汽轮机三维直焊式叶片组焊系统 【技术领域】
本发明涉及汽轮机技术领域, 更具体地说, 涉及一种汽轮机三维直焊式叶片组焊系统。 背景技术 随着计算机技术和计算流体力学的飞速发展, 汽轮机通流设计已从二维时代飞跃 到全三维时代。如今, 世界各国汽轮机通流设计技术均建立于 3D-NS 计算分析的基础上, 基 于先进的静、 动叶型线, 利用全三维粘性多级叶轮机计算程序对压力级的新旧叶片级作了 多个方案的 3D-NS 计算分析, 成功开发出先进的动、 静三维弯曲叶片。该叶片有效地提高了 汽轮机的做功效率, 受到汽轮机等流体行业的极度重视和开发利用。如图 1 所示, 静叶片 102 实际上就是汽轮机做功的喷嘴, 它是一个截面形状特殊且不断变化的通道, 三维设计的 静叶片 102 与同样三维设计的隔板板体 101、 隔板外环 103 共同形成三维蒸汽通道, 蒸汽进 入该通道后发生膨胀、 消耗了蒸汽的压力能 ( 热能 ), 蒸汽的压力及温度下降了, 而蒸汽的
流速增加, 获得高速蒸汽, 推动其后面的工作叶片即动叶片运动, 最有效地完成蒸汽动能转 换成汽轮机旋转做功的机械能。
静叶片 102 的形状前粗后窄, 前面粗的部分为进汽侧, 后面窄的部分为出汽侧。由 数十个静叶片 102 沿圆周方向与隔扳板体 101、 隔板外环 103 组焊形成三维静叶片直焊式焊 接隔板。静叶片 102 出汽边中心点形成该隔板的 ‘节园’ , 在节园位置, 两片三维静叶片形成 的最小汽道尺寸叫做 “汽道喉部尺寸” 。该尺寸直接影响汽轮机的效能指标。
按照气体动力学, 做功蒸汽按照科学的三维流动过程中需要三维静叶片一个合理 的迎角, 该迎角叫做三维静叶片安装角, 该角度影响到汽道喉部尺寸以及蒸汽流的合理流 动。
按照三维静叶片安装角度, 将三维静叶片摆放在一个稳定的平面上, 此时, 三维静 叶片出汽边相对稳定平面的高度叫三维静叶片出汽边高度。 该高度影响到汽道喉部尺寸以 及三维静叶片的辐射线。
经过对不同汽轮机参数计算, 确定不同隔板需求的三维静叶片数量后, 每两片三 维静叶片间的距离称为汽道节距, 汽道节距控制的好坏直接影响汽轮机的运行效能和稳 定。
目前, 汽轮机行业三维静叶直焊式焊接隔板的焊接组装主要通过人工划线方法确 定三维静叶片的空间位置, 即按照图纸要求的尺寸, 人工在隔板体及隔板外环上标记出三 维静叶片进、 出汽边位置, 确定三维静叶片出汽边高度、 安装角、 辐射线及汽道节距等技术 参数。
目前普遍采用的划线方法存在精度难于控制、 工作效率低等缺点。划线方法对于 三维静叶片组装的安装角、 节距等主要是人为控制, 组装精度取决于操作人员的技术水平, 尺寸测量采用板尺、 卷尺等工具肉眼观察, 难以保证测量精度, 且叶片组装时, 后一片叶片 需要以前一片叶片的安装位置为基准, 极易造成误差积累导致汽道喉部尺寸偏差。划线方法为全手工操作, 隔板体、 隔板外环的空间位置调整、 静叶片进、 出汽边在隔板体、 外环上的 定位等操作繁琐, 工作效率低。 发明内容
有鉴于此, 本发明提供了一种汽轮机三维直焊式叶片组焊系统, 以保证三维静叶 片、 隔板板体及隔板外环三维空间位置的确定。
为实现上述目的, 本发明提供如下技术方案 :
一种汽轮机三维直焊式叶片组焊系统, 用于直焊式焊接隔板中的静叶片、 隔板板 体及隔板外环三维空间位置的确定, 包括 :
定位胎具, 所述定位胎具包括 : 分别定位所述隔板板体轴向位置和径向位置的第 一定位部及第二定位部、 分别定位所述隔板外环轴向位置和径向位置的第三定位部及第四 定位部、 控制静叶片节距的定位体以及定位静叶片进汽边安装高度的第五定位部 ;
用于定位所述静叶片安装角的安装角夹具。
优选的, 在上述汽轮机三维直焊式叶片组焊系统中, 所述定位胎具包括 : 圆盘式结 构的定位胎具体, 所述第一定位部为所述定位胎具体的顶面, 所述第三定位部为所述定位 胎具体的顶面。
优选的, 在上述汽轮机三维直焊式叶片组焊系统中, 所述第二定位部为设置在所 述定位胎具体的中心的定位圈, 该定位圈的外径与所述隔板板体的内径相同 ;
所述第四定位部为开设在所述定位胎具体上的隔板外环径向定位面, 该隔板外环 径向定位面的直径与所述隔板外环的最小直径相同。
