[发明专利]一种热泵系统中燃气轮机静叶片的导流管及制备方法

说明书

本发明公开了一种热泵系统中燃气轮机静叶片的导流管制备方法，包括以下步骤：铸造燃气轮机静叶片的导流管；去除铸造余量：采用线切割工艺去除燃气轮机静叶片的导流管的铸造余量；精加工：采用磨削加工工艺对燃气轮机静叶片的导流管进行精加工；热处理：采用固溶处理和时效处理工艺对燃气轮机静叶片的导流管进行热处理。使用这种制备方法制备燃气轮机静叶片的导流管可以解决传统导流管成型方法制备工艺难度高、尺寸精度较低，拼焊变形难以控制，强度不够需要增加支撑结构，与叶片基体材料不一致需要单独的热处理工艺、焊接工艺，热膨胀系数不同，受热后变形量不一致，局部应力大的问题。

技术领域

本发明涉及燃气热泵技术领域，尤其是一种热泵系统中燃气轮机静叶片的导流管及制备方法。

背景技术

燃气热泵是由燃气轮机和烟气热泵等组成的能源利用系统。该系统在燃气轮机等设备完成能量利用循环后，进一步对烟气、蒸汽、热水和冷却水中的余热进行深度回收利用，或将动力直接推动热泵。这一工艺可用作热电联产、热电冷联产、热冷联产、电冷联产、直接供热或直接制冷使用，该系统热效率极高，如果用于直接供热，热效率可达150%，是未来能源利用的主要趋势之一，而燃气轮机则是该热泵系统中不可缺少的重要组成部分，因而燃气轮机的性能对热泵系统工作效率具有较大影响。

现有燃气轮机静叶片所采用的导流管是为叶片冷却设计的非承力件，主要用于分割冷却腔室和布置冷却孔，对于燃气轮机来说，出于重量上和成型工艺方便上的考虑，一般选用0.1~0.8mm厚度的钣金成型，材料为不锈钢或高温合金等。

传统的导流管成型方式是采用薄壁钣金进行冲压折弯并焊接，例如来自《第八届沈阳科学学术年会论文集【C】》2011的论文《导流管成型及打孔加工工艺研究》公开了一种导流管成型机打孔加工工艺；其次对于复杂形面导流管可采用管状钣金内高压成形方法，例如来自期刊《精密成型工程》的论文《基于内高压成型方法的航空发动机空心叶片工艺设计》公开了一种内高压成型方法；上述两种方式均为采用外力使得薄壁钣金变形的方式来获得导流管的曲面形状，主要有以下缺点：

高温合金钣金材料回弹性大，变形困难，成型后尺寸精度较低；

高温合金钣金材料成型导流管需要拼焊，焊接变形难以控制，工艺复杂；

高温合金钣金材料越薄越利于成型，但是薄壁钣金导流管强度不够，需要支撑结构；

冲压或内高压成型模具设计制造工艺难度大，需要多次修模；

高温合金钣金材料与叶片基体材料不一致，需要单独的热处理工艺，焊接工艺也需要单独研发；

高温合金钣金材料与叶片基体材料不一致，热膨胀系数不一致，受热后变形量不一致，互相拉扯导致局部应力过大。

对于复杂形面导流管还可采用金属3D打印成型，目前已经有燃气轮机厂家开展相关工作及测试，采用金属3D打印成型有以下缺点：

金属3D打印成型的高温合金粉末的制备工艺难度高；

金属3D打印成型效率低，难以大批量生产，费用较高；

金属3D打印成型粉末材料与叶片基体材料不一致，同样有热处理工艺不一致、焊接工艺难度较高、热膨胀系数不一致而导致的问题。

基于以上缺点，本发明提出一种以铸造的方式成型，代替传统的钣金成型方式，解决传统钣金成型方式及金属3D打印成型方式存在的缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：解决传统导流管成型方法制备工艺难度高、尺寸精度较低，拼焊变形难以控制，强度不够需要增加支撑结构，与叶片基体材料不一致需要单独的热处理工艺、焊接工艺，热膨胀系数不同，受热后变形量不一致，局部应力大的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：提供一种热泵系统中燃气轮机静叶片的导流管制备方法，包括以下步骤：