透屏机叶片电磁悬浮铸造设备制造技术

本发明专利技术涉及一种铸造设备，特别是涉及到透屏机及燃气轮机叶片的铸造设备。本铸造设备的特征在于：叶片是依靠电磁感应器（１）及直线电动机双重电磁约束而成型的。电磁感应器（１）对钢液施以水平推力使其成型为叶片，直线电动机对钢液施以由下而上的电磁推力，减轻钢液的重力，使电磁感应器（１）的水平推力更为有效。其具体结构是：一个横截面为叶片形的电磁感应器（１）围绕于钢液之外，而在前者之外再安装异型的直线电动机。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到一种铸造设备，特别是涉及到透屏机及燃气轮机叶片的铸造设备。透屏机叶片需求量大，包括汽轮发电机叶片、飞机和军舰的燃气轮机叶片及风力发电机叶片等等。由于其工作条件十分恶劣，处于高温、高速、高载荷环境下，故对其机械性能、冶金质量要求也是最严格的。这种叶片组织结构有锻态的及铸态的两种。锻态的叶片(以汽轮机叶片为例)，加工工序繁多，要先把不锈钢轧成厚板，再将之机械加工成矩形块，经热处理后加工成叶片，大部分不锈钢都被加工成铣屑。铸态的叶片(以飞机涡轮机叶片为例)，是在精密铸造模壳中实现定向凝固铸成的，是上世纪50年代美国军方研发的，效果很好，当时使蜗轮机工作温度提高到1000℃以上，也提高了飞机的马荷数，现在仍被世界各国采用。其性能超过锻态的叶片，缺点是钢液在高温模壳中向冷却介质中下降冷却速度太慢，稍快则难以实现定向凝固，例如10厘米长的叶片，大约需1-2个小时才能冷却完毕，效率很低。美国OLIN公司研究成功，用电磁成型铸造法生产蜗轮机叶片，冷却液直接喷洒在裸露的叶片上，效率提高很多，性能也提高很多。见美国专利US4612972。电磁成型铸造法是前苏联盖茨列夫1969年研发成功，欧美各国曾在前苏联购得生产许可证，后经过8年研究才应用于生产当中，我国101厂在前苏联帮助下，在1974年掌握该项技术。其技术要点是用单匝圆形电磁感应器中的一次电流I1，感应在其中间的铝合金，使其表面产生二次电流I2，I2在磁场作用下，使液体铝合金垂直站立，形成铝锭的铸锭方法。我国也有几个工厂试图用上述电磁成型铸造法生产蜗轮叶片，均未取得成功。原因在于该专利自申请日至今已历20年，其技术已较陈旧、可行性较差。本工作的目的是提供一种铸造设备，用以铸造高质量的透屏机叶片，称为透屏机叶片电磁悬浮铸造设备。本工作的目的是这样实现的即不仅采用一个电磁感应器来约束液体金属，而是在此基础上增加了直线电动机来增强约束能力，从而达到液态金属悬浮成型为蜗轮叶片的目的。直线电动机是一种能把电能转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换、传动的驱动装置(见《直线电机技术手册》机械工业出版社)。普通电动机分为定子和转子，与此相当，直线电动机分为初级和次级。初级通电后能感应次级，可以推动次级作直线运动，在本工作中直线电动机安装在电磁感应器(1)之外，液态金属作为其次级被直线电动机感应出由下而上的行波磁场，以及由下而上的电磁推力，减轻了液态金属的重力，从而使电磁感应器(1)更加有效(见GB2275634A，US4905756)。本工作能取得以下积极成果1、铸件凝固前后不与任何固体物质接触，只与空气及水接触，因而表面光洁度可达7。2、省略了精密铸造模壳，因而省去了很多原材料如骨料及粘结剂、固化剂等，省去制壳工序，打箱工序，清除废料工序，因而减轻了繁重体力劳动，改善了劳动环境。3、叶片是小截面铸件，加之冷却液直接喷洒在铸件上，得到快速冷却的效果。提高了液固界面处的温度梯度，可得到超细柱晶组织，机械性能将得到大幅度提高(见《定向凝固超细柱晶组织及其形成》材料工程1991年第一期 傅恒志等)。4、以一套永久性的电磁感应器及直线电动机而能生产为数众多的叶片，将大大降低成本，缩短生产周期。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明附图说明图1为第一个实施例的正视2是图1的俯视剖面3是第二个实施例的正视4是第二个实施例的俯视5是第二个实施例中扁平状直线电动机的立体中1.电磁感应器 2.饼形铁芯 3.轭铁 4.浇口杯 5.电控浇道 6.电感式感传器 7.叶片液态段 8.叶片固态段 9.引出底模 10.底板 11.叶片 12.叶片薄端 13.叶片厚端 14.饼形线圈 15a.铁芯 15b.铁芯 16.线圈 17.耐火材料填料 18.喷水孔在图1及图2中，电磁感应器(1)为紫铜管制成的多匝螺旋管状感应器，其横截面并非圆形而为叶片横截面状。