燃氣輪機進氣缸澆注系統的改進

劉興軍，沙 龍，黃 文

（共享裝備有限公司，寧夏銀川 750021）

燃氣輪機進氣缸澆注系統的改進

劉興軍1，沙 龍2，黃 文3

（共享裝備有限公司，寧夏銀川 750021）

主要闡述了一種燃氣輪機澆注系統的改進，目的是解決鑄件夾渣、夾砂等缺陷，以提升鑄件外觀質量。

燃氣輪機；鑄件；質量改進

燃氣輪機是以連續流動的氣體帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉變為有用功的內燃式動力機械。隨著天然氣開發、貯存、輸送技術的發展及應用領域的擴大，新型燃氣輪機的單機容量與效率大幅度提高以及大容量、高效率的新型燃氣輪機聯合循環機組的問世，使得燃氣輪機發電獲得高速發展。另外，近年來電力體制改革、環保力度加大，使燃氣輪機這種初投資低、高效、清潔、靈活方便的發電裝置備受青睞。我公司生產的一款燃氣輪機進氣缸鑄件質量一直不穩定，缺陷主要為夾渣和夾砂缺陷。

1　鑄件基本情況及缺陷

1.1鑄件基本情況

鑄件的材質是球墨鑄鐵，牌號為EN-GJS-400-18U-LT，單件鑄件毛坯質量達到22 t，輪廓尺寸為2 004 mm×3 948 mm×2 300 mm，主體壁厚90 mm、最大壁厚325 mm、最小壁厚120 mm，形狀見圖1所示。鑄件原澆注系統類型為兩級封閉式澆注系統（圖2所示），比例分別為1∶2.5∶0.8和1∶1.35∶0.8。

1.2鑄件主要缺陷

（1）鑄件外觀夾渣

鑄件經過拋丸后肉眼可見渣孔和沙眼，給鏟磨工序帶來了很大的任務量，并產生了抱怨。要消除此缺陷，不僅需要用砂輪將渣孔、沙眼磨掉，還需要進行周圍過渡。經過此打磨后，產生的結果是鑄件外觀凸凹不平，影響鑄件美觀。

圖1　鑄件形狀

圖2　原澆注系統

（2）筋板夾砂夾渣

筋板起到連接進氣缸外缸與內缸的重要作用，由于其結構的特性，鐵液中的渣子經常會聚集在筋板上沿，通過在筋板上方設置集渣包、可以有效改進。

（3）結合法蘭夾渣

鑄件完成所有工序，準備精鏟入庫時，在鑄件結合法蘭背面發現有夾渣缺陷，缺陷去除后導致鑄件缺肉報廢。

2　澆注系統的重新核算與改進

此產品工藝采用IGV法蘭朝上的分型方案，這樣做一方面可以比較容易地通過設置冒口和冷鐵，實現鑄件的順序凝固，另一方面便于澆注過程中渣子上浮，對于筋板上沿以及下部鑄件底面的擋板部位和外缸防震板等CTQ部位可以通過增加部分補貼和設置集渣條的方法來滿足顧客的MT檢查要求。

經過對此進氣缸原澆注系統的核算，發現其內澆口流速達到3.5 m/s,這是鑄件總是出現夾渣缺陷而報廢的原因。而致使內澆口流速過大是由于鑄件分型選擇時導致靜壓頭太高，加之采用的是封閉式澆注系統，就進一步加劇了內澆口的流速，致使進入鑄型的鐵液不平穩，充型過程中有紊流、卷氣現象，二次造渣非常嚴重。由于過高的內澆口流速長時間沖擊鑄型，極易沖砂致使產生夾砂缺陷，輕則鑄件外觀質量差，滿身砂眼，重則產生夾砂塊缺陷致使鑄件報廢。

經過評估，重新設計澆注系統，決定采用先封閉后開放式的澆注系統。鐵液先通過一級橫澆道擋渣來凈化鐵液；凈化后的鐵液再通過二級開放式澆注系統，從而降低內澆口的進流速度。設計阻流截面為50 cm2, 封閉式的阻流截面為直澆道，所以選取直徑為φ80 mm的瓷管。圖3為一級封閉澆注系統 （根據STAF理論，直∶橫∶內=1∶2∶0.8），直澆道為直徑90 mm的瓷管，橫澆道為90/105×200（mm），內澆道為直徑80 mm的瓷管，實際比例為直∶橫∶內=1∶3∶0.8。圖4為二級開放式澆注系統 （根據鑄造工藝澆注系統設計理論，直∶橫∶內=1∶2∶2），直澆道為直徑φ80 mm的瓷管， 橫澆道為80/100×160（mm），內澆道直徑為50 mm的瓷管18道，實際比例為直∶橫∶內=1∶3.6∶4.6。

改進后的澆注系統分為兩級澆注系統。一級封閉式澆注系統的截面比為1∶3∶0.8，受到此截面較小的內澆道的限制，鐵液中的渣雜在一級澆注系統中慢慢上浮到橫澆道頂部，而橫澆道下部的鐵液則是比較干凈的。一級澆注系統的橫澆道通過過道片與二級澆注系統的直澆道相連，這樣就保證了進入二級橫澆道的鐵液是干凈的，并且在緩沖窩底部放耐火磚可以有效減少鐵液對緩沖窩的沖刷。

圖3　一級澆注系統 圖

4 二級澆注系統

二級開放式澆注系統截面比為1∶3.6∶4.6，設置二級橫澆道的目的是降低鑄件的靜壓頭高度，減小進入鑄型鐵液的進流速度，并且將內澆口流速控制在1 m/s以下，理論計算內澆口流速為0.76 m/s。這樣就保證進入鑄型的鐵液是平穩的，也可以有效降低球鐵二次渣雜的產生。

3　結論

通過對質量問題比較突出的燃氣輪機進氣缸鑄件澆注系統的改進，采用兩級澆注系統，其中一級封閉式澆注系統能有效降低壓頭，二級開放式澆注系統能有效降低內澆口流速，兩種形式的澆注系統配合使用，有效解決了此鑄件的夾渣、夾砂缺陷。

［1］ 王君卿.鑄造手冊:鑄造工藝（第五卷）［M］. 北京:機械工業出版社，2003.

［2］ 魏兵,袁森,張衛華.鑄件均衡凝固技術及其應用［M］，北京：機械工業出版社，1998.

［3］ 邊正海,蘇少靜,周杰.內燃機機架鑄件砂芯油管的鑄造工藝［J］.中國鑄造裝備與技術,2014（5）.

Pouring System Improvement of Gas Turbine Inlet Casting

LIU XingJun, SHA Long, HUANG Wen
（Kocel Manufacture Co., Ltd.,YIN Chuan 750021,Ningxia,China)

Improvment mearsures of pouring system for a gas turbine were mainly discussed in this paper, to improve the surface quality of this kind of casting by solving the slag and sand inclusion defects.

Gas Turbine; Casting; Quality improvement

TG244+.2；

A；

1006-9658（2015）06-0028-02

10.3969/j.issn.1006-9658.2015.06.008

2015-05-05

稿件編號:1505-918

劉興軍（1982—）,男，工程師，現從事鑄造工藝技術工作.