[发明专利]一种面向空心涡轮叶片的高效清洁脱芯设备

说明书

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。

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。