CN115870699A - 一种燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具及相关装焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具，静叶环由叶片装配而成，本燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具包括通用底座、叶片定位环、内围带压环、外围带压环和压板，叶片定位环、压板与通用底座连接，内围带压环和外围带压环分别压紧叶片的内、外围带。本发明还公开了应用该燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具的装焊方法。本发明可提高静叶环装配精度，提高装焊效率，有效消除变形，且通用性好，可降低生产成本。

Description

一种燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具及相关装焊方法

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机装配夹具，更具体地说，它涉及一种燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具及应用该燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具的装焊方法。

背景技术

在现有的燃气轮机中，静叶和动叶构成了最基本的级，而静叶通常装配成环后分成两半嵌入相应壳体叶根槽中，故在燃气轮机运行过程中，对静叶安装的要求，如安装角、辐射线、喉宽等精度极为苛刻。现有的燃气轮机压气机静叶环的装配方式主要是分体式的，即静叶环由三部分组成，包括内环、外环及型线叶片，其中内、外环圆周上均布各个榫孔，型线叶片两端带有凸台。装配时先将内、外环用工装固定，然后手动将叶片两端插入内、外环榫孔中，扶牢后点焊并焊固叶片。这种装焊方式装配精度与焊接质量都难以满足要求，首先因为内、外环榫孔单边留有间隙，叶片插入榫孔后通过手工定位，而且在点焊与焊固时，也是通过人工一手定位一手焊接的方式逐个完成，这种装焊方式效率极低且无法保证叶片的安装角与焊接变形。其次不同级数的静叶环的叶片有长有短，对于细长的叶片因刚性差，焊后更易出现变形大、焊缝产生裂纹等问题。近年来投放市场的新型燃气轮机的静叶环结构是由包含叶身和内、外围带的完整叶片逐只装配成环的，如图1，然后后期再进一步将整环焊固。但由于叶片数量众多，叶片逐只装配成环并点焊的过程中需要保证极高的装配精度与焊接精度，同时还要考虑抗焊接变形。另外，一个燃气轮机通常包含了多达十几级的静叶环，装配的级数众多，尺寸各不相同。基于上述需求，极有必要设计一种通用的，能够实现燃气轮机压气机静叶环装焊的定位夹具。

发明内容

现有的燃气轮机压气机静叶环装焊工艺由于缺少适用工装，装焊效率低下且无法保证极高的装配精度、焊接精度，以及抗焊接变形工艺要求，为克服这些缺陷，本发明提供了一种可在装配时对叶片进行定位，点焊叶片成环时控制变形，电子束焊接时抗变形的燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具。

本发明的技术方案是：一种燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具，静叶环由叶片装配而成，本燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具包括通用底座、叶片定位环、内围带压环、外围带压环和压板，叶片定位环、压板与通用底座连接，内围带压环和外围带压环分别压紧叶片的内、外围带。使用本夹具时，叶片定位环连接在通用底座上，用于支承并定位静叶环的各个叶片，叶片以叶片定位环为基准，逐个放到叶片定位环上使静叶环拼合成型后，将内围带压环和外围带压环分别压在叶片的内、外围带上并用压板压紧，使得所有叶片被充分压紧并保持静叶环的构型，便于后续焊接工序的实施。本燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具可保证装配尺寸的准确性，减少中间环节的累积误差，而且控制了点焊叶片时的变形，保证了装焊质量，进而保证整个静叶环产品的尺寸精度。

作为优选，通用底座周向均布有多条压板滑槽，压板滑槽内滑动连接有压板，通用底座与叶片定位环接触面上设有连接孔，通用底座通过连接孔及连接孔内的定位件与叶片定位环匹配连接。压板可沿压板滑槽变动位置，调整径向距离以适应不同级静叶环的装焊定位需要，提高通用性，此种提高通用性的设计可极大节约生产成本。

作为优选，压板通过由滑块和压紧组件构成的连接件滑动连接在压板滑槽内。压板通过连接件与压板滑槽的连接实现在通用底座上的滑动连接，通过压紧组件的调整产生必要的压紧力以适应不同级静叶环的厚度。

作为优选，本燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具还包括用于消除叶片内、外围带轴向高度差的垫片。为节约制作成本，叶片定位环宽度无需太大，一般只支撑叶片一端，这导致叶片一端上翘而另一端下沉，垫片用于支撑垫实叶片的下沉一端，以确定轴向装配基准。