优选的, 在上述汽轮机三维直焊式叶片组焊系统中, 所述第五定位部为设置在所 述定位胎具体上的定位胎具导轨, 定位胎具导轨的顶端具有与静叶片的进汽边斜线角度相 同的斜面, 其高度和所述静叶片的进汽边的安装高度相同。
优选的, 在上述汽轮机三维直焊式叶片组焊系统中, 所述安装角夹具包括 :
夹紧夹具拉杆, 该夹紧夹具拉杆的一端设有静叶定位面 ;
可滑动的设置在所述夹紧夹具拉杆上的夹具体, 所述夹具体的一侧具有和所述隔 板板体的内圈相同弧度的弧面 ;
固定在所述夹具体顶端的压板, 所述压板的安装高度与静叶片出汽边的组装高度 相同 ;
固定在所述压板上的安装角棒, 所述安装角棒相对于水平面的倾斜角度与所述静 叶片的安装角保持一致。
优选的, 在上述汽轮机三维直焊式叶片组焊系统中, 所述定位体成圆周分布在定 位胎具体上, 所述定位体的数量和所述静叶片的数量相同, 且相邻两个定位体之间的距离 和相邻两个静叶片的距离相同, 且所述定位体具体为两个定位销, 且所述两个定位销之间 的距离和所述两个安装角棒之间的距离相等。
优选的, 在上述汽轮机三维直焊式叶片组焊系统中, 还包括设置在所述夹紧夹具 拉杆远离所述静叶定位面的一端上的夹紧夹具手柄, 该夹紧夹具手柄具体包括 :
与所述夹紧夹具拉杆可转动连接的连杆 ;
固定在所述连杆上, 向所述夹具体方向凸起的推进部 ;连接在所述连杆顶端的手柄本体。
优选的, 在上述汽轮机三维直焊式叶片组焊系统中, 所述夹具体的底部两端均设 置有槽条, 且两个槽条之间的距离和所述夹紧夹具拉杆的宽度相同, 所述夹具体通过槽条 设置在夹紧夹具拉杆上。
优选的, 在上述汽轮机三维直焊式叶片组焊系统中, 还包括套设在所述定位胎具 体外圈, 压住所述隔板外环的第一压板 ;
设置在所述第一压板的顶端用以压住所述隔板外环的顶面的第二压板。
优选的, 在上述汽轮机三维直焊式叶片组焊系统中, 还包括气道喉部测量工具, 所 述气道喉部测量工具包括测量板和量规, 所述测量板为环形板, 其内径和所述隔板板体的 外进相同, 且其宽度为所述静叶片长度的一半, 所述量规具体包括喉部量块和与该喉部量 块相连的连杆。
从上述的技术方案可以看出, 本发明通过定位胎具能够保证隔板板体及隔板外环 的空间位置, 安装角夹具能够保证静叶片的安装角。本发明能够精确控制隔板板体、 隔板 外环、 三维静叶片三者之间的空间位置, 每一静叶片由一组对应的定位体控制节距, 误差互 补, 不形成误差积累, 大大提高组装精度。 安装角夹具能够精确控制静叶片的安装角及出汽 边高度, 不必利用卷尺、 板尺等工具测量, 操作简便, 提高工作效率。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案, 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍, 显而易见地, 下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例, 对于本领域普通技术人员来讲, 在不付出创造性劳动的前提下, 还可以 根据这些附图获得其他的附图。
图 1 为三维静叶片直焊式焊接隔板的局部示意图 ;
图 2 为本发明实施例提供的定位胎具与安装角夹具配合使用的结构示意图 ;
图 3 为本发明实施例提供的定位胎具的结构示意图 ;
图 4 为本发明实施例提供的安装角夹具的结构示意图 ;
图 5 为图 4 的侧视图 ;
图 6 为本发明实施例提供的静叶片进汽边的定位示意图 ;
图 7 为本发明实施例提供的静叶片出汽边、 安装角定位示意图 ;
图 8 为本发明实施例提供的静叶片径向、 节距定位示意图 ;
图 9 为本发明实施例提供的喉部测量工具的结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种汽轮机三维直焊式叶片组焊系统, 以保证三维静叶片、 隔板板 体及隔板外环三维空间位置的确定。
下面将结合本发明实施例中的附图, 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述, 显然, 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例, 而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例, 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例, 都属于本发明保护的范围。请参阅图 2- 图 5, 图 2 为本发明实施例提供的定位胎具与安装角夹具配合使用的 结构示意图 ; 图 3 为本发明实施例提供的定位胎具的结构示意图 ; 图 4 为本发明实施例提 供的安装角夹具的结构示意图 ; 图 5 为图 4 的侧视图。
