CN115026244B - 一种转子支架铸造用冷却控温设备及其铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铸造用冷却设备技术领域，尤其是涉及一种转子支架铸造用冷却控温设备及其铸造方法，包括壳体，所述壳体内侧下部设置有底板，所述底板中部贯穿安装有中环，所述底板顶端设置有内壳，所述壳体顶端安装有顶盖。通过浇口架将熔融的液态金属加入浇筑腔中，将液态冷却介质经过工业过滤器过滤固体杂质后，使用泵送器将冷却介质从进水管输入到壳体内的底板下方，之后冷却介质自下而上流入热节管，在内部的隔架和螺旋片导向下，换热介质自下而上流到顶端后，再折返流回冷却介质进入位置，对热节位置进行优先降温。
Description
技术领域
本发明涉及铸造用冷却设备技术领域，尤其涉及一种转子支架铸造用冷却控温设备及其铸造方法。
背景技术
大、中容量水轮发电机的转子支架，是连接磁轭和转轴成一体的中间部件，正常运行时转子支架要承受扭矩、磁极和磁轭的重力矩、自身的离心力以及热打键径向配合力的作用；对于支架与周热套配合结构，还要承受热套引起的配合力作用，因此，为保证转子支架的强度，会采用铸造方式进行制造。
但是其筋板的环形阵列呈现放射性排布的结构，在筋板交汇的位置，会因为铸件间隙较小，加之现有的冷却控温设备的水道布置不合理，导致热节位置的温度较高，使得铸件无法整体自底端至浇口逐步降温固化，给铸件凝固过程的补缩带来了困难，使得筋板交汇位置出现热裂、缩孔、缩松等铸造缺陷，给后期机械加工带来了非常大的麻烦。
为此，我们提出一种转子支架铸造用冷却控温设备及其铸造方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在现有的冷却控温设备的水道布置不合理，导致热节位置的温度较高，使得铸件无法整体自底端至浇口逐步降温固化，使得筋板交汇位置出现热裂、缩孔、缩松等铸造缺陷的问题，而提出的一种转子支架铸造用冷却控温设备及其铸造方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种转子支架铸造用冷却控温设备，包括壳体，所述壳体内侧下部设置有底板，所述底板中部贯穿安装有中环，所述底板顶端设置有内壳，所述壳体顶端安装有顶盖，所述顶盖、底板、中环和内壳围设形成用于浇筑制造转子支架的浇筑腔，所述壳体顶端安装有浇口架，所述壳体内侧位于转子支架热节处设置有热节管，所述内壳夹层位置设置有侧壁水道，所述侧壁水道中设置有辅助换热组件，所述热节管顶端安装有排气管；
钢水从浇口架加入浇筑腔，冷却介质从中环进入壳体，依次充满热节管、侧壁水道和顶盖，对热节位置进行优先控温后，自下而上呈阶梯状地进行整体换热控温，保证铸件整体自底端至浇口逐步降温固化。
优选的，所述中环顶端安装有进水管，所述壳体内侧位于底板下部设置有通过中环和进水管导通的下水腔，所述热节管下部和下水腔导通连接，所述热节管下部安装有和侧壁水道下部导通的分水管，所述内壳顶端安装有将侧壁水道顶端密封的密封条，所述内壳上部安装有和侧壁水道下部导通的导出管，所述壳体外侧下部安装有和导出管导通的汇流壳，所述汇流壳和顶盖之间通过软管导通连接，所述顶盖侧壁安装有出水弯管，所述出水弯管和排水环导通连接；
冷却介质从进水管进入下水腔，经过下水腔进入热节管，再从热节管通过分水管进入侧壁水道，之后从汇流壳流入顶盖，使得低温换热介质在下，高温换热介质在上，形成一个自下而上温度逐渐升高的降温空间。