作为优选，内围带压环和外围带压环的周向均布有贯通的螺孔，且螺孔数量等于叶片数量。螺孔用于安装螺钉，内围带压环和外围带压环压住叶片后，旋紧螺钉可进一步顶紧每个叶片以精准控制装配间隙，从而确保后续装焊精度。

作为优选，本燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具还包括楔形块，楔形块嵌在叶片定位环与定位在叶片定位环上的叶片之间。楔形块用来消除叶片与叶片定位环间的径向间隙，实现叶片的径向定位。

应用所述的燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具的装焊方法，包括以下步骤：

步骤一.叶片定位；根据静叶环的级数将各级对应的叶片定位环装配至通用底座上，将叶片逐个紧密排列在叶片定位环上，拼合成静叶环形状，将内围带压环和外围带压环分别压在叶片的内、外围带上并用压板压紧；通过垫片消除叶片内外围带轴向高度差，通过楔形块将叶片径向定位，通过内围带压环和外围带压环上的螺钉将每一叶片压实；

步骤二.实施工艺性装焊；在叶片的外围带外圆、内围带内圆的拼缝处进行点焊，使静叶环初步成型；

步骤三.解除定位；待静叶环冷却后，松开并移开压板，卸下内围带压环和外围带压环；

步骤四.结构加强；静叶环停留在原处，准备芯轴、芯板、防变形上压板和防变形下压板等辅助器材，芯轴置于通用底座上，将芯板套接在芯轴上，芯板的外周面与初步成型的静叶环内周面适配贴合，芯板与静叶环的接触面进行暂时的点焊固定；将静叶环整体抬起，将防变形上压板和防变形下压板分别贴合在静叶环的上、下面上并用紧固件连为一临时装配体；

步骤五.实施整环焊接；将所述临时装配体放置到一旋转台上，边转动边实施静叶环的整环加固焊接；

步骤六.热处理；将完成整环焊接的临时装配体进行其它热处理；

步骤七.取成品；待临时装配体冷却后，拆除芯板、防变形上压板和防变形下压板，得到成品静叶环。

实施本装焊方法时先应用所述的燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具高效、精确地使静叶环初步成型，再在后期进行整环加固焊接，用上、防变形下压板夹住静叶环，可有效控制整环加固焊接过程及焊后热处理中的径向收缩和翘曲等变形问题。

作为优选，步骤四中的芯板上设有贯通芯板顶、底面的T形槽，芯板顶、底面上设有环形槽，芯板外周面上设有凹槽。具有这些槽的芯板既可以为静叶环提供一定刚性，又可以有效释放电子束焊接时整个工件的应力。

作为优选，步骤四中的防变形上压板、防变形下压板上设有呈环形均布的通孔，通孔内穿连有长螺杆，长螺杆将防变形上压板、防变形下压板连为一体并夹紧静叶环。

作为优选，步骤五采用电子束焊接。电子束焊接具有焊接速度快、焊接变形小、不易氧化、焊接质量高等优点，是目前燃气轮机压气机静叶环焊接的最优方案。

本发明的有益效果是：

提高静叶环装配精度。本发明得到的燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具，保证了装配尺寸的准确性，减少了中间环节的累积误差，而且控制了点焊叶片时的变形，保证了装焊质量，进而保证整个静叶环产品的尺寸精度。

提高装焊效率。本发明整环焊接过程中采用芯板、防变形上下压板、静叶环装配一体的设计，使得电子束焊接更为简单方便，将静叶环装配体放置在旋转台上即可实施高效焊接，且焊接位置都不受遮挡，可大大减少操作时间，提高装焊效率。

有效消除变形。本发明静叶环用防变形上下压板夹紧且芯板上设计有特定的槽体，在整环焊接及热处理过程中，既能有效的保证静叶环整体刚性，能控制静叶环翘曲、径向收缩变形，又能避免应力集中出现裂纹，最终可以获得无裂纹，焊接变形极小的静叶环，从而保证了叶片通流尺寸的准确性，确保产品合格率。

