软管7中，然后又被快速喷射到冷却流道4深处型芯2的表面。此装置既能加强冷却流道4内碱液的对流交换，又能及时冲刷冷却流道4深处型芯2表面覆盖的脱芯反应产物。应用此种方式，可快速将冷却流道4深处的型芯2脱除干净。
Claims (9)
1.一种面向空心涡轮叶片的高效清洁脱芯设备，其特征在于，包括脱芯反应装置、自动加水装置、碱液抽射装置和碱蒸汽收集装置；其中，
自动加水装置、碱液抽射装置、碱蒸汽收集装置通过管道连接到脱芯反应装置，脱芯反应装置中的反应腔(6)内含脱芯液(5)，用于对型芯(2)进行脱除处理；自动加水装置用于维持反应腔(6)内脱芯液(5)浓度在指定范围内，保证脱芯反应能长时间自动连续运行；碱液抽射装置用于实现对金属叶片(3)冷却流道(4)深处型芯(2)表面附近碱液的自动抽吸和喷射，加速型芯(2)表面反应产物的剥离；碱蒸汽收集装置，用于消除碱蒸汽挥发污染脱芯室环境的问题；
自动加水装置包括自动加水用清水容器(16)、水泵(17)、进水管(13)及定时延时控制器(15)，水泵(17)通过进水管(13)与反应腔(6)相连通，并通过设置定时延时控制器(15)的工作及关闭时间来定时定量的控制水泵(17)的加水量。
2.根据权利要求1所述的一种面向空心涡轮叶片的高效清洁脱芯设备，其特征在于，脱芯反应装置包括反应腔(6)，其底部设置有加热炉(1)，内部用于盛放脱芯液(5)，且脱芯液(5)为高温高浓度碱液。
3.根据权利要求1所述的一种面向空心涡轮叶片的高效清洁脱芯设备，其特征在于，碱液抽射装置包括抽射泵体(8)以及设置在抽射泵体(8)内的注射器(9)，注射器(9)通过聚四氟乙烯细软管(7)与反应腔(6)相连通，并通过抽射泵体(8)上注射器(9)的活塞运动，对冷却流道(4)深处的碱液进行抽吸和喷射的动作，以此来加强冷却流道(4)深处碱液的对流交换，加速脱芯产物的脱落。
4.根据权利要求1所述的一种面向空心涡轮叶片的高效清洁脱芯设备，其特征在于，碱蒸汽收集装置包括碱蒸汽收集用清水容器(11)及排气管(10)，碱蒸汽收集用清水容器(11)内设置有碱蒸汽收集用清水(12)，反应腔(6)内的碱蒸汽将通过排气管(10)流入碱蒸汽收集用清水(12)中溶解掉。
5.根据权利要求1所述的一种面向空心涡轮叶片的高效清洁脱芯设备，其特征在于，金属叶片(3)的型芯(2)为氧化铝基陶瓷型芯，且金属叶片(3)的尺寸范围为50mm～250mm。
6.根据权利要求2所述的一种面向空心涡轮叶片的高效清洁脱芯设备，其特征在于，反应腔(6)采用耐碱液腐蚀的蒙耐尔合金制成，以保证在高温高浓度碱液工况下的工作寿命。
7.根据权利要求2所述的一种面向空心涡轮叶片的高效清洁脱芯设备，其特征在于，高温高浓度碱液的质量浓度范围为50％～70％，由KOH溶于水配制而成。
8.根据权利要求2所述的一种面向空心涡轮叶片的高效清洁脱芯设备，其特征在于，加热炉(1)选用包括温度自动控制功能的电加热炉，对反应腔(6)内脱芯液(5)的加热温度范围为120℃～250℃。
9.根据权利要求2所述的一种面向空心涡轮叶片的高效清洁脱芯设备，其特征在于，反应腔(6)的顶部设置有密封盖，密封盖包括密封槽、密封垫和管道连接口；其中，密封垫由聚四氟乙烯材料制成，其厚度范围为0.1mm-0.5mm。
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