其中, 201 为隔板板体, 202 为静叶片, 203 为隔板外环, 204 为安装角夹具, 205 为 定位胎具, 2051 为定位胎具体, 2052 为第一压板, 2053 为第二压板, 2054 为定位圈, 2055 为 隔板外环径向定位面, 2041 为夹紧夹具手柄, 2042 为手把, 2043 为压板, 2044 为夹紧夹具拉 杆, 2045 为夹具体, 2046 为槽条, 2047 为安装角棒, 2048 为挡板。
本发明提供的汽轮机三维直焊式叶片组焊系统, 用于直焊式焊接隔板中的静叶片 202、 隔板板体 201 及隔板外环 203 三维空间位置的确定, 包括配合使用的定位胎具 205 和 安装角夹具 204。
其中, 所述定位胎具 205 包括 : 分别定位所述隔板板体 201 轴向位置和径向位置的 第一定位部及第二定位部、 分别定位所述隔板外环 203 轴向位置和径向位置的第三定位部 及第四定位部、 控制静叶片节距的定位体以及定位静叶片进汽边安装高度的第五定位部。
优选的, 定位胎具 205 包括 : 圆盘式结构的定位胎具体 2051, 该定位胎具体 2051 上具有直径与所述隔板外环 203 的最小直径相同的隔板外环径向定位面 2055, 该定位胎具 体 2051 上还具有定位胎具导轨, 定位胎具导轨的顶端具有与静叶片 202 的进汽边斜线角度 相同的斜面, 其高度和所述静叶片 202 的进汽边的安装高度相同, 设置在所述定位胎具体 2051 中心的定位圈 2054, 该定位圈 2054 的外径与所述隔板板体 201 的内径相同, 以及设置 在所述定位胎具体 2051 上的成圆周分布的定位体, 且所述定位体的数量和所述静叶片 202 的数量相同, 且相邻两个定位体之间的距离和相邻两个静叶片 202 的距离相同。 安装角夹具 204 包括 : 夹紧夹具拉杆 2044, 该夹紧夹具拉杆 2044 的一端设有静叶 定位面, 可滑动的设置在所述夹紧夹具拉杆 2044 上的夹具体 2045, 所述夹具体 2045 的一 侧具有和所述隔板板体 201 的内圈相同弧度的弧面, 固定在所述夹具体 2045 顶端的压板 2043, 所述压板 2043 的安装高度与静叶片 202 的出汽边的组装高度相同, 固定在所述压板 2043 上的安装角棒 2047, 所述安装角棒 2047 相对于水平面的倾斜角度与所述静叶片 202 的安装角保持一致。
下面结合图 6- 图 8 介绍隔板板体 201、 隔板外环 203、 静叶片 202 空间位置的确定。 其中, 图 6 为本发明实施例提供的静叶片进汽边的定位示意图 ; 图 7 为本发明实施例提供的 静叶片出汽边、 安装角定位示意图 ; 图 8 为本发明实施例提供的静叶片径向、 节距定位示意 图。
其中, 201 为隔板板体, 202 为静叶片, 203 为隔板外环, 2051 为定位胎具体, 2056 为 定位胎具导轨, 2042 为手把, 2043 为压板, 2047 为安装角棒, 2049 为定位销。
(1) 隔板板体 201 空间位置的确定
隔板板体 201 放置于定位胎具体 2051 顶面上, 定位胎具体 2051 的顶面即隔板板 体 201 轴向定位基准面。定位圈 2054 与定位胎具体 2051 通过螺栓联接 ( 此处也可以采 用其他的固定连接方式, 如焊接等方式, 本发明并不仅现在在螺栓连接一种方式 ), 定位圈 2054 的外径圆柱面即为隔板板体 201 的径向定位基准面, 通过定位胎具体 2051 及定位圈 2054 就确定了隔板板体 201 的空间位置 ( 如图 3)。
(2) 隔板外环 203 空间位置的确定
隔板外环 203 放置于定位胎具体 2051 的顶面上, 定位胎具体 2051 的顶面即隔板 外环 203 的轴向定位基准面。定位胎具体 2051 的隔板外环径向定位面 2055 与隔板外环 203 的最小直径相同, 放置时使隔板外环 203 贴紧隔板外环径向定位面 2055 即可实现隔板 外环 203 的定位 ( 如图 3)。
