CN1936302A - 一种微型燃气轮机用环形原表面回热器加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型燃气轮机用环形原表面回热器加工工艺，对原表面板的边缘进行两次冲压加工，使得组成单元组件的两个原表面板的三个边缘在叠放时均能紧密接触，无需插入封条，利用滚焊技术快速对其密封。另外利用焊接模具可以把组成单元组件的两个原表面板夹成渐开线形状弯曲的曲面，点焊固定边缘后，完成单元组件滚焊焊接，直接获得渐开线形状弯曲的单元组件，便于组装成整体。本发明能够减少封条的数目，相应地减少亚弧焊面积，通过焊接直接获得渐开线形状弯曲的单元组件曲面，使工艺简单，降低了成本。

Description

一种微型燃气轮机用环形原表面回热器加工工艺

技术领域

本发明属于能源动力领域，涉及一种焊接单元组件的方法，同时涉及由该单元组件组成微型燃气轮机用环形原表面回热器的加工工艺。

背景技术

微型燃气轮机是一种新型发动机，近年来在分布式发电/能源系统领域发展迅速。微型燃气轮机循环系统主要由离心压气机、向心透平机、燃烧室、回热器等组成。其中，回热器是一种高效紧凑式的原表面换热器，它是微型燃气轮机的关键部件，其在燃气轮机中的作用主要是，利用向心透平机中排出的废燃气对进入燃烧室之前的压缩空气进行预热，提高进入燃烧室的压缩空气温度，从而使系统实现回热循环，以提高系统的热效率。

整体式环形回热器由很多单元组件组成，每个单元组件包括原表面板、导流片和封条。两块原表面板之间形成有供压缩空气通过的通道，各单元组件之间形成有供废燃气通过的燃气通道。压缩空气通道和燃气通道之间相互密封不通气。

原表面(Primary Surface，又称一次表面)是一种板式结构，冲压一次成型，避免了板翅式表面中的二次表面，提高了换热效率，同时板与板之间无需钎焊。这种结构具有紧凑性好、重量轻、阻力小等特点。

目前的原表面环形回热器多采用在原表面板之间插入封条进行焊接形成单元组件，组装时先利用特定的设备把单元组件压成渐开线形状弯曲的曲面，然后在组装成环形整体，见相关专利WO9923435，US5918368，US6112403，US6357113，WO2005045345R，US2005098309。目前的整体式回热器制作工艺较为复杂，因此改进现有技术，探索快速、高效、低成本的制作工艺成为目前急需解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微型燃气轮机用环形原表面回热器的加工工艺，提高制造效率，降低了制作成本。

本发明的技术方案是这样实现的：具体包括下列步骤：

步骤一：制作原表面板：

把梯形或矩形的薄金属板制作成波纹板，保留中间矩形区域为波纹区，对波纹区的四周的波纹进行踏平形成踏平区，踏平区的边缘进行二次冲压后形成二次冲压区，这样就完成了原表面板的制作；

步骤二：焊接单元组件：

把两块原表面板放置在焊接模具的上基板和下基板之间，在两块原表面板左右两侧的踏平区之间的空隙里插入空气导流片，夹紧上基板和下基板，两块原表面板被压成渐开线形状弯曲的曲面，两原表面板的二次冲压区直接紧密接触，对其边缘进行点焊固定，拆除模具，对两个直接接触的二次冲压区滚焊密封，形成渐开线形状弯曲的单元组件；

步骤三：组装环形回热器：

若干单元组件依次紧密叠放，形成环形形状，在单元组件上，两侧空气导流片之间的踏平区中间的空隙里插入第一封条，相邻单元组件下底边踏平区之间的空隙中插入第二封条，把第二封条的两个端部与其相邻的原表面板密封焊接，在环形回热器内径的两个边缘形成两条圆形焊缝，以固定环形形状，再把第一封条和第二封条与其相邻的原表面板密封焊接形成回热器整体。

所述的第一封条位于原表面板上波纹区的一个边缘并与原表面板波纹区同长；第二封条位于单元组件之间波纹区的一个边缘并与单元组件同长。

所述的组成单元组件的两块原表面板的二次冲压区位于原表面板上踏平区三个边缘上的5～7mm区域，其中一块原表面板的二次冲压区与波纹区下表面位于同一平面，另一块原表面板的二次冲压区与波纹区上表面位于同一平面，两块原表面板叠放时，它们的二次冲压区直接紧密接触。

所述的焊接模具包括上基板和下基板，上基板和下基板的一个表面是水平面，另一个表面是若干条渐开线形状弯曲的曲面。

所述的对两块原表面板的二次冲压区直接接触而形成的单元组件的三个边缘，采用滚焊的形式进行密封。

所述的对于由若干单元组件依次紧密叠放后初步形成的环形回热器，在内径处，先对第二封条的两个端部与相邻的原表面板进行密封，在内径的两个边缘形成两条环形焊缝以固定成型。

