电渣熔铸贯流式水轮机连续变截面活动导叶的制造方法

摘要

本发明涉及到贯流式水轮机导叶的熔铸制造方法，特别是高要求、高性能贯流式水轮机活动导叶的制造工艺，具体为一种电渣熔铸贯流式水轮机连续变截面(扇形)活动导叶的制造方法，解决目前电渣熔铸技术无法生产连续变化截面铸件的技术难题。针对这一技术难题，本发明提出针对连续变截面的铸件电渣熔铸工艺设计方法和制造方法，电渣熔铸贯流式水轮发电机活动导叶的工艺方法，采用熔铸过程截面连续变化的电渣熔铸，所生产的贯流式水轮发电机活动导叶性能指标较目前制造方法得到大幅度提高。本发明以电渣熔铸技术替代砂型铸造生产贯流式水轮发电机活动导叶，提高了材料的利用率20%以上。

主权项

一种电渣熔铸贯流式水轮机连续变截面活动导叶的制造方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)、采用渣系ANF‑6：70wt％CaF₂+30wt％Al₂O₃；(2)、结晶器型线设计原则：采用三维实体造型软件设计结晶器内腔，其中贯流式水轮发电机的导叶瓣体根据厚度及曲率变化设计熔铸毛坯增量；(3)、结晶器冷却强度的设定：由于熔铸截面的连续变化，冷却采用梯度设置，出水温度及水流速度与熔铸截面连续变化匹配控制；通过程序控制实时冷却截面变化，保证单位截面面积冷却强度相等，设置以下经验公式：S＝(H×cosα×k+1)×S₀其中：S为当前冷却面积，H为导叶瓣体段熔铸叶面高度，角α为铸件分型计算角度(°)，k为经验系数，取值范围为0.12～0.75，S₀为当结晶器初始截面面积；(4)、自耗电极设计原则：采用理论计算按照熔铸过程中电极截面与结晶器截面间隙保持稳定的原则，设计连续变化截面电极；(5)、供电制度的设计原则：由于熔铸过程中，铸件为连续变截面，使得熔铸电极与结晶器的截面随高度的变化处于一个连续变化的过程，又因铸件截面为不规则形状，为了计算电极与结晶器截面连续变化规律，熔铸过程中保持电流(I)和电压(U)的稳定性，设置以下经验公式：U＝[D_结晶器×(k₁+H×cosα)+Q₁]  (V)I＝[D_电极×(k₂+H×cosα)+Q₂]  (A)其中：k₁、k₂为经验系数，D_结晶器、D_电极分别为结晶器和电极的连续变化段最小截面等效直径(mm)，Q₁、Q₂为经验值，角α为铸件分型计算角度(°)，H为导叶瓣体段熔铸液面高度；步骤(5)中，经验系数k₁、k₂的含义：通过三维造型结晶器熔铸变化的经验匹配参数，k₁取值范围为0.1～1.4，k₂取值范围20～40；步骤(5)中，经验值Q₁、Q₂的含义：Q₁为电压经验参数值，取值范围为20～40；Q₂为电流经验参数，取值范围450～700；步骤(5)中，铸件分型计算角度α的含义：导叶瓣体中心截面位置叶面放射状倾角；(6)、渣料添加控制：采用程序控制设备控制连续添加渣料，保持渣层稳定；(7)、热处理：为保证铸件的使用性能，首先熔铸毛坯需要及时进行防裂退火处理，退火温度580～700℃；然后进行正火及回火热处理，正火温度范围900～1060℃；回火温度范围520～670℃；以上热处理保温时间范围为每50mm导叶厚度保温0.5～3小时。