专利名称：流体入口组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及适于用于涡轮机器的流体入口组件。
背景技术：
需要用于工业涡轮机器的进口壳体来提供两个功能，即可以将流体引导到涡轮机 器内并支撑转子轴承。这种壳体所选用的常用材料是砂铸球墨铸铁(SG-铁；SG:球状石 墨)，该砂铸球墨铸铁结合了所需的低温延展性和相对较低的成本这两个特征。这种材料 和生产方法的缺点在于大的表面粗糙度和差的容差控制，特别是在流体冲刷区域内尤为如 此。这些导致了大的陡度和返工成本以及潜在的性能损失。"球墨铸铁"是球状石墨铸铁的简称。顾名思义，石墨是以球状而不是层片状的形 式存在的，并且与灰铸铁相比其具有更高的机械强度、延展性和更大的耐震强度。
发明内容
本发明的目标是提供改进的用于涡轮机器的流体入口组件。 通过一种适于用于涡轮机器特别是燃气涡轮的流体入口组件来实现该目标，其中 该流体入口组件包括 适于将流体导入涡轮机器内的壳体，所述壳体包括内壁，该内壁具有由树脂灌注 复合材料构成的衬套。 更具体地，涡轮机器可以是燃气涡轮，壳体可以将流体导入到涡轮机器的压縮机 内，并且壳体材料可以是球墨铸铁。 通过提供一种制造用于涡轮机器特别是燃气涡轮的流体入口组件的方法来实现
所述目标，其中所述方法包括如下步骤 提供流体入口组件的壳体作为第一模具； 提供与壳体内壁相符合(inline with)的临时结构作为第二模具，其中所述第一 模具和所述第二模具形成在内壁和第二模具之间的模具腔；
在模具腔内提供复合材料；
将树脂灌注到复合材料内，并且 当树脂固化从而在壳体的内壁上生成由树脂灌注复合材料构成的衬套时移除第
二模具。 如从前，壳体可以特别适于将流体引导到涡轮机器的压縮机内并且壳体材料可以 是球墨铸铁。 本发明的基本思想在于通过在壳体上直接进行的灌注过程使用复合材料为涡轮 机器的进口壳体提供衬套。这个具有衬套的进口壳体导致了具有良好容差控制的一致的流 体通路并且能够提供更小的表面粗糙度和更好的防腐性。 在本发明的优选实施例中，复合材料是玻璃纤维或玻璃绞线毡(glass strand matting)。这导致了衬套具有固有的防腐性并且提高了铸造容差以减少初始的铸造废料并
3减少返工。 在又一实施例中，壳体包括至少一个支杆。所述支杆也承受形状和表面缺陷。因 为支杆形成壳体的部分，所以由复合材料构成的衬套需要延伸到支杆以覆盖支杆的铸造表 面。 在又一实施例中，衬套包括平滑表面。这个特征有助于流体通过进口壳体平缓地 流入到涡轮机器内，从而减少不均匀的流体流动分布，导致更好的性能。 在又一实施例中，流体是气体，涡轮机器是燃气涡轮，并且壳体适于将气体引导到 涡轮机器的压縮机内。这里，壳体使得气体能够平缓地流动到压縮机而没有任何湍流或扰 动。 在本发明的另一实施例中，树脂是聚酯。这有助于进口壳体具有成本效率。 在本发明的可替代实施例中，树脂是酚醛树脂。这有助于进口壳体在高温下运转，
因为酚醛树脂是耐火的。
下面参考附图中所示的优选实施例进一步描述本发明，附图中 图1示出了被连接于典型工业燃气涡轮的压縮机的气体入口组件的侧视图， 图2示出了适于用于燃气涡轮的气体入口组件的侧视图， 图3示出了经历闭合模具树脂灌注过程的气体入口组件的一部分，以及 图4示出了在移除临时结构之前的气体入口组件的侧视图。
具体实施例方式