(3) 静叶片 202 空间位置的确定
静叶片 202 定位可分为静叶片进汽边高度定位、 静叶片出汽边高度定位、 静叶片 安装角定位、 静叶片径向定位和静叶片节距定位。
(3.1) 静叶片进汽边高度定位
静叶片进汽边高度定位通过汽轮机三维直焊式叶片组焊装置的定位胎具导轨 2056 实现。定位胎具导轨 2056 顶端的斜面与静叶片 202 进汽边斜线角度相同, 其空间位 置与静叶片与隔板板体 201 及隔板外环 203 定位面的空间位置相同, 即保证其高度和所述 静叶片 202 的进汽边的安装高度相同。静叶片 202 组装时, 进汽边落在定位胎具导轨 2056 上, 形成自然定位 ( 如图 6)。
(3.2) 静叶片出汽边高度定位
三维静叶片出汽边高位定位通过安装角夹具 204 的压板 2043 及安装角棒 2047 实 现。 压板 2043 的安装高度与静叶片 202 的出汽边组装高度相同, 压板 2043 与安装角棒 2047 形成夹角, 静叶片 202 组装时, 利用夹紧夹具夹紧三维静叶片, 使得出汽边沿安装角棒 2047 紧贴夹具压板, 保证静叶片出汽边的安装高度 ( 如图 7)。 (3.3) 静叶片安装角定位
三维静叶片安装角定位通过安装角棒 2047 实现。安装角棒 2047 的角度与静叶片 202 对应截面安装角保持一致, 静叶片 202 组装时, 叶片内弧最高点与安装角棒 2047 保持接 触, 静叶片 202 出汽边紧贴压板 2043, 从而保证静叶片安装角 ( 如图 7)。
(3.4) 静叶片径向定位
静叶片径向定位通过夹具体 2045 和隔板板体 201 配合实现。夹具体 2045 内侧加 工成弧形, 与隔板板体 201 的外圈定位基准面 ( 即隔板板体 201 的外圈 ) 保持一致, 组装时 贴紧隔板板体的定位基准面, 保证了安装角夹具 204 的径向位置, 再利用安装角夹具 204 夹 紧静叶片 202, 保证静叶片 202 的径向定位 ( 如图 7)。
(3.5) 静叶片首叶位置及节距定位
静叶片节距定位通过安装角夹具 204 与定位胎具体 2051 上的定位体来实现。安 装角夹具 204 加工时, 保证夹具体 2045 的定位圆弧面象限点与静叶片出汽边 ( 或出汽边端 点 ) 在同一垂直面上, 这样通过安装角棒 2047 与胎具定位体的配合, 即可确定静叶片首叶 的位置。胎具定位体与隔板汽道数 ( 叶片数 ) 相同, 每一对定位体对应一片静叶片, 在圆周 上均布, 从而保证任意相邻两片静叶节距均保持一致 ( 如图 8)。
综上所述, 本发明通过定位胎具能够保证隔板板体及隔板外环的空间位置, 定位 胎具导轨能够保证三维静叶片进汽边的安装高度, 定位销能够保证汽道节距, 安装角夹具 能够保证静叶片的安装角。 本发明能够精确控制隔板板体、 隔板外环、 三维静叶片三者之间 的空间位置, 每一静叶片由一组对应的定位体控制节距, 误差互补, 不形成误差积累, 大大 提高组装精度。 安装角夹具能够精确控制静叶片的安装角及出汽边高度, 不必利用卷尺、 板 尺等工具测量, 操作简便, 提高工作效率。
如图 4, 图 5 所示, 本发明提供的安装角棒 2047 和压板 2043 均为两个, 所述两个压 板 2043 分别通过螺钉固定在所述夹具体 2045 的两端, 所述两个安装角棒 2047 分别通过螺 钉固定在所述夹具体 2045 上, 且分别位于所述压板 2043 的下方。
进一步为了优化上述技术方案, 本发明提供的定位体具体为两个定位销 2049, 且 所述两个定位销 2049 之间的距离和所述两个安装角棒 2047 之间的距离相等, 以保证两个 安装角棒 2047 可以通过两个定位销 2049 来定位。
