燃气轮机间冷器及其焊接方法与流程

本发明涉及发动机装置领域，特别涉及一种燃气轮机间冷器及其焊接方法。

背景技术：

燃气轮机(gasturbine)是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，属于旋转叶轮式热力发动机。间冷器(全称：压缩空气中间冷却器)是燃气轮机的关键组件之一，分别与低压压气机和高压压气机连接。经过低压压气机压缩后的空气从间冷器入口进入间冷器，在间冷器内进行热交换之后，再从间冷器出口进入高压压气机。与高、低压气机直接连接相比，在高、低压气机之间增加间冷器，可以显著降低空气进入高压压气机时的温度(间冷器入口的空气温度约为180℃，间冷器出口的温度约为40℃)，有效减少高压压气机的压缩功耗。

间冷器包括多个壳体和多个换热芯体，多个壳体和多个换热芯体一一对应，换热芯体安装在对应的壳体内。壳体包括顶梁、梯形底板和两个侧板；两个侧板分别固定在梯形底板的两个腰上形成腔室，顶梁固定在两个侧板距离梯形底板最远的边上。换热芯体设置在腔室内，并固定在顶梁上；换热芯体与梯形底板、两个侧板之间具有间隙(要求在1mm以下)，形成换热通道。空气从壳体内狭窄的换热通道通过，可以与换热芯体进行热交换，降低空气的温度。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

壳体由结构件焊接制造而成，焊缝的数量达到几十条，焊接的工作量很大。但是梯形底板的厚度只有5mm，因此梯形底板很容易在焊接过程中发生变形，导致梯形底板的平面度最大甚至达到4～5mm，远远超过0～1mm的要求范围。而梯形底板的平面度达到4～5mm，使得梯形底板与换热芯体的间隙最大也达到4～5mm，从梯形底板与换热芯体的间隙通过的空气无法与换热芯体进行有效的热交换，造成这部分空气的温度没有得到有效降低，降低间冷器的换热效率，进而影响到高压压气机的压缩功耗。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种燃气轮机间冷器及其焊接方法，可以避免空气通过底板与换热芯体的较大间隙而导致温度未得到有效降低，解决现有技术间冷器换热效率低的问题。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种燃气轮机间冷器，所述燃气轮机间冷器包括多个壳体、多个换热芯体和多个隔气件；所述多个换热芯体、所述多个隔气件与所述多个壳体一一对应，所述换热芯体、所述多个隔气件安装在对应的壳体内；

所述壳体包括顶梁、梯形底板和两个侧板；所述两个侧板分别固定在所述梯形底板的两个腰上形成腔室，所述腔室具有进气口和出气口，所述进气口和所述出气口分别位于所述梯形底板的两个底上；所述顶梁固定在所述两个侧板距离所述梯形底板最远的边上；

所述换热芯体设置在所述腔室内，并固定在所述顶梁上；所述换热芯体与所述梯形底板、所述两个侧板之间具有间隙，所述隔气件设置在所述换热芯体与所述梯形底板的间隙中；所述隔气件包括由一块平板弯折而成的第一平板和第二平板，所述第一平板固定在所述梯形底板上，所述第二平板距离所述第一平板最远的边同时向所述换热芯体和所述进气口延伸。

可选地，所述第二平板与所述第一平板之间的夹角α为钝角。

进一步地，所述第二平板与所述第一平板之间的夹角α为165°～175°。

可选地，所述隔气件的高度h满足如下公式：

其中，s为所述换热芯体与所述梯形底板的间隙的最大值。

可选地，所述第二平板的长度b为所述第一平板的长度a的2倍～3倍。

可选地，所述隔气件的材料为高温合金。

可选地，所述隔气件由梯形板弯折而成。

另一方面，本发明实施例提供了一种燃气轮机间冷器的焊接方法，所述焊接方法包括：

提供壳体和换热芯体；所述壳体包括顶梁、梯形底板和两个侧板，所述两个侧板分别固定在所述梯形底板的两个腰上形成腔室，所述腔室具有进气口和出气口，所述进气口和所述出气口分别位于所述梯形底板的两个底上，所述顶梁固定在所述两个侧板距离所述梯形底板最远的边上；所述换热芯体设置在所述腔室内，并固定在所述顶梁上，所述换热芯体与所述梯形底板、所述两个侧板之间具有间隙；