优选的，所述热节管包括两个第一热节管和一个第二热节管，两个所述第一热节管和第二热节管下部弯曲互相导通连接，所述第一热节管和第二热节管下部位于连接处设置有上下开口的装配环，所述装配环上部开口和分水管底端装配连接，所述热节管通过装配环的下部开口和下水腔相互导通；
第一热节管和第二热节管精确布置在铸件的转子支架第一热节a和转子支架第二热节b位置，实现有限的精确控温。
优选的，所述内壳内侧下部安装有水平设置的隔架，所述隔架端部设置有三个螺旋片，三个所述螺旋片分别贯穿安装在第一热节管和第二热节管内部，所述隔架和螺旋片将热节管下部分隔成两个独立通道，两个所述独立通道在热节管顶端相互导通；
通过设置的隔架和螺旋片，使换热介质从下部进入和流出热节管，使得刚刚进入的低温冷却液会被上部流下的高温冷却液加热，使得管道下部温度低于上部温度，使热节位置也可以保持自下而上的冷却控温。
优选的，所述辅助换热组件包括第一隔条、第一接触架、第二隔条和第二接触架，所述第一隔条和第二隔条自上而下排列在侧壁水道中，所述第一隔条和第二隔条中部开设有等距排列的均流通孔，所述第一接触架安装在第一隔条上部，所述第二接触架安装在第二隔条上部；
第一隔条和第二隔条上的均流通孔将从下部流入的换热介质均匀的上流，冲击在第一接触架和第二接触架上，进行自下而上的均匀降温。
优选的，所述第一接触架和第二接触架与内壳靠近浇筑腔一侧内壁固定连接，所述第一接触架和第二接触架呈上厚下薄的楔形条状结构，所述第一隔条和第二隔条位于均流通孔顶端安装有半圆片，所述半圆片远离第一接触架和第二接触架设置；
第一接触架和第二接触架呈上厚下薄的楔形条状结构，可以提高换热介质和内壳之间的有效接触面积，并在通过导向在隔条之间形成涡旋，使得换热介质充分和内壳接触。
优选的，所述热节管顶端开口位置安装有底环，所述底环顶端安装有热金属片，所述热金属片顶端安装有底盘，所述排气管底端开口安装有顶盘，所述顶盘底端安装有转轴，所述转轴贯穿转动连接底盘，所述底盘底端安装有限位销，所述转轴下端开设有和限位销配合的豁口，所述顶盘和底盘中部开设有排气孔；
在换热管顶端位置设置排气区间，且排气动作随着温度的升高自动启动，可以进行自动的排气，保证冷却介质的稳定流通，并避免内部气泡影响换热效率。
优选的，使用本转子支架铸造用冷却控温设备进行铸造的方法，包括如下步骤：
1.通过浇口架将熔融的液态金属加入浇筑腔中，将液态冷却介质经过工业过滤器过滤固体杂质后，使用泵送器将冷却介质从进水管输入到壳体内的底板下方，之后冷却介质自下而上流入热节管，在内部的隔架和螺旋片导向下，换热介质自下而上流到顶端后，再折返流回冷却介质进入位置，对热节位置进行优先降温；
2.从热节管中流出的冷却介质从侧壁水道下部进入内壳夹层，在辅助换热组件的均流导向作用下，均匀的冲击在内壳靠近浇筑腔一侧内壁上，并通过辅助换热组件提高有效接触面积，进行自下而上的逐步降温冷却；
3.在降温过程中，流经螺旋片的冷却介质流动到螺旋片顶端折回时，冷却介质中的气体会留在排气管底端的位置，当气体聚集较少时，冷却介质液位高过底环带走底环温度，此时温度低热金属片不会形变，顶盘和底盘之间的开孔错开密封管道顶端，当管道中的气体聚集使液位低于底环时，底环吸收铸件的热量无法被带走，热金属片升温而向同侧弯曲，导致底盘转动和顶盘的开孔导通排除管道内部气体，及时地自动排气，保证冷却液的顺畅流通和稳定降温，直到铸件温度控制到凝固温度。
与现有技术相比，本一种转子支架铸造用冷却控温设备及其铸造方法的优点在于：