根据本发明的适于用于涡轮机器的流体入口组件优选地是适于用于燃气涡轮的 气体入口组件。因此，下文中参考这个优选实施例来描述本发明。不过，流体入口组件也可 以是适于用于蒸汽涡轮的蒸汽入口组件或用于各种涡轮机器类型的任意其他流体入口组 件。 图1示出了被并入典型工业燃气涡轮200的气体入口组件100。示出的燃气涡轮 200具有气体入口组件100，且气体入口组件100配备成在一端有空气进入管210并在另一 端有压縮机220。气体入口组件100有助于将气体引导到压縮机220内并且也有助于支撑 转子轴承230。气体入口组件100包括壳体120，该壳体120包括具有多个支杆110的侧壳 体115。在气体入口组件100的壳体120的内壁130内提供的衬套140形成具有良好容差 控制的一致的气体通路。 图2示出了适于用于燃气涡轮的气体入口组件100。该组件由适于将气体引导到 图1所示压縮机220内的壳体120组成。壳体120包括具有多个支杆110的侧壳体115。 壳体120包括内壁130，内壁130具有由树脂灌注复合材料构成的衬套140。衬套140包括 平滑表面，在运转中该平滑表面适于使得气体平缓流动到压縮机220内。衬套140的厚度 需要大于铸造形状偏差以便填充负孔隙而不在正凸起上方留下薄区段。衬套140的范围取 决于校正形状偏差所需的面积，不过优选地其可以延伸到全部的气体冲刷表面。
图3示出了经历闭合模具树脂灌注过程的气体入口组件100的一部分。方法包括 提供气体入口组件100的壳体120作为第一模具310。提供了与壳体的内壁130相符合的临时结构作为第二模具320。第一模具310和第二模具320形成在其间的模具腔330。之 后复合材料340被提供到模具腔330内。使用的复合材料可以是玻璃绞线毡或玻璃纤维。 之后，树脂350被灌注到复合材料340内以生成树脂灌注复合材料。使用的树脂可以是聚 酯树脂或酚醛树脂。如果具体应用需要的话，还可以使用其他树脂。最终，当树脂固化以生 成如图1所示的衬套140时移除第二模具320。 灌注的一种优选方式是真空灌注，其显著地提高了纤维与树脂的比，并且产生了 更强且更轻的产物。真空灌注提供了大量的优点，包括更好的纤维与树脂的比、更少的树脂 浪费、更一致的树脂使用、不受限的装设时间以及更干净的过程。这减轻了重量，增加了强 度，并且最大化了纤维的性能和树脂一致性。 在重复尝试的基础上，树脂的使用可预测地具有相似性。这导致了更少的树脂浪 费，并且更重要的是，更少的资金浪费。选择强化物是一个重要决定，不过当选择材料以用 于灌注时还存在着其他考虑。玻璃纤维或玻璃绞线毡是真空灌注中最常使用的强化物。大 多数玻璃纤维可提供高的渗透性，从而允许树脂易于从中流过。 在灌注过程中，使用真空压力360来灌注树脂。树脂350将总是在具有最少阻力 的路径中行进。树脂的选择是真空灌注过程的另一个关键方面。实际上任意树脂均可用于 灌注，不过这里存在着一些在做出决定时应当考虑的一般指导原则。应该被检验的一个重 要信息是树脂粘度。通常，更小的粘度有助于灌注，因为这样能够使得强化物更易于渗透。
—旦万事倶备，则混合树脂。借助于真空压力360，通过模具间隙330快速地汲取 树脂，其中强化材料340被填充到所述模具间隙330内并且向外膨胀到强化物340内。灌 注的速率取决于各种变量，不过树脂应该能够可见地运动。这样持续到全部强化物均饱和。