测量所述换热芯体与所述梯形底板的间隙大小；

根据测量的间隙大小制作隔气件，并将所述隔气件设置在所述换热芯体与所述梯形底板的间隙中；所述隔气件包括由一块平板弯折而成的第一平板和第二平板，所述第一平板固定在所述梯形底板上，所述第二平板距离所述第一平板最远的边同时向所述换热芯体和所述进气口延伸。

可选地，所述测量所述换热芯体与所述梯形底板的间隙大小，包括：

在所述换热芯体设置在所述腔室内之前，将橡皮泥铺满所述梯形底板；

将所述换热芯体设置在所述腔室内，并固定在所述顶梁上，使所述橡皮泥填满所述换热芯体与所述梯形底板的间隙；

在所述橡皮泥定形之后，从所述腔室内依次取出所述换热芯体和所述橡皮泥；

测量所述橡皮泥的厚度，并将所述橡皮泥的厚度作为所述换热芯体与所述梯形底板的间隙大小。

可选地，所述将所述隔气件设置在所述换热芯体与所述梯形底板的间隙中，包括：

将所述第一平板与所述梯形底板贴合；

在所述第一平板与所述梯形底板之间形成间隔分布的多个焊点，将所述第一平板固定在所述梯形底板上。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在换热芯体与梯形底板的间隙中设置隔气件，隔气件包括第一平板和第二平板，第一平板固定在梯形底板上，可以防止隔气件被进入壳体的空气吹动。第二平板距离第一平板最远的边同时向换热芯体和进气口延伸，并且第一平板和第二平板由一块平板弯折而成，空气从进气口进入壳体之后，会将第二平板进一步吹向换热芯体，将第二平板挡在换热芯体与梯形底板的间隙中，阻隔进入壳体的空气从换热芯体与梯形底板的间隙通过壳体，从而避免出现空气通过换热芯体与梯形底板较大间隙时无法与换热芯体进行有效热交换的情况。进入壳体的空气只能从换热芯体与侧板的间隙通过壳体，由于侧板与换热芯体的间隙可以控制在要求范围内，因此进入壳体的空气都可以与换热芯体进行有效的热交换，使得通过间冷器的空气温度得到有效降低，大大提升间冷器的换热效率，有效减少高压压气机的压缩功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例提供的一种燃气轮机间冷器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的图1的a-a向的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的壳体的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的燃气轮机间冷器的梯形底板部分的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的隔气件的侧视图；

图6是本发明实施例提供的隔气件的主视图；

图7是本发明实施例提供的另一种隔气件的侧视图；

图8是本发明实施例提供的种燃气轮机间冷器的焊接方法的流程图；

其中，10、壳体；11、顶梁；12、梯形底板；13、侧板；14、腔室；14a、进气口；14b、出气口；20、换热芯体；30、隔气件；31、第一平板；32、第二平板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种燃气轮机间冷器。图1为本发明实施例提供的一种燃气轮机间冷器的结构示意图，图2为本发明实施例提供的图1的a-a向的结构示意图。参见图1，燃气轮机间冷器包括多个壳体10、多个换热芯体20和多个隔气件30。多个换热芯体20、多个隔气件30与多个壳体10一一对应，换热芯体20、多个隔气件30安装在对应的壳体10内。

图3为本发明实施例提供的壳体的结构示意图。参见图3，壳体10包括顶梁11、梯形底板12和两个侧板13。两个侧板13分别固定在梯形底板12的两个腰上形成腔室14，腔室14具有进气口14a和出气口14b，进气口14a和出气口14b分别位于梯形底板12的两个底上。顶梁11固定在两个侧板13距离梯形底板12最远的边上。

