CN109023408A - 高温合金氧化物还原装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高温合金氧化物还原装置，包括：高温反应炉包括反应内胆与置于反应内胆外部的外胆，所述反应内胆分别通过气路管道与HF气瓶、H2气瓶连接；所述反应内胆连接有所述内胆真空泵，所述外胆连接有所述外胆真空泵；外胆连接有AR气瓶；所述高温反应炉外胆内壁设置有加热装置，其顶部设置有双层密封炉盖；密封炉盖内外两侧设置有冷却水进口与冷却水出口，所述冷却水进口与冷却泵连接；反应内胆内设有内胆压力变送器；外胆内设置有外胆压力变送器。本发明提供的高温合金氧化物还原装置，通过对气体的流量、压力、温度，部件的数量的精确控制，对氧化物还原清洗过程进行完全自动化操作，得到稳定的预期效果，使后续钎焊维修工作实现可能。

Description

高温合金氧化物还原装置

技术领域

本发明属于高温合金材料清洗处理技术领域，具体涉及高温合金氧化物还原装置。

背景技术

燃气轮机主要应用在航空发动机、舰船动力装置、发电厂、石油钻井等领域。燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。 在使用过程中，一些工作在发动机高温部分的关键部件（如燃气轮机的各种涡轮叶片）因长期处于严苛的工作环境下，抵御着高温、机械应力、腐蚀和氧化等因素影响而慢慢地受到损坏。这些部件是采用昂贵的耐高温合金精密制造而成，尽管有相当长的使用寿命，但是当这些关键部件在使用一定时间后就会损坏到一定程度，并达到其设计使用极限，这将会严重影响发动机的输出功率和使用安全。因此，修复这些高价值的部件，以便在寿命周期内能重复使用，就成为较为经济的选择。这类部件被称为关键易损部件。

燃气轮机的关键易损件主要是导向静叶片、转子动叶片及其他部分高温部件。这一领域因其技术要求高，附加价值高，并且往往涉及军民两用的特点，各国企业对各自的技术、设备和工艺均严格保密。燃气涡轮叶片在高温环境中长时间工作，损坏后的修复程序是：去除涂层、去除氧化物、深度清洁裂纹和破损处、焊接恢复被腐蚀处、裂纹及表面缺陷钎焊、校形恢复原尺寸、重新涂层、检查测试以验证。为确保钎焊或其他焊接修复成功，必须首先对裂纹及缺陷部位深处的氧化物进行彻底的清除。此外，在钎焊时表面涂层因高温氧化、烧蚀生成铝、钛和铬等氧化物会影响钎料的流动和对母材的浸润，影响钎焊质量，因此也需要进行清除。

早期，航空发动机涡轮叶片主要是镍合金和钴合金，前焊前清除涂层和氧化物主要是通过打砂，然后用纯氢气在高温下反应还原去除氧化物，然后再进行真空钎焊维修。这一方法被称为“氢气还原”工艺。这一工艺对（仅仅是）某些早期牌号镍基和钴基的合金清洗很有效果，只要氢气中没有那些会与母材反应的氧、氮、甲烷和水（这些物质会与母材反应生成氧化物、氮化物、碳化物，从而严重影响钎焊工艺质量）。氟离子在升温过程中能去除燃气涡轮部件上的各种复杂的氧化物。氟化氢加热到700℃，加入氢气，把涡轮部件放置其中，从而达到清洗的目的。该清洗工艺主要是在高温下促成以下具代表性化学反应以去除高温合金叶片表面的Al，Cr，Ti，Nb，Zr等氧化物:

1.6HF(gas)+Cr2O3→3H2O+2CrF2(gas)+F2(gas)

2.12HF(gas)+2Al2O3→6H2O+4AlF3(gas)

目前，机械去除方法对工件损害大，报废率高，间接式方法加热清洗炉对清洗结果不可控，重复性不好；需要工件后续处理工作；间接式方法加热清洗炉伴生物对工件本身有污染，影响工件的维修结果。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

高温合金氧化物还原装置，其特征在于，包括高温反应炉、气路仪表柜、外胆真空泵、内胆真空泵、中和塔与冷却泵：

所述高温反应炉包括反应内胆与置于反应内胆外部的外胆，所述反应内胆分别通过气路管道与HF气瓶、H2气瓶连接，所述气路管道上设有流量计；所述反应内胆连接有所述内胆真空泵，所述外胆连接有所述外胆真空泵；所述反应内胆出气端与所述内胆真空泵输出端分别与所述中和塔连接；所述外胆连接有AR气瓶以向外胆充入氩气；