本发明对于原表面板(梯形或矩形均适用)的边缘进行两次冲压加工，使得组成单元组件的两个原表面板的三个边缘在叠放时均能紧密接触，无需插入封条，利用滚焊技术快速对其密封。另外利用焊接模具可以把组成单元组件的两个原表面板夹成渐开线形状弯曲的曲面，点焊固定边缘后，完成单元组件滚焊焊接，直接获得渐开线形状弯曲的单元组件，便于组装成整体。

通过采用本发明的上述技术方案，能够减少封条的数目，相应地减少亚弧焊面积，通过焊接直接获得渐开线形状弯曲的单元组件曲面，使工艺简单，降低了成本。

附图说明

图1是整体式环形回热器的工作原理示意图；

图2(a)是本发明组装成的换热器的示意图；

图2(b)是图2(a)中E-E面结构放大图；

图3(a)是一个梯形形状的原表面板结构示意图；

图3(b)是图3(a)所示梯形形状的原表面板A-A剖面图；

图3(c)是另一个梯形形状的原表面板结构示意图；

图3(d)是图3(c)所示梯形形状的原表面板B-B剖面图；

图4(a)是一个矩形形状的原表面板结构示意图；

图4(b)是图4(a)所示矩形形状的原表面板C-C剖面图；

图4(c)是另一个矩形形状的原表面板结构示意图；

图4(d)是图4(c)所示矩形形状的原表面板D-D剖面图；

图5(a)是焊接梯形原表面板单元组件的模具结构图；

图5(b)是焊接矩形原表面板的单元组件的模具结构图；

图6(a)是本发明梯形单元组件的焊接分解示意图；

图6(b)是焊接成型的梯形单元组件结构示意图；

图7(a)是本发明带矩形导流片的矩形单元组件焊接分解示意图；

图7(b)是本发明带三角形导流片的矩形单元组件焊接分解示意图；

图7(c)是焊接成型的矩形单元组件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明：

参照图1所示，一般微型燃气轮机系统1包括离心压气机2、向心透平机3、燃烧室4和回热器5。回热器5是热能回收装置，利用从压气机2流出的压缩空气回收向心透平机3排出的废燃气的热量。

参照图2(a)和图2(b)所示，它是由单元组件6依次紧密叠放在一起形成的环形结构。具体组装过程如下：单元组件6依次紧密地叠放在一起后，初步形成环形形状，可以在外围加装铁箍成形，此时在单元组件上两个原表面板7a之间插入与波纹区域8同长的第一封条13a，并在单元组件6之间踏平区9形成的空隙处插入与原表面板同长的第二封条13b(参看图2(b)的E-E面结构放大图)，放好封条后，即可对排列整齐的单元组件6及第二封条13b的两个端部进行焊接，在环形回热器内径的两个边缘形成两条圆形焊缝16，此时回热器就成为了一个整体，然后将第一封条13a和第二封条13b与相邻的原表面板7a密封焊接在一起。这样，在每个单元组件空气导流片11的位置构成了空气入口14a和空气出口14b，相邻的单元组件之间的环形径向位置，构成了燃气入口15a和燃气出口15b。燃气和空气在回热器芯体内呈逆流布置以提高对数平均温差。为了使得燃气侧流量分配均匀，可以在焊接结束后，在各个单元组件6之间的位置，插入燃气导流片17，对于梯形单元组件，插入三角形导流片，对于矩形组件，则插入矩形导流片。

参照图3(a)-(d)所示，每个梯形原表面板均有波纹区8和位于波纹区四周的踏平区9，两块原表面板7a的不同之处在于踏平区边缘的二次冲压区9a的冲压方向不同，这样原表面板的波纹可利用一套模具制作成形后再二次冲压，能节省成本。二次冲压区9a是在踏平区9的边缘5～7mm区域进行二次冲压，一块原表面板7a的二次冲压区9a与板的波纹区8的下表面位于同一平面，见图3(a)和图3(b)，另一块原表面板7a的二次冲压区9a与板的波纹区8的上表面位于同一平面，见图3(c)和图3(d)，每一块板的踏平区9均与波纹区中心面位于同一平面，见图3(b)和图3(d)中的A-A及B-B剖面图。这样两块原表面板7a叠放在一起形成单元组件6时，二次冲压区9a就能直接接触，无需插入封条即可完成滚焊。

参照图4(a)-(d)所示的两块矩形原表面板7a，它们与梯形原表面板的不同之处是踏平区9由三角形变成了矩形，二次冲压区9a依旧是在踏平区9的边缘L＝5～7mm区域冲压得到的，如图4(b)和图4(d)中C-C及D-D剖面所示，一块矩形原表面板7a的二次冲压区9a与波纹区8的下表面位于同一平面，另外一块原表面7a的二次冲压区9a与波纹区8的上表面位于同一平面，这样两块原表面板7a叠放在一起形成单元组件6时，二次冲压区9a也能直接接触，无需插入封条即可完成滚焊。