如图1所示，换热芯体20设置在腔室14内，并固定在顶梁11上。图4为本发明实施例提供的燃气轮机间冷器的梯形底板部分的结构示意图。参见图4，换热芯体20与梯形底板12、两个侧板13之间具有间隙，隔气件30设置在换热芯体20与梯形底板12的间隙中。图5为本发明实施例提供的隔气件的侧视图，图6为本发明实施例提供的隔气件的主视图。参见图5、图6和图4，隔气件30包括由一块平板弯折而成的第一平板31和第二平板32，第一平板31固定在梯形底板12上，第二平板32距离第一平板31最远的边同时向换热芯体20和进气口14a延伸。

本发明实施例通过在换热芯体与梯形底板的间隙中设置隔气件，隔气件包括第一平板和第二平板，第一平板固定在梯形底板上，可以防止隔气件被进入壳体的空气吹动。第二平板距离第一平板最远的边同时向换热芯体和进气口延伸，并且第一平板和第二平板由一块平板弯折而成，空气从进气口进入壳体之后，会将第二平板进一步吹向换热芯体，将第二平板挡在换热芯体与梯形底板的间隙中，阻隔进入壳体的空气从换热芯体与梯形底板的间隙通过壳体，从而避免出现空气通过换热芯体与梯形底板较大间隙时无法与换热芯体进行有效热交换的情况。进入壳体的空气只能从换热芯体与侧板的间隙通过壳体，由于侧板与换热芯体的间隙可以控制在要求范围内，因此进入壳体的空气都可以与换热芯体进行有效的热交换，使得通过间冷器的空气温度得到有效降低，大大提升间冷器的换热效率，有效减少高压压气机的压缩功耗。

另外，第一平板和第二平板由一块平板弯折而成，第一平板和第二平板之间的弯折角度可以进行调节，从而改变第二平板距离第一平板最远的边与第一之间的垂直距离，可以适用于换热芯体与梯形底板不同大小的间隙，既不会影响到换热芯体设置在壳体内，也可以对换热芯体与梯形底板的间隙形成最佳阻挡。

在本实施例的一种实现方式中，如图5所示，第二平板32与第一平板31之间的夹角α可以为钝角。平板的弯曲程度较低，可以有效避免平板折断，实现简单方便，实现成本低；而且便于将第一平板固定在梯形底板上。

可选地，第二平板32与第一平板31之间的夹角α可以为165°～175°。第二平板接近与第一平板平行，第一平板和第二平板之间的弯折角度的调节，对第二平板距离第一平板最远的边与第一之间的垂直距离的改变较小，调节的精度较高，有利于隔气件适用于换热芯体与梯形底板不同大小的间隙。

示例性地，第二平板32与第一平板31之间的夹角α可以为173°。

图7为本发明实施例提供的另一种隔气件的侧视图。参见图7，在本实施例的另一种实现方式中，第二平板32与第一平板31之间的夹角α可以为锐角。第二平板在内力作用下，倾向于进一步靠近换热芯体，对换热芯体与梯形底板的间隙形成最佳阻挡；而且整体占用的空间较少，第一平板可以设置在较大的区域上，增强隔气件固定在梯形底板上的牢固性。

可选地，第二平板32与第一平板31之间的夹角α可以为5°～15°。第二平板接近与第一平板平行，第一平板和第二平板之间的弯折角度的调节，对第二平板距离第一平板最远的边与第一之间的垂直距离的改变较小，调节的精度较高，有利于隔气件适用于换热芯体与梯形底板不同大小的间隙。

可选地，如图5所示，隔气件30的高度h可以满足如下公式：

其中，s为换热芯体20与梯形底板12的间隙的最大值。

在本实施例中，隔气件30的高度h为第二平板32距离第一平板31最远的边与第一平板31的垂直距离，即第二平板32距离第一平板31最远的边上任意一点到第一平板31的垂线长度。另外，上述公式中的单位为mm。

先将换热芯体与梯形底板间隙的最大值向上取整，方便实际操作；再将隔气件的高度限定为比换热芯体与梯形底板间隙的最大值大一点，可以保证隔气件可以适用于换热芯体与梯形底板所有区域的间隙。在实际应用中，隔气件的高度一定比换热芯体与梯形底板间隙大，只需要在安装换热芯体的时候，利用换热芯体下压第二平板，直到隔气件的高度等于换热芯体与梯形底板的间隙，操作简单方便，并且隔气件与换热芯体的匹配效果好。

