燃气轮机进气缸浇注系统的改进

刘兴军，沙 龙，黄 文

（共享装备有限公司，宁夏银川 750021）

燃气轮机进气缸浇注系统的改进

刘兴军1，沙 龙2，黄 文3

（共享装备有限公司，宁夏银川 750021）

主要阐述了一种燃气轮机浇注系统的改进，目的是解决铸件夹渣、夹砂等缺陷，以提升铸件外观质量。

燃气轮机；铸件；质量改进

燃气轮机是以连续流动的气体带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械。随着天然气开发、贮存、输送技术的发展及应用领域的扩大，新型燃气轮机的单机容量与效率大幅度提高以及大容量、高效率的新型燃气轮机联合循环机组的问世，使得燃气轮机发电获得高速发展。另外，近年来电力体制改革、环保力度加大，使燃气轮机这种初投资低、高效、清洁、灵活方便的发电装置备受青睐。我公司生产的一款燃气轮机进气缸铸件质量一直不稳定，缺陷主要为夹渣和夹砂缺陷。

1　铸件基本情况及缺陷

1.1铸件基本情况

铸件的材质是球墨铸铁，牌号为EN-GJS-400-18U-LT，单件铸件毛坯质量达到22 t，轮廓尺寸为2 004 mm×3 948 mm×2 300 mm，主体壁厚90 mm、最大壁厚325 mm、最小壁厚120 mm，形状见图1所示。铸件原浇注系统类型为两级封闭式浇注系统（图2所示），比例分别为1∶2.5∶0.8和1∶1.35∶0.8。

1.2铸件主要缺陷

（1）铸件外观夹渣

铸件经过抛丸后肉眼可见渣孔和沙眼，给铲磨工序带来了很大的任务量，并产生了抱怨。要消除此缺陷，不仅需要用砂轮将渣孔、沙眼磨掉，还需要进行周围过渡。经过此打磨后，产生的结果是铸件外观凸凹不平，影响铸件美观。

图1　铸件形状

图2　原浇注系统

（2）筋板夹砂夹渣

筋板起到连接进气缸外缸与内缸的重要作用，由于其结构的特性，铁液中的渣子经常会聚集在筋板上沿，通过在筋板上方设置集渣包、可以有效改进。

（3）结合法兰夹渣

铸件完成所有工序，准备精铲入库时，在铸件结合法兰背面发现有夹渣缺陷，缺陷去除后导致铸件缺肉报废。

2　浇注系统的重新核算与改进

此产品工艺采用IGV法兰朝上的分型方案，这样做一方面可以比较容易地通过设置冒口和冷铁，实现铸件的顺序凝固，另一方面便于浇注过程中渣子上浮，对于筋板上沿以及下部铸件底面的挡板部位和外缸防震板等CTQ部位可以通过增加部分补贴和设置集渣条的方法来满足顾客的MT检查要求。

经过对此进气缸原浇注系统的核算，发现其内浇口流速达到3.5 m/s,这是铸件总是出现夹渣缺陷而报废的原因。而致使内浇口流速过大是由于铸件分型选择时导致静压头太高，加之采用的是封闭式浇注系统，就进一步加剧了内浇口的流速，致使进入铸型的铁液不平稳，充型过程中有紊流、卷气现象，二次造渣非常严重。由于过高的内浇口流速长时间冲击铸型，极易冲砂致使产生夹砂缺陷，轻则铸件外观质量差，满身砂眼，重则产生夹砂块缺陷致使铸件报废。

经过评估，重新设计浇注系统，决定采用先封闭后开放式的浇注系统。铁液先通过一级横浇道挡渣来净化铁液；净化后的铁液再通过二级开放式浇注系统，从而降低内浇口的进流速度。设计阻流截面为50 cm2, 封闭式的阻流截面为直浇道，所以选取直径为φ80 mm的瓷管。图3为一级封闭浇注系统 （根据STAF理论，直∶横∶内=1∶2∶0.8），直浇道为直径90 mm的瓷管，横浇道为90/105×200（mm），内浇道为直径80 mm的瓷管，实际比例为直∶横∶内=1∶3∶0.8。图4为二级开放式浇注系统 （根据铸造工艺浇注系统设计理论，直∶横∶内=1∶2∶2），直浇道为直径φ80 mm的瓷管， 横浇道为80/100×160（mm），内浇道直径为50 mm的瓷管18道，实际比例为直∶横∶内=1∶3.6∶4.6。

改进后的浇注系统分为两级浇注系统。一级封闭式浇注系统的截面比为1∶3∶0.8，受到此截面较小的内浇道的限制，铁液中的渣杂在一级浇注系统中慢慢上浮到横浇道顶部，而横浇道下部的铁液则是比较干净的。一级浇注系统的横浇道通过过道片与二级浇注系统的直浇道相连，这样就保证了进入二级横浇道的铁液是干净的，并且在缓冲窝底部放耐火砖可以有效减少铁液对缓冲窝的冲刷。

图3　一级浇注系统 图

4 二级浇注系统

二级开放式浇注系统截面比为1∶3.6∶4.6，设置二级横浇道的目的是降低铸件的静压头高度，减小进入铸型铁液的进流速度，并且将内浇口流速控制在1 m/s以下，理论计算内浇口流速为0.76 m/s。这样就保证进入铸型的铁液是平稳的，也可以有效降低球铁二次渣杂的产生。

3　结论

通过对质量问题比较突出的燃气轮机进气缸铸件浇注系统的改进，采用两级浇注系统，其中一级封闭式浇注系统能有效降低压头，二级开放式浇注系统能有效降低内浇口流速，两种形式的浇注系统配合使用，有效解决了此铸件的夹渣、夹砂缺陷。

［1］ 王君卿.铸造手册:铸造工艺（第五卷）［M］. 北京:机械工业出版社，2003.

［2］ 魏兵,袁森,张卫华.铸件均衡凝固技术及其应用［M］，北京：机械工业出版社，1998.

［3］ 边正海,苏少静,周杰.内燃机机架铸件砂芯油管的铸造工艺［J］.中国铸造装备与技术,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

稿件编号:1505-918

刘兴军（1982—）,男，工程师，现从事铸造工艺技术工作.