工作时通以高频电(频率200-400kHz、功率100千瓦)，称为一次电流I1，其作用是能在浇入其中的钢液的外表面，感应出涡流，涡流在电磁感应器(1)磁场作用下使钢液成型为叶片状，即叶片液态段(7)[本工作中电磁感应器(1)下面的几匝螺旋管内表面上钻有喷水孔(18)，直径约为1.5mm，向内下方喷射冷却水，以冷却里面的引出底模(9)及叶片(11)]。上述原理是盖茨列夫1969年专利技术的，在实际应用中往往遇到一些问题，主要是高频磁场推力不足，钢液成型不好，我国多家研究机构均未取得成果。这也可能是钢的比重较大，大约是铝的三倍，另外其透磁性较大的缘故。本实施例为解决上述问题在传统电磁感应器(1)的外围增设一个扁圆筒形直线电动机，本专利技术所谓扁圆筒形直线电动机是一种异形直线电动机，是在传统圆筒形直线电动机的基础上变形而成的。它的截面是这样做出来的先绘制出将要生产的叶片的一个典型截面，以截面的外周线上的很多个点做圆心，以事先设计的气隙(直线电动机内表面到铸件的距离)为半径做众多个圆弧，再作这些圆弧的公切曲线得到一个封闭曲线，形成“特定的扁圆形”，见图2。其中轭铁(3)、饼形铁芯(2)及饼形线圈(14)三者水平截面都是特定扁圆形的，就组成了扁圆筒形直线电动机，轭铁(3)起导磁作用另外它也是直线电动机的外壳是用低碳钢板制成的，饼形铁芯(2)饼形线圈(14)都有一定厚度，依次重叠安装在轭铁(3)之内。浇口杯(4)为耐火材料制成，由之浇入并贮存一定量的钢液，在其中钢液的水平面高度保持不变。电控浇道(5)用耐火材料制成，由之浇入钢液，在其中钢液流量由电磁泵控制。电感式感传器(6)作用在于感知钢液的高度并传达到电子计算机。由电子计算机协调引出底模(9)的下引速度V及电控浇道中的流量及电感式感传器(6)感知的液面高度，达到控制液面高度不变的目的。叶片的冷却是这样实现的电磁感应器(1)螺旋管下部的喷水孔(18)向内喷洒冷却水，冷却引出底模(9)及叶片的下部，结果在叶片的下部形成叶片固态段(8)。另外在叶片薄端(12)附近喷水孔(18)应钻得低一些、少一些，在叶片厚端(13)附近要钻得高些、密一些，以便得到均匀冷却的效果。引出底模(9)为不锈钢制成，其俯视轮廓与叶片固态段(8)完全同样，其下面有一轴与引出机构相连接，工作时引出机构以一定的速度v向下方牵引引出底模(9)，以便铸出叶片(11)，另外引出机构还通过该轴向引出底模传达一个扭矩，使之发生转动，其角速度为ω，以便铸出的叶片(11)有一定的螺距。由于这一螺距较小，因而旋转的角度不需要太大，只要一个很慢的角速度ω，单纯转动引出底模(9)及叶片固态段(8)就能得到所需的螺距，条件是叶片固态段(8)生成后达到一定长度再开始扭转，而且角速度ω与下引速度v之间有一定的比例关系，但是下引速度v并不是孤立的，它是与很多因素有关的，如冷却速度、钢液温度、浇注速度等等。在比较完备的电磁铸造中，上述各参数都应在电子计算机控制下运行，在本工作中，引出底模(9)及叶片固态段(8)的旋转角速度ω也是在电子计算机控制下运行的。底板(10)为厚电木板制成，用以承载电磁感应器(1)及直线电动机。图3、图4及图5所示为本专利技术的第二个实施例，按照本专利技术的设计，第二个实施例是在第一实施例基础上更换少数几个零件而构成的，即删去饼形铁芯(2)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
透屏机叶片电磁悬浮铸造设备是由电磁感应装置、引出底模、环状喷水冷却器、浇口杯、电控浇道、电感式感传器组成，其特征在于：液态合金是在电磁感应器（１）及直线电动机，所产生双重电磁力约束成型为叶片的。

【技术特征摘要】
1.透屏机叶片电磁悬浮铸造设备是由电磁感应装置、引出底模、环状喷水冷却器、浇口杯、电控浇道、电感式感传器组成，其特征在于液态合金是在电磁感应器(1)及直线电动机，所产生双重电磁力约束成型为叶片的。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于直线电动机安装在电磁感应器(1)之外。3.根据权利要求1所述的设备其特征在于直线电动机是一个扁圆筒状直线电动机。4.根据权利要求1及权利要求3所述的扁圆筒形直线电动机，其特征在于其横截面为特定的扁圆形。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠炎，
申请(专利权)人：李忠炎，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]