通用性好，降低生产成本。本发明中压板可沿压板滑槽变动位置，调整径向距离以适应不同级静叶环的装焊定位需要，提高通用性，此种提高通用性的设计可极大节约生产成本。

附图说明

图1为燃气轮机压气机静叶环的结构示意图；

图2为本发明中燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具的使用状态示意图；

图3为本发明中叶片定位环的一种结构示意图；

图4为本发明中内围带压环的俯视图；

图5为本发明中临时装配体中第一级的俯视图；

图6为本图5中A-A方向的剖视图；

图7为本发明中芯板的结构示意图；

图8为本发明中芯板剖视图及其局部示意图；

图9为本发明中叶片定位环的另一种结构示意图；

图10为实施例2中叶片定位环与通用底座的配合状态示意图。

图中，1-通用底座，2-垫片，3-外围带压环，4-压板滑槽，5-内围带压环，6-压紧螺钉，7-叶片定位环，8-内围带，9-外围带，10-压板，11-滑块，12-楔形块，13-螺杆，14-压紧螺母，15-导杆，16-芯轴，17-防变形上压板，18-防变形下压板，19-芯板，20-叶片，21-T形槽，22-环形槽，23-凹槽。

具体实施方式

下面结合附图具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1至图8所示，一种燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具，静叶环由叶片装配而成，静叶环共18级并同心布置。本燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具包括通用底座1、叶片定位环7、内围带压环5、外围带压环3和八对压板10，通用底座1为圆形，叶片定位环7相应也为18级，内围带压环5和外围带压环3分别压紧叶片20的内围带8、外围带9。通用底座1周向均布有八条呈T形的压板滑槽4，压板10通过由滑块11和压紧组件构成的连接件滑动连接在压板滑槽4内。滑块11的横断面呈凸字形从而适配压板滑槽4的T形截面。压紧组件包括螺杆13和压紧螺母14，螺杆13固定在滑块上，压板10中前段设有槽孔，螺杆13贯穿槽孔，压紧螺母14旋合在螺杆13的外露端上。压板10后段还滑动穿连有导杆15，导杆15与螺杆13平行，导杆15底端与一滑动螺母焊接固定，该滑动螺母滑动连接在压板滑槽4的较宽槽道内，与较宽槽道尺寸适配而无法进入压板滑槽4的较窄槽道。通用底座1与叶片定位环7底部的接触面上设有连接孔，连接孔排列分布成圆周，连接孔包括螺孔与锥销孔，与各级叶片定位环7对应的连接孔所在的圆周间隔错开，形成18道同心圆，连接孔内安装螺栓、锥销等定位件，使得通用底座1可与1-18级叶片定位环7分别匹配连接。叶片定位环7用圆环片冲压而成，每级叶片定位环7上均设有一圈与叶片定位环7同心的内围带放置槽，以及内围带放置槽内圈侧的台阶，内围带放置槽可容内围带放入，内围带放置槽构成一基准圆，使得叶片内围带拼合而成的圆弧的直径与该基准圆直径相等，叶片定位环7与通用底座1用销钉装配，成为定位基准。内围带压环5和外围带压环3的周向均布有贯通的螺孔，且螺孔数量等于叶片数量。本燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具还包括楔形块12以及垫片2，楔形块12嵌在叶片定位环7与定位在叶片定位环7上的叶片之间。垫片2用于消除叶片的内、外围带轴向高度差。

应用所述的燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具的装焊方法，包括以下步骤：

步骤一.叶片定位；根据静叶环的级数将各级对应的叶片定位环7装配至通用底座1上，将叶片逐个紧密排列在叶片定位环7上，拼合成静叶环形状，将内围带压环5和外围带压环3分别压在叶片的内、外围带上并用压板10压紧；通过垫片2消除叶片内外围带轴向高度差，通过楔形块12将叶片径向定位，在内围带压环5和外围带压环3上的每个螺孔内装入压紧螺钉6，通过压紧螺钉6将每一叶片压实；

步骤二.实施工艺性装焊；在叶片的外围带外圆、内围带内圆的拼缝处进行点焊，使静叶环初步成型；

步骤三.解除定位；待初步成型的静叶环冷却后，松开并移开压板10，卸下内围带压环5和外围带压环3；

步骤四.结构加强；静叶环停留在原处，准备芯轴16、芯板19、防变形上压板17和防变形下压板18等辅助器材，芯轴16置于通用底座1上，通用底座1中央有台阶孔，芯轴16与台阶孔以极小的间隙配合，以保证芯板19与静叶环的同轴度，将芯板19套接在芯轴16上，芯板19的内孔与芯轴16过渡配合，芯板19的外周面与初步成型的静叶环内周面适配贴合，芯板19与静叶环的接触面进行暂时的点焊固定；将静叶环进行整体抬起，将防变形上压板17和防变形下压板18分别贴合在静叶环的上、下面上，并用长螺杆穿过叶片间隙将防变形上压板17和防变形下压板18连在一起，配以螺母收紧，将初步成型的静叶环夹在中间，形成一临时装配体；