本发明提供的安装角夹具 204 还包括设置在所述夹紧夹具拉杆 2044 远离所述静 叶定位面的一端上的夹紧夹具手柄 2041, 该夹紧夹具手柄 2041 具体包括 : 与所述可转动连 接的连杆 ; 固定在所述连杆上, 向所述夹具体方向凸起的推进部 ; 连接在所述连杆顶端的 手柄本体。夹紧静叶片 202 时, 用手推动手柄本体, 手柄带动连杆以及连杆上的推进部推动 夹具体 2045, 夹具体 2045 和夹紧夹具拉杆 2044 产生相对滑动, 从而保证静叶片 202 的一端 贴紧夹紧夹具拉杆 2044 的静叶定位面, 另一端贴紧两个安装角棒 2047, 从而实现对静叶片 202 的夹紧。挡板 2048 设置在夹具体 2045 上, 且位于夹具体 2045 和推进部之间, 推动夹紧 夹具手柄 2041 时, 推进部通过和挡板 2048 的接触实现夹具体 2045 和夹紧夹具拉杆 2044 的相对移动。
夹具体 2045 的底部两端均设置有槽条 2046, 且两个槽条 2046 之间的距离和所述 夹紧夹具拉杆 2044 的宽度相同, 所述夹具体 2045 通过槽条 2046 设置在夹紧夹具拉杆 2044 上, 通过槽条 2046 可实现二者的相对滑动。
本发明还包括分别连接在两个压板 2043 上的手把 2042。 手把 2042 的设置是为了 方便操作人员夹紧静叶片 202 而设置的。夹紧静叶片 202 时, 可以一手推动夹紧夹具手柄 2041, 另一只手握住手把 2042。
本发明还包括套设在所述定位胎具体 2051 外圈, 压住所述隔板外环 203 的第一压 板 2052。第一压板 2052 通过螺栓固定在定位胎具体 2051 外圈, 通过调整螺栓的拧紧深度 可以调节第一压板 2052 对隔板外环 203 的压紧程度, 以保证隔板外环 203 的最小直径的圆 柱面压紧定位胎具体 2051 的隔板外环径向定位面 2055。
本发明还包括设置在所述第一压板 2052 的顶端用以压住所述隔板外环 203 的顶 面的第二压板 2053。第二压板 2053 通过螺栓固定在第一压板 2052 上, 通过调整螺栓的拧 紧深度可以调节第二压板 2053 对隔板外环 203 的压紧程度。
为了放置安装角夹具 204, 定位胎具体 2051 上设有环形的安装角夹具安置槽, 在 安装角夹具安置槽的两侧设置有定位胎具导轨 2056。
请参阅图 9, 图 9 为本发明实施例提供的喉部测量工具的结构示意图。
其中, 201 为隔板板体, 202 为静叶片, 203 为隔板外环, 2061 为量规, 2062 为测量 板, 20611 为喉部量块, 20612 为连杆。
为了测量气道后部尺寸, 本发明还包括气道喉部测量工具, 所述气道喉部测量工 具包括测量板 2062 和量规 2061, 所述测量板 2062 为环形板, 其内径和所述隔板板体 201 的 外进相同, 且其宽度为所述静叶片长度的一半。从而保证当测量板 2062 套在隔板板体 201 上时, 测量板 2062 的外圈即为汽道喉部, 然后通过量规 2061 测量该位置的喉部尺寸即可。
量规 2061 量规有两种, 一种为喉部量规, 一种为通止端量规, 由喉部量块 20611 与 连杆 20612 通过沉头铆钉铆接而成。三维静叶直焊式焊接隔板焊接组装时, 将本发明提供的三维隔板焊接定位胎具通 过螺栓固定在变位机上, 静叶片 202 组装点焊后, 旋转变位机至适当角度, 以方便焊接。
利用本发明提供的三维直焊式叶片组焊装置与划线组装的方法相比, 存在以下优 点:
1、 定位更方便, 节省操作时间 ;
2、 定位准确, 避免手工划线操作可能发生的组装错误 ;
3、 不形成误差积累, 有利于保证喉部尺寸精度 ;
4、 通过定位销定位, 不用肉眼观测测量工具, 避免产生误差。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述, 每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处, 各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明, 使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的, 本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下, 在其它实施例中实现。 因此, 本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例, 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。