1、在水道的布置上，在转子支架的中孔位置，适配地设置中心水道，因为中孔位置也是筋板的交汇热节位置，并搭配设置在转子支架副热节位置的热节管，冷却液进入后先对热节位置进行降温，再使用温度相对升高后冷却液自下而上地对转子支架整体进行降温，使得热节位置优先降温降低热节和其他位置的温差；
2、通过热节管搭配内部的螺旋片，可以使冷却液从管道底部进入并流出，刚刚进入的低温冷却液会被上部流下的高温冷却液加热，使得管道下部温度低于上部温度，使热节位置自下而上的冷却，并且流出管道的液体自下而上流入侧壁水道，进行转子支架光滑表面自下而上的降温，使得整个铸件可以自底端至浇口逐步降温固化；
3、通过设置在侧壁水道中的带有通孔的隔条，搭配通孔顶端的半圆片，使得液体冲击向转子支架铸件方向，并通过接触架提高接触冷却表面积，提高换热效率，并通过弧形导流侧壁形成回旋涡流，使得冷却液在水道中充分流动混合，充分将热量转移到冷却液中，进一步提高散热效果，缩短铸造冷却时间；
4、热节管顶端设置有热金属片，当底环浸泡在冷却液中，此时温度低热金属片不会形变，顶盘和底盘之间的开孔错开密封管道顶端，当管道中的气体在管道顶端聚集时，会因为气压的作用导致管道内冷却液水位降低，直到底环脱落冷却液热金属片升温而向同侧弯曲，导致底盘转动使得开孔导通排除管道内部气体，及时地自动排气，保证冷却液的顺畅流通和稳定降温。
附图说明
图1为本发明提出的一种转子支架铸造用冷却控温设备的结构示意图；
图2为本发明提出的一种转子支架铸造用冷却控温设备制造的转子支架结构图；
图3为本发明提出的一种转子支架铸造用冷却控温设备的局部截切示意图；
图4为本发明提出的一种转子支架铸造用冷却控温设备的局部去除顶盖状态下的剖切示意图；
图5为本发明提出的一种转子支架铸造用冷却控温设备的局部后视示意图；
图6为本发明提出的一种转子支架铸造用冷却控温设备的热节管及其相连部件之间的剖切示意图；
图7为本发明提出的一种转子支架铸造用冷却控温设备的隔条、半圆片和接触架之间的位置关系图；
图8为本发明提出的一种转子支架铸造用冷却控温设备的顶盘、底盘、热金属片及其相连部件之间的位置关系图。
图中：壳体1、软管2、汇流壳3、浇口架4、顶盖5、分水管6、出水弯管7、进水管8、排水环9、排气管10、第一热节管11、内壳12、第一隔条13、底板14、中环15、第二热节管16、导出管17、密封条18、顶盘19、螺旋片20、隔架21、底盘22、限位销23、热金属片24、底环25、下水腔26、第一接触架27、半圆片28、第二隔条29、第二接触架30；转子支架第一热节a；转子支架第二热节b；转子支架筋板c。
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-8，本实用新型提供三种技术方案：
实施例一
包括壳体1，壳体1内侧下部设置有底板14，底板14中部贯穿安装有中环15，底板14顶端设置有内壳12，壳体1顶端安装有顶盖5，顶盖5、底板14、中环15和内壳12围设形成用于浇筑制造转子支架的浇筑腔，壳体1顶端安装有浇口架4，壳体1内侧位于转子支架热节处设置有热节管，内壳12夹层位置设置有侧壁水道，侧壁水道中设置有辅助换热组件，热节管顶端安装有排气管10。