图4示出了具有临时结构320的复合衬里进口壳体的侧视图。壳体120的内壁 130具有衬套140。这里也示出了在灌注过程中用作第二模具的临时结构320，一旦流入复 合材料内的树脂固化则该临时结构320被移除。 综上，本发明涉及适于用于涡轮机器200的流体入口组件100。本发明提供一种高 效的流体进口组件IOO，其包括适于将流体引导到涡轮机器200内的壳体120。壳体120包 括内壁130，内壁130具有由树脂灌注复合材料构成的衬套140。本发明也提供一种制造用 于涡轮机器200的流体入口组件100的方法。具有衬套的进口壳体导致了具有良好的容差 控制和小的表面粗糙度的一致的气体通路。 衬套被使用在重的非精密铸造部件上(后者可以是基于球墨铸铁)以便为其提供 最终尺寸。使用球墨铸铁可以是有利的，因为其具有所需的低温延展性和相对较低的成本。 因为其潜在缺点，这种材料及其生产方法具有较差的表面粗糙度和容差控制，特别是在气 体冲刷区域内。这可以被衬套克服。 虽然已参考具体实施例描述本发明，不过本说明书不以限制性含义被解释。对于 本领域的技术人员而言，在参考本发明的说明书的情况下，可以显而易见到公开的实施例 的各种变型以及本发明的替代实施例。因此，可以想到在不脱离所限定的本发明的精神或 范围的前提下可以产生这些变型。
权利要求
一种适于用于涡轮机器(200)的流体入口组件(100)，所述涡轮机器(200)是燃气涡轮，所述流体入口组件包括适于将流体引导到所述涡轮机器(200)的压缩机(220)内的壳体(120)，所述壳体(120)的材料是球墨铸铁，所述壳体(120)包括内壁(130)，所述内壁(130)具有由树脂灌注复合材料构成的衬套(140)。
2. 根据权利要求l所述的流体入口组件，其中所述复合材料(340)是玻璃纤维。
3. 根据任意一项前述权利要求所述的流体入口组件，其中所述复合材料(340)是玻璃 绞线毡。
4. 根据任意一项前述权利要求所述的流体入口组件，其中所述壳体(120)包括至少一 个支杆。
5. 根据任意一项前述权利要水所述的流体入口组件，其中所述衬套(140)包括平滑表面。
6. 根据任意一项前述权利要求所述的流体入口组件，其中所述流体是用于燃气涡轮的 气体。
7. —种制造用于涡轮机器(200)的流体入口组件的方法，所述涡轮机器(200)是燃气 涡轮，所述方法包括如下步骤提供所述流体入口组件的壳体(120)作为第一模具(310)，所述壳体(120)适于将流体 引导到所述涡轮机器(200)的压縮机(220)内，所述壳体(120)的材料是球墨铸铁；提供与所述壳体(120)的内壁(130)相符合的临时结构作为第二模具(320)，其中所述 第一模具(310)和所述第二模具(320)形成在所述内壁(130)和所述第二模具(320)之间 的模具腔(330);在所述模具腔(330)内提供复合材料(340);将树脂(350)灌注到所述复合材料(340)中；以及当所述树脂(350)固化以在所述壳体(120)的所述内壁(130)上生成由树脂灌注复合 材料构成的衬套(140)时移除所述第二模具(320)。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述复合材料(340)是玻璃纤维。
9. 根据权利要求7或8所述的方法，其中所述复合材料(340)是玻璃绞线毡。
10. 根据权利要求7-9中任意一项权利要求所述的方法，其中所述树脂(350)是聚酯。
11. 根据权利要求7-9中任意一项权利要求所述的方法，其中所述树脂(350)是酚醛树脂。
全文摘要
本发明涉及适于用于涡轮机器(200)的流体入口组件(100)。本发明提供一种高效流体进口组件(100)，其包括适于将流体导入涡轮机器(200)的壳体(120)。壳体(120)包括内壁(130)，内壁(130)具有由树脂灌注复合材料构成的衬套(140)。本发明也提供制造用于涡轮机器(200)的流体入口组件(100)的方法。
文档编号F02C7/04GK101796304SQ200980000581
公开日2010年8月4日 申请日期2009年3月18日 优先权日2008年5月7日
发明者P·特韦尔 申请人:西门子公司