所述高温反应炉外胆内壁设置有加热装置，其顶部设置有密封炉盖；所述密封炉盖两侧设置有冷却水进口与冷却水出口，所述冷却水进口与冷却泵连接；所述反应内胆内设有内胆压力变送器；所述高温反应炉外胆内设置有外胆压力变送器，所述内胆压力变送器与外胆压力变送器分别与电气控制柜的控制器电性连接。

优选地，所述气路管道上还分别设置有气路控制阀门、压力传感器；所述流量计、气路控制阀门与压力传感器固定于气路仪表柜内。

优选地，所述外胆真空泵、内胆真空泵与冷却泵分别与电气控制柜的控制器电性连接。

优选地，所述密封炉盖通过液压升降装置实现密封、开启，所述液压升降装置固定于高温反应炉外壁。

优选地，所述外胆内的加热装置包括加热装置一、加热装置二、加热装置三，加热装置一、加热装置二、加热装置三将外胆内部空间分为一温区、二温区与三温区；所述加热装置一、加热装置二、加热装置三分别与固定于高温反应炉外壁的温度控制箱控制连接。

本发明至少包括以下有益效果：高温合金氧化物还原装置针对不同高温合金材料的运行工艺，根据合金的成分不同，通过把氟化氢和氢气的混合物加热到700℃到960℃之间，把高温合金部件放置其中，从而达到清洗的目的，以用于后续的钎焊或熔焊修复工序；通过正压和真空交替处理，达到彻底清洗的目的，则裂纹得到了很好的清洗，也得到了很高质量的后续钎焊修复条件；通过正压清洗工艺能清洗部件表面的氧化物、表面缺陷及较大的裂纹外，还能通过特定工艺有效地清洗部件内部或微小的裂纹，得到稳定的预期效果。

附图说明

图1是本发明的高温合金氧化物还原装置的结构图。

图2为本发明的气路仪表柜结构示意图。

图3为本发明的高温反应炉外部结构示意图

附图标记：1-高温反应炉，11-反应内胆，111-内胆压力变送器，12-外胆，121-外胆压力变送器，122-一温区，123-二温区，124-三温区，2-气路仪表柜，3-外胆真空泵，4-内胆真空泵，5-中和塔，6-冷却泵，61-水管，7-加热装置，71-加热装置一，72-加热装置二，73加热装置三，8-密封炉盖，81-冷却水进口，82-冷却水出口，9-液压升降装置，10-温度控制箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1~3示出了本发明的高温合金氧化物还原装置，包括高温反应炉1、气路仪表柜2、外胆真空泵3、内胆真空泵4、中和塔5与冷却泵6：

所述高温反应炉1包括反应内胆11与置于反应内胆11外部的外胆12，所述反应内胆11分别通过气路管道与HF气瓶、H2气瓶连接，所述气路管道上设有流量计；所述反应内胆11连接有所述内胆真空泵4，所述外胆12连接有所述外胆真空泵3；所述反应内胆11出气端与所述内胆真空泵4输出端分别与所述中和塔5连接；所述外胆12连接有AR气瓶以向外胆12充入氩气；

所述高温反应炉1外胆12内壁设置有加热装置7，其顶部设置有密封炉盖8；所述密封炉盖8两侧设置有冷却水进口81与冷却水出口82，所述冷却水进口81与冷却泵6连接；所述反应内胆11内设有内胆压力变送器111；所述高温反应炉1外胆12内设置有外胆压力变送器121，所述内胆压力变送器111与外胆压力变送器121分别与电气控制柜的控制器电性连接。

在这种技术方案中，需要清洗的高温涡轮部件放置在高温反应炉1反应内胆11内，通过加热炉子，通入HF（氟化氢）和H2（氢气）气体，控制气体流量和反应时间，完成清洗工艺过程。抽真空时，反应内胆11和外胆12压力被控制在一定的压差范围内，通过可控的压差来消除化学反应带来的压力变化影响，通过外胆压力变送器121与内胆压力变送器111工作从而调节控制压力；内胆真空泵4和外胆真空泵3分别对反应内胆11和外胆12抽真空，外胆真空泵3抽取空气后再通过AR（氩气）气瓶向外胆12内充入氩气作为保护气体，保证清洗安全；内胆真空泵4抽出高温涡轮部件裂纹内部存有的气体，接着加正压让HF和H2气体进入裂纹内，HF和H2与高温涡轮部件裂纹内的钛、铝和其他微小含量的氧化物发生反应，然后再抽真空，把裂纹内反应后生成的气体物质抽出，这样循环往复，通过正压和真空交替处理，达到彻底清洗的目的，则裂纹得到了很好的清洗，也得到了很高质量的钎焊修复；HF和H2从气瓶出来，经过调压阀减压，然后通过流量计调节对HF和H2的流量进行精确地计量，气体进入反应内胆11内，并均匀分布在反应内胆11空间，与待清洗部件充分接触；控制器采用一台PLC对设备进行控制，包括炉子的加热升温控制，流量、压力、温度的监测与控制。清洗过程中，反应气体需定时排放出去，以降低并保持炉子内腔的压力，并让HF和H2气呈流动状态，对所清洗的部件进行“冲刷”，达到更好的清洗效果，分别与反应内胆11出气端与内胆真空泵4输出端连接的中和塔5对含有剩余的HF和H2的排出气体进行中和处理，将HF和H2分离，用碱性物质中和HF的酸性，H2通过中和塔5出口端的点火装置进行燃烧处理。