具体的，中环15顶端安装有进水管8，壳体1内侧位于底板14下部设置有通过中环15和进水管8导通的下水腔26，热节管下部和下水腔26导通连接，热节管下部安装有和侧壁水道下部导通的分水管6，内壳12顶端安装有将侧壁水道顶端密封的密封条18，内壳12上部安装有和侧壁水道下部导通的导出管17，壳体1外侧下部安装有和导出管17导通的汇流壳3，汇流壳3和顶盖5之间通过软管2导通连接，顶盖5侧壁安装有出水弯管7，全部出水弯管7和排水环9导通连接。
进一步的，热节管包括两个第一热节管11和一个第二热节管16，两个第一热节管11和第二热节管16下部弯曲互相导通连接，第一热节管11和第二热节管16下部位于连接处设置有上下开口的装配环，装配环上部开口和分水管6底端装配连接，热节管通过装配环的下部开口和下水腔26相互导通。
再进一步的，内壳12内侧下部安装有水平设置的隔架21，隔架21端部设置有三个螺旋片20，三个螺旋片20分别贯穿安装在第一热节管11和第二热节管16内部，隔架21和螺旋片20将热节管下部分隔成两个独立通道，两个独立通道在热节管顶端相互导通。
进行热节位置的精确控温时，钢水从浇口架4加入浇筑腔，冷却介质从中环15进入壳体1，依次充满热节管、侧壁水道和顶盖5，对热节位置进行优先控温后，自下而上呈阶梯状地进行整体换热控温，保证铸件整体自底端至浇口逐步降温固化，冷却介质从进水管8进入下水腔26，经过下水腔26进入热节管，再从热节管通过分水管6进入侧壁水道，之后从汇流壳3流入顶盖5，使得低温换热介质在下，高温换热介质在上，形成一个自下而上温度逐渐升高的降温空间，第一热节管11和第二热节管16精确布置在铸件的转子支架第一热节a和转子支架第二热节b位置，实现有限的精确控温，通过设置的隔架21和螺旋片20，使换热介质从下部进入和流出热节管，使得刚刚进入的低温冷却液会被上部流下的高温冷却液加热，使得管道下部温度低于上部温度，使热节位置也可以保持自下而上的冷却控温。
实施例二
包括壳体1，壳体1内侧下部设置有底板14，底板14中部贯穿安装有中环15，底板14顶端设置有内壳12，壳体1顶端安装有顶盖5，顶盖5、底板14、中环15和内壳12围设形成用于浇筑制造转子支架的浇筑腔，壳体1顶端安装有浇口架4，壳体1内侧位于转子支架热节处设置有热节管，内壳12夹层位置设置有侧壁水道，侧壁水道中设置有辅助换热组件，热节管顶端安装有排气管10。
具体的，辅助换热组件包括第一隔条13、第一接触架27、第二隔条29和第二接触架30，第一隔条13和第二隔条29自上而下排列在侧壁水道中，第一隔条13和第二隔条29中部开设有等距排列的均流通孔，第一接触架27安装在第一隔条13上部，第二接触架30安装在第二隔条29上部。
值得注意的，第一接触架27和第二接触架30与内壳12靠近浇筑腔一侧内壁固定连接，第一接触架27和第二接触架30呈上厚下薄的楔形条状结构，第一隔条13和第二隔条29位于均流通孔顶端安装有半圆片28，半圆片28远离第一接触架27和第二接触架30设置。
值得说明的，热节管顶端开口位置安装有底环25，底环25顶端安装有热金属片24，热金属片24顶端安装有底盘22，排气管10底端开口安装有顶盘19，顶盘19底端安装有转轴31，转轴31贯穿转动连接底盘22，底盘22底端安装有限位销23，转轴31下端开设有和限位销23配合的豁口，顶盘19和底盘22中部开设有排气孔。
进行阶梯降温和自动排气时，第一隔条13和第二隔条29上的均流通孔将从下部流入的换热介质均匀的上流，冲击在第一接触架27和第二接触架30上，进行自下而上的均匀降温，第一接触架27和第二接触架30呈上厚下薄的楔形条状结构，可以提高换热介质和内壳12之间的有效接触面积，并在通过导向在隔条之间形成涡旋，使得换热介质充分和内壳12接触，在换热管顶端位置设置排气区间，且排气动作随着温度的升高自动启动，可以进行自动的排气，保证冷却介质的稳定流通，并避免内部气泡影响换热效率。
