[发明专利]铸造涡轮壳体和喷嘴隔板预型件

说明书

技术领域

本文公开的主题涉及用于工业燃气轮机和风力涡轮机的涡轮壳体和喷嘴隔板，并且更具体而言，涉及铸铁的近净形状的涡轮壳体和喷嘴隔板预型件。

背景技术

用于在升高的温度处运行的涡轮壳体一般已经局限于合金钢铸件或制件。传统的铁素体延性铁比合金钢成本更低，但是典型地具有不足的属性组合，从而妨碍它们在高级燃气轮机压缩机排出装置和涡轮外壳壳体以及其它构件(例如喷嘴隔板)中的使用。限制方面之一与这样的事实有关，即这些构件被制造成砂型铸件。用于涡轮构件(例如壳体和喷嘴隔板)的最终的经加工的传统砂型铸件必须通过机械加工来添加复杂的特征。由于目前用来铸造在燃气轮机和风力涡轮机中使用的铸铁壳体和喷嘴隔板的传统砂型铸造工艺的性质的原因，包括导叶槽口、螺栓孔和多种密封件的这些特征依赖于在铸造工艺完成之后的大量的机械加工。发现机械加工工艺成本比铸造多相当多并不罕见。但是，从冶金学角度来看，增加铸件尺寸以提供机械加工余量会显著地降低铸件的结构完整性。具有较多机械加工余量的较大的铸件需要较长时间凝固和冷却，这可在延性铁铸件中导致形成退化的石墨。另外，较大的铸件典型地需要较多用于熔融金属的立管或储槽，以提高可铸性。但是，增加较多立管还往往提高产生退化的石墨形式的可能性，知道退化的石墨形式会降低伸长和疲劳属性，从而导致工作寿命减少。而且，典型地在铸态(as-cast)表面附近发现合乎需要的细粒结构。但是，目前在燃气轮机和风力涡轮机中使用的砂型铸铁构件经过大量的机械加工，从而移除合乎需要的细粒结构，以及频繁地暴露不合需要的内部微结构特征和体积型(volumetric)缺陷，例如内部微孔和退化的石墨形式。因此，合乎需要的是提供显著地减少或消除机械加工操作的铸铁涡轮构件，提供合乎需要的细粒微结构，以及避免产生和暴露不合需要的内部微结构特征。

发明内容

根据本发明的一方面，公开了一种涡轮壳体预型件。该涡轮壳体预型件包括铸态本体，该铸态本体包括涡轮壳体的部分圆柱形的壁区段，壁区段具有内表面和外表面。涡轮壳体预型件还包括在壁区段中、在内表面上形成的沿周向延伸的导叶槽口。

根据本发明的另一方面，公开了一种涡轮喷嘴隔板预型件。该涡轮喷嘴隔板预型件包括铸态本体，该铸态本体包括涡轮喷嘴隔板的、具有内表面和外表面的部分圆柱形的壁区段。涡轮喷嘴隔板预型件还包括从外表面或内表面中的一个凸出的沿周向延伸的铸态密封部件。

附图说明

在说明书的结论处的权利要求中特别指出和明确声明了被视为本发明的主题。根据结合附图得到的以下详细描述，本发明的前述和其它特征与优点是显而易见的，其中：

图1是呈本文公开的涡轮壳体预型件的形式的涡轮构件预型件的一个示例性实施例的透视图；

图2是示出了铸造成由砂型铸造所制成的导叶槽口的形式的相关技术领域的涡轮构件特征的铸态轮廓和最终轮廓的横截面图；

图3是图1的截面3-3的横截面图，其示出了呈本文公开的近净形状的导叶槽口的形式的涡轮构件特征的一个示例性实施例的铸态轮廓和最终轮廓；

图4是呈本文公开的涡轮喷嘴隔板预型件的形式的涡轮构件预型件的另一个示例性实施例的透视图；

图5是示出了铸造成由砂型铸造制成的齿形密封件的形式的相关技术领域的涡轮构件特征的铸态轮廓和最终轮廓的横截面图；

图6是图4的截面6-6的横截面图，其示出了呈本文公开的近净形状的齿形密封件的形式的涡轮构件特征的一个示例性实施例的铸态轮廓和最终轮廓；

图7是示出了本文公开的示例性铁素体/珠光体延性铁成分的表格；以及

图8是示出了本文公开的示例性奥氏体延性铁成分的表格；

详细描述以参照附图的实例的方式阐明了本发明的实施例，以及优点和特征。

部件列表

10    涡轮构件预型件

12    铸态本体

13    细粒层

14    壁区段

15    层

16    内表面

18    纵向轴线

20    外表面

22    铸态特征

30    涡轮壳体预型件

32    沿周向延伸的导叶槽口

34    铸态槽口轮廓

36    T形鸠尾榫轮廓

50    喷嘴隔板预型件

52    凸出的密封部件

54    密封齿

55    多个肩部