优选地，所述气路管道上还分别设置有气路控制阀门、压力传感器；所述流量计、气路控制阀门与压力传感器固定于气路仪表柜2内。气路控制阀门、压力传感器；所述流量计、气路控制阀门与压力传感器全部规整在气路仪表柜2，便于工作人员查看仪表情况。

优选地，所述外胆真空泵3、内胆真空泵4与冷却泵6分别与电气控制柜的控制器电性连接。便于控制调节高温反应炉1的工作状态，控制外胆真空泵3、内胆真空泵4的工作，实现正压和真空交替处理，控制冷却泵6的启停，当有需要时实现冷却水循环降温作用。

优选地，所述密封炉盖8通过液压升降装置9实现密封、开启，所述液压升降装置9固定于高温反应炉1外壁。密封炉盖8重量大，使用与电气控制柜的控制器电性连接的液压升降装置9带动密封炉盖8移动从而实现密封炉盖8的开启与密封，减轻劳动强度，提高工作效率。

优选地，所述外胆12内的加热装置7包括加热装置一71、加热装置二72、加热装置三73，加热装置一71、加热装置二72、加热装置三73将外胆12内部空间分为一温区122、二温区123与三温区124；所述加热装置一71、加热装置二72、加热装置三73分别与固定于高温反应炉1外壁的温度控制箱10控制连接。温度控制箱10与电气控制柜的控制器电性连接，一温区122、二温区123与三温区124利于对反应内胆12进行精确加热升温，便于操作人员控制调节温度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.高温合金氧化物还原装置，其特征在于，包括高温反应炉（1）、气路仪表柜（2）、外胆真空泵（3）、内胆真空泵（4）、中和塔（5）与冷却泵（6）：

所述高温反应炉（1）包括反应内胆（11）与置于反应内胆（11）外部的外胆（12），所述反应内胆（11）分别通过气路管道与HF气瓶、H2气瓶连接，所述气路管道上设有流量计；所述反应内胆（11）连接有所述内胆真空泵（4），所述外胆（12）连接有所述外胆真空泵（3）；所述反应内胆（11）出气端与所述内胆真空泵（4）输出端分别与所述中和塔（5）连接；所述外胆（12）连接有AR气瓶以向外胆（12）充入氩气；

所述高温反应炉（1）外胆（12）内壁设置有加热装置（7），其顶部设置有密封炉盖（8）；所述密封炉盖（8）两侧设置有冷却水进口（81）与冷却水出口（82），所述冷却水进口（81）与冷却泵（6）连接；所述反应内胆（11）内设有内胆压力变送器（111）；所述高温反应炉（1）外胆（12）内设置有外胆压力变送器（121），所述内胆压力变送器（111）与外胆压力变送器（121）分别与电气控制柜的控制器电性连接。

2.根据权利要求1所述的高温合金氧化物还原装置，其特征在于，所述气路管道上还分别设置有气路控制阀门、压力传感器；所述流量计、气路控制阀门与压力传感器固定于气路仪表柜（2）内。

3.根据权利要求1所述的高温合金氧化物还原装置，其特征在于，所述外胆真空泵（3）、内胆真空泵（4）与冷却泵（6）分别与电气控制柜的控制器电性连接。

4.根据权利要求1所述的高温合金氧化物还原装置，其特征在于，所述密封炉盖（8）通过液压升降装置（9）实现密封、开启，所述液压升降装置（9）固定于高温反应炉（1）外壁。

5.根据权利要求1所述的高温合金氧化物还原装置，其特征在于，所述外胆（12）内的加热装置（7）包括加热装置一（71）、加热装置二（72）、加热装置三（73），加热装置一（71）、加热装置二（72）、加热装置三（73）将外胆（12）内部空间分为一温区（122）、二温区（123）与三温区（124）；所述加热装置一（71）、加热装置二（72）、加热装置三（73）分别与固定于高温反应炉外壁的温度控制箱控制连接。