示例性地，换热芯体20与梯形底板12的间隙的最大值s为3.9mm，s向上取整为4mm，隔气件30的高度h为5mm。

可选地，如图5所示，第二平板32的长度b可以为第一平板31的长度a的2倍～3倍。

在本实施例中，第一平板31的长度a为第一平板31在向第二平板32延伸的方向上的长度，第二平板32的长度b为第二平板32在向第一平板31延伸的方向上的长度。

阻挡换热芯体与梯形底板间隙的第二平板比固定在梯形底板上的第一平板长，优先保证隔气件对换热芯体与梯形底板间隙形成有效阻挡，同时在确保隔气件牢固固定在梯形底板的情况下，尽可能缩短隔气件的整体长度，减少用料和方便实现，最终降低实现成本。

示例性地，第一平板31的长度a可以为20mm，第二平板32的长度b可以为40mm，弯折形成第一平板31和第二平板32的长度为60mm。在实际应用中，平板弯折可以容许一定的偏差，偏差在2mm以下即可。

可选地，如图5所示，隔气件30的厚度可以为0.2mm～0.5mm，如0.3mm。隔气件30的厚度较薄，有利于弯折平板，避免平板折断。

可选地，隔气件30的材料可以为高温合金。高温合金可耐受高温仍保持一定的力学性能，隔气件可以在阻挡高温空气通过换热芯体和梯形底板间隙的过程中保持稳定，避免隔气件在高温空气的作用下出现熔化等情况，有效阻挡高温空气通过换热芯体和梯形底板间隙。而且高温合金具有一定的强度和弹性，有利于弯折平板，避免平板折断，同时在平板弯折之后可以保持弯折角度不变。

进一步地，隔气件30的材料可以为gh3030。在gh3030中，c组分的含量在0.12％以下，cr组分的含量为19％～22％，al组分的含量在0.15％，ti组分的含量为0.15％～0.35％，fe组分的含量为1％，mn组分的含量在0.7％以下，si组分的含量在0.8％以下，p组分的含量在0.015％以下，s组分的含量在0.01％以下，cu组分的含量在0.2％以下，pb组分的含量在0.001％以下。实验证明，上述材料制成的隔气件耐高温，韧性好，可以对高温空气通过换热芯体和梯形底板间隙起到很好的阻挡作用。

可选地，如图6所示，隔气件30可以由梯形板弯折而成，可以与壳体的贴合面向同一方向延伸，有利于隔气件与壳体内壁紧密贴合，将对高温空气通过换热芯体和梯形底板间隙的阻挡作用达到最佳。

在本实施例中，隔气件两个腰之间的夹角可以等于梯形底板两个腰之间的夹角相同，隔气件的两个底可以等于根据所在区域两个侧板之间的距离，使得隔气件与壳体内壁紧密贴合。

示例性地，隔气件的下底可以为581mm～581.5mm，隔气件的上底可以为548.5mm～549mm。

在实际应用中，梯形板可以采用激光切割而成，可以保证梯形板的成型精度，有利于将对高温空气通过换热芯体和梯形底板间隙的阻挡作用达到最佳。

可选地，隔气件30的数量可以为两个以上，两个以上隔气件30沿从进气口14a到出气口14b的方向间隔设置在梯形底板12上。通过设置多个隔气件，可以有效避免阻挡空气通过换热芯体和梯形底板间隙。

本发明实施例提供了一种燃气轮机间冷器的焊接方法，适用于形成图1所示的燃气轮机间冷器。图8为本发明实施例提供的一种燃气轮机间冷器的焊接方法的流程图。参见图8，焊接方法包括：

步骤201：提供壳体和换热芯体。

在本实施例中，壳体包括顶梁、梯形底板和两个侧板；两个侧板分别固定在梯形底板的两个腰上形成腔室，腔室具有进气口和出气口，进气口和出气口分别位于梯形底板的两个底上；顶梁固定在两个侧板距离梯形底板最远的边上。换热芯体设置在腔室内，并固定在顶梁上；换热芯体与梯形底板、两个侧板之间具有间隙。