实施例三
运用一种转子支架铸造用冷却控温设备进行铸造的方法，包括如下步骤：
1.通过浇口架4将熔融的液态金属加入浇筑腔中，将液态冷却介质经过工业过滤器过滤固体杂质后，使用泵送器将冷却介质从进水管8输入到壳体1内的底板14下方，之后冷却介质自下而上流入热节管，在内部的隔架21和螺旋片20导向下，换热介质自下而上流到顶端后，再折返流回冷却介质进入位置，对热节位置进行优先降温；
2.从热节管中流出的冷却介质从侧壁水道下部进入内壳12夹层，在辅助换热组件的均流导向作用下，均匀的冲击在内壳12靠近浇筑腔一侧内壁上，并通过辅助换热组件提高有效接触面积，进行自下而上的逐步降温冷却；
3.在降温过程中，流经螺旋片20的冷却介质流动到螺旋片20顶端折回时，冷却介质中的气体会留在排气管10底端的位置，当气体聚集较少时，冷却介质液位高过底环25带走底环25温度，此时温度低热金属片24不会形变，顶盘19和底盘22之间的开孔错开密封管道顶端，当管道中的气体聚集使液位低于底环25时，底环25吸收铸件的热量无法被带走，热金属片24升温而向同侧弯曲，导致底盘22转动和顶盘19的开孔导通排除管道内部气体，及时地自动排气，保证冷却液的顺畅流通和稳定降温，直到铸件温度控制到凝固温度。
通过合理的水道布置，对热节位置进行优先控温，避免热节位置的温度过高，同时可以自下而上呈阶梯状地进行整体换热控温，保证铸件整体自底端至浇口逐步降温固化，使得筋板交汇位置不易出现热裂、缩孔、缩松等铸造缺陷，大大铸造质量。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种转子支架铸造用冷却控温设备，包括壳体(1)，其特征在于，所述壳体(1)内侧下部设置有底板(14)，所述底板(14)中部贯穿安装有中环(15)，所述底板(14)顶端设置有内壳(12)，所述壳体(1)顶端安装有顶盖(5)，所述顶盖(5)、底板(14)、中环(15)和内壳(12)围设形成用于浇筑制造转子支架的浇筑腔，所述壳体(1)顶端安装有浇口架(4)，所述壳体(1)内侧位于转子支架热节处设置有热节管，所述内壳(12)夹层位置设置有侧壁水道，所述侧壁水道中设置有辅助换热组件，所述热节管顶端安装有排气管(10)，所述中环(15)顶端安装有进水管(8)，所述壳体(1)内侧位于底板(14)下部设置有通过中环(15)和进水管(8)导通的下水腔(26)，所述热节管下部和下水腔(26)导通连接，所述热节管下部安装有和侧壁水道下部导通的分水管(6)，所述内壳(12)顶端安装有将侧壁水道顶端密封的密封条(18)，所述内壳(12)上部安装有和侧壁水道下部导通的导出管(17)，所述壳体(1)外侧下部安装有和导出管(17)导通的汇流壳(3)，所述汇流壳(3)和顶盖(5)之间通过软管(2)导通连接，所述顶盖(5)侧壁安装有出水弯管(7)，所述出水弯管(7)和排水环(9)导通连接。
2.根据权利要求1所述的一种转子支架铸造用冷却控温设备，其特征在于，所述热节管包括两个第一热节管(11)和一个第二热节管(16)，两个所述第一热节管(11)和第二热节管(16)下部弯曲互相导通连接，所述第一热节管(11)和第二热节管(16)下部位于连接处设置有上下开口的装配环，所述装配环上部开口和分水管(6)底端装配连接，所述热节管通过装配环的下部开口和下水腔(26)相互导通。