参照图5(a)所示，模具10由两块模板10a和10b组成，每个模板的底面都是平的，上表面为渐开线形状弯曲的曲面，为了减轻模具重量，可以如图所示，挖除若干条形区域，使得上表面形成若干条表面为渐开线形状的突出曲面，两块模板被夹紧时，这些突出曲面相互对应，能把两块原表面板夹成渐开线形弯曲的曲面形状。当焊接矩形单元组件时，则选用如图5(b)所示的矩形模具。

参照图6(a)所示，把两块原表面板7a依图中次序叠放好，然后在两个原表面板踏平区9之间形成的空隙处插入空气导流片11，再用模板10a和10b把它们夹起来，原表面板自然被夹成渐开线形状弯曲的板面，对原表面板7a直接接触的二次冲压区9a的边缘若干点进行点焊，如图中黑点18表示焊点。然后可拆除模具10，把两块原表面板7a的区域9a滚焊在一起形成焊缝12，就得到了如图6(b)所示的梯形单元组件6。

同样地，矩形单元组件的制作过程参照图7(a)所示，把两块原表面板7a依图中次序叠放好，然后在两个原表面板踏平区9之间形成的空隙处插入导流片11，为了加大换热面积，当波纹区8为梯形时，对应的导流片11也可以采用三角形，如图7(b)所示，再用矩形模板10a和10b把它们夹起来，原表面板自然被夹成渐开线形状弯曲的板面，对原表面板7a直接接触的二次冲压区9a的边缘若干点进行点焊，图中黑点18表示焊点。然后可拆除模具10，把两块原表面板的区域9a滚焊在一起形成焊缝12，得到了如图7(c)所示的带矩形导流片或三角形导流片(图中虚线部分所示)的矩形单元组件6。

Claims (6)

1.一种微型燃气轮机用环形原表面回热器的加工工艺，具体包括下列步骤：

步骤一：制作原表面板(7a)：

把梯形或矩形的薄金属板制作成波纹板，保留中间矩形区域为波纹区(8)，对波纹区(8)的四周的波纹进行踏平形成踏平区(9)，踏平区(9)的边缘进行二次冲压后形成二次冲压区(9a)，这样就完成了原表面板(7a)的制作；

步骤二：焊接单元组件(6)：

把两块原表面板(7a)放置在焊接模具(10)的上基板(10a)和下基板(10b)之间，在两块原表面板(7a)左右两侧的踏平区(9)之间的空隙里插入空气导流片(11)，夹紧上基板(10a)和下基板(10b)，两块原表面板(7a)被压成渐开线形状弯曲的曲面，两原表面板(7a)的二次冲压区(9a)直接紧密接触，对其边缘进行点焊固定，拆除模具(10)，对两个直接接触的二次冲压区(9a)滚焊密封，形成渐开线形状弯曲的单元组件(6)；

步骤三：组装环形回热器(5)：

若干单元组件(6)依次紧密叠放，形成环形形状，在单元组件(6)上，两侧空气导流片(11)之间的踏平区(9)中间的空隙里插入第一封条(13a)，相邻单元组件(6)下底边踏平区(9)之间的空隙中插入第二封条(13b)，把第二封条(13b)的两个端部与其相邻的原表面板(7a)密封焊接，在环形回热器内径的两个边缘形成两条圆形焊缝(16)，以固定环形形状，再把第一封条(13a)和第二封条(13b)与其相邻的原表面板(7a)密封焊接形成回热器整体。

2.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，第一封条(13a)位于原表面板(7a)上波纹区(8)的一个边缘并与原表面板波纹区(8)同长；第二封条(13b)位于单元组件(6)之间波纹区(8)的一个边缘并与单元组件(6)同长。

3.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，组成单元组件(6)的两块原表面板(7a)的二次冲压区(9a)位于原表面板(7a)上踏平区(9)三个边缘上的5～7mm区域，其中一块原表面板(7a)的二次冲压区(9a)与波纹区(8)下表面位于同一平面，另一块原表面板(7a)的二次冲压区(9a)与波纹区(8)上表面位于同一平面，两块原表面板(7a)叠放时，它们的二次冲压区(9a)直接紧密接触。

4.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，焊接模具(10)包括上基板(10a)和下基板(10b)，上基板(10a)和下基板(10b)的一个表面是水平面，另一个表面是若干条渐开线形状弯曲的曲面。

5.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，对两块原表面板(7a)的二次冲压区(9a)直接接触而形成的单元组件(6)的三个边缘，采用滚焊的形式进行密封。

6.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，对于由若干单元组件(6)依次紧密叠放后初步形成的环形回热器(5)，在内径处，先对第二封条(13b)的两个端部与相邻的原表面板(7a)进行密封，在内径的两个边缘形成两条环形焊缝(16)以固定成型。

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