步骤五.实施整环焊接；将所述临时装配体放置到一旋转台上，静叶环与旋转台同轴，边转动边实施电子束焊接，进行静叶环的整环加固；

步骤六.热处理；将完成整环焊接的临时装配体进行其它热处理；

步骤七.取成品；待临时装配体冷却后，拆除芯板19、防变形上压板17和防变形下压板18，得到成品静叶环。

其中芯板19上设有贯通芯板19顶、底面的T形槽21，芯板19顶、底面上设有环形槽22，芯板19外周面上设有凹槽23。防变形上压板17和防变形下压板18边缘设有止口。防变形上压板17、防变形下压板18上设有呈环形均布的通孔，所述长螺杆穿连在通孔内。

实施例2：

叶片定位环7由两内外两个环圈构成 ，两个环圈与通用底座1同心且分别通过螺钉与通用底座1固定，两个环圈的间隙构成内围带放置槽，如图9、图10所示。其余同实施例1。

实施例3：

静叶环共15级。压板滑槽4为十条，压板10为十对。其余同实施例1。

Claims (9)

1.一种燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具，静叶环由叶片装配而成，其特征是包括通用底座（1）、叶片定位环（7）、内围带压环（5）、外围带压环（3）和压板（10），叶片定位环（7）、压板（10）与通用底座（1）连接，内围带压环（5）和外围带压环（3）分别压紧叶片的内、外围带。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具，其特征是通用底座（1）周向均布有多条压板滑槽，压板（10）滑动连接在压板滑槽内，通用底座（1）与叶片定位环（7）接触面上设有连接孔，连接孔叶片定位环（7）匹配连接。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具，其特征是叶片定位环（7）为多级，每级叶片定位环（7）的定位尺寸等于叶片内围带底部圆弧直径，与底座装配后配打锥销孔并装入圆锥销后车准定位基准。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具，其特征是内围带压环（5）和外围带压环（3）的周向均布有贯通的螺孔，且螺孔数量等于叶片数量。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具，其特征是还包括楔形块（12），楔形块（12）嵌在叶片定位环（7）与定位在叶片定位环（7）上的叶片之间。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具，其特征是还包括用于消除叶片内外围带高度差的垫片（2）。

7.应用权利要求1至6中任一项所述的燃气轮机压气机静叶环装焊定位夹具的装焊方法，其特征是包括以下步骤：

步骤一.叶片定位；根据静叶环的级数将各级对应的叶片定位环（7）装配至通用底座（1）上，将叶片逐个紧密排列在叶片定位环（7）上，拼合成静叶环形状，将内围带压环（5）和外围带压环（3）分别压在叶片的内、外围带上并用压板（10）压紧；通过楔形块（12）将叶片径向定位，通过内围带压环（5）和外围带压环（3）上的螺钉将每一叶片压实；

步骤二.实施前道装焊；在叶片的外围带外圆、内围带内圆的拼缝处进行点焊，使静叶环初步成型；

步骤三.解除定位；待静叶环冷却后，松开并移开压板（10），卸下内围带压环（5）和外围带压环（3）；

步骤四.结构加强；静叶环停留在原处，准备芯轴（16）、芯板（19）、防变形上压板（17）和防变形下压板（18）等辅助器材，芯轴（16）置于通用底座（1）上，将芯板（19）套接在芯轴（16）上，芯板（19）的外周面与初步成型的静叶环内周面适配贴合，芯板（19）与静叶环的接触面进行暂时的点焊固定；将静叶环进行一次整体翻面，将防变形上压板（17）和防变形下压板（18）分别贴合在静叶环的上、下面上并用紧固件连为一临时装配体；

步骤五.实施后道装焊；将所述临时装配体放置到一旋转台上，边转动边实施静叶环的整环加固装焊；

步骤六.热处理；将完成后道装焊的临时装配体进行其它热处理；

步骤七.取成品；待临时装配体冷却后，拆除芯板（19）、防变形上压板（17）和防变形下压板（18），得到成品静叶环。

8.根据权利要求7所述的装焊方法，其特征是芯板（19）上设有贯通芯板（19）顶、底面的T形槽，芯板（19）顶、底面上设有环形槽，芯板（19）外周面上设有凹槽。

9.根据权利要求7或8所述的装焊方法，其特征是防变形上压板（17）、防变形下压板（18）与所述静叶环固定连接。

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