3.根据权利要求2所述的一种转子支架铸造用冷却控温设备，其特征在于，所述内壳(12)内侧下部安装有水平设置的隔架(21)，所述隔架(21)端部设置有三个螺旋片(20)，三个所述螺旋片(20)分别贯穿安装在第一热节管(11)和第二热节管(16)内部，所述隔架(21)和螺旋片(20)将热节管下部分隔成两个独立通道，两个所述独立通道在热节管顶端相互导通。
4.根据权利要求3所述的一种转子支架铸造用冷却控温设备，其特征在于，所述辅助换热组件包括第一隔条(13)、第一接触架(27)、第二隔条(29)和第二接触架(30)，所述第一隔条(13)和第二隔条(29)自上而下排列在侧壁水道中，所述第一隔条(13)和第二隔条(29)中部开设有等距排列的均流通孔，所述第一接触架(27)安装在第一隔条(13)上部，所述第二接触架(30)安装在第二隔条(29)上部。
5.根据权利要求4所述的一种转子支架铸造用冷却控温设备，其特征在于，所述第一接触架(27)和第二接触架(30)与内壳(12)靠近浇筑腔一侧内壁固定连接，所述第一接触架(27)和第二接触架(30)呈上厚下薄的楔形条状结构，所述第一隔条(13)和第二隔条(29)位于均流通孔顶端安装有半圆片(28)，所述半圆片(28)远离第一接触架(27)和第二接触架(30)设置。
6.根据权利要求5所述的一种转子支架铸造用冷却控温设备，其特征在于，所述热节管顶端开口位置安装有底环(25)，所述底环(25)顶端安装有热金属片(24)，所述热金属片(24)顶端安装有底盘(22)，所述排气管(10)底端开口安装有顶盘(19)，所述顶盘(19)底端安装有转轴(31)，所述转轴(31)贯穿转动连接底盘(22)，所述底盘(22)底端安装有限位销(23)，所述转轴(31)下端开设有和限位销(23)配合的豁口，所述顶盘(19)和底盘(22)中部开设有排气孔。
7.根据权利要求6所述的一种转子支架铸造用冷却控温设备进行铸造的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.通过浇口架(4)将熔融的液态金属加入浇筑腔中，将液态冷却介质经过工业过滤器过滤固体杂质后，使用泵送器将冷却介质从进水管(8)输入到壳体(1)内的底板(14)下方，之后冷却介质自下而上流入热节管，在内部的隔架(21)和螺旋片(20)导向下，换热介质自下而上流到顶端后，再折返流回冷却介质进入位置，对热节位置进行优先降温；
S2.从热节管中流出的冷却介质从侧壁水道下部进入内壳(12)夹层，在辅助换热组件的均流导向作用下，均匀的冲击在内壳(12)靠近浇筑腔一侧内壁上，并通过辅助换热组件提高有效接触面积，进行自下而上的逐步降温冷却；
S3.在降温过程中，流经螺旋片(20)的冷却介质流动到螺旋片(20)顶端折回时，冷却介质中的气体会留在排气管(10)底端的位置，当气体聚集较少时，冷却介质液位高过底环(25)带走底环(25)温度，此时温度低热金属片(24)不会形变，顶盘(19)和底盘(22)之间的开孔错开密封管道顶端，当管道中的气体聚集使液位低于底环(25)时，底环(25)吸收铸件的热量无法被带走，热金属片(24)升温而向同侧弯曲，导致底盘(22)转动和顶盘(19)的开孔导通排除管道内部气体，及时地自动排气，保证冷却液的顺畅流通和稳定降温，直到铸件温度控制到凝固温度。
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