步骤202：测量换热芯体与梯形底板的间隙大小。

在本实施例的一种实现方式中，该步骤202可以包括：

在换热芯体设置在腔室内之前，将橡皮泥铺满梯形底板；

将换热芯体设置在腔室内，并固定在顶梁上，使橡皮泥填满换热芯体与梯形底板的间隙；

在橡皮泥定形之后，从腔室内依次取出换热芯体和橡皮泥；

测量橡皮泥的厚度，并将橡皮泥的厚度作为换热芯体与梯形底板的间隙大小。

利用橡皮泥复制出换热芯体与梯形底板的间隙，通过测量橡皮泥的厚度即可得到换热芯体与梯形底板的间隙大小，测量方便，实现简单。

可选地，在将橡皮泥铺满梯形底板之前，该步骤202还可以包括：

在换热芯体和梯形底板上抹油。

利用油的润滑作用，避免橡皮泥粘附在换热芯体或者梯形底板上而破坏橡皮泥的形状，影响换热芯体与梯形底板间隙的测量精度。

在实际应用中，可以在橡皮泥填满换热芯体与梯形底板的间隙之后，等待0.5小时～1小时，使得橡皮泥自然定形。也可以在橡皮泥填满换热芯体与梯形底板的间隙之后，在50℃～80℃的温度下加热橡皮泥，加快橡皮泥的定形速度，缩短等待时间，提高制作效率。而且50℃～80℃的温度较低，不会影响到壳体的结构。

在本实施例的另一种实现方式中，该步骤202可以包括：

在换热芯体设置在腔室内之后，测量换热芯体与梯形底板的间隙大小。

步骤203：根据测量的间隙大小制作隔气件，并将隔气件设置在换热芯体与梯形底板的间隙中。

在本实施例中，隔气件包括由一块平板弯折而成的第一平板和第二平板；第一平板固定在梯形底板上，第二平板距离第一平板最远的边同时向换热芯体和进气口延伸。

在实际应用中，在得到换热芯体与梯形底板的间隙大小之后，可以计算出隔气件的高度，然后结合第一平板和第二平板之间的夹角范围、第一平板和第二平板的长度范围等综合考虑，确定第一平板和第二平板的各种尺寸。例如，选定第一平板和第二平板之间的夹角，基于换热芯体与梯形底板的间隙，得到第二平板的长度；基于第二平板的长度，得到第一平板的长度。

在确定第一平板和第二平板的各种尺寸之后，先按照确定的尺寸激光切割出弯折前的平板，再按照确定的尺寸将平板弯成第一平板和第二平板。弯折平板时，可以先在弯折前的平板上划出压制线，再采用r2折边到或者折边机通用v型下膜，按照压制线将平板弯成第一平板和第二平板。

可选地，将隔气件设置在换热芯体与梯形底板的间隙中，可以包括：

将第一平板与梯形底板贴合；

在第一平板与梯形底板之间形成间隔分布的多个焊点，将第一平板固定在梯形底板上。

通过多个焊点进行固定，焊接的热量较少，可以有效的控制梯形底板的焊接变形，同时保证密封性，避免气体从换热芯体与梯形底板的间隙通过壳体。

进一步地，多个焊点可以呈阵列排列，保证点焊的连接强度，同时保证密封性。

示例性地，焊点在垂直于梯形底板两个底的方向上的间距可以为20mm，在平行于梯形底板的两个底的方向上的间距可以为10mm，排成2行25列的阵列。

更进一步地，焊点的直径可以为2mm～3mm，可以有效控制焊接热量，避免梯形底板焊接变形，同时保证连接的牢固性。

在实际应用中，焊接可以采用dny-25型电阻点焊机，加热档位选择“3挡”，焊枪头部直径为2mm。焊接时，焊枪头部与板面垂直，稍用力将焊枪头部与板面压紧，即可获得外观均匀且连接强度高的焊点。

进一步地，将隔气件设置在换热芯体与梯形底板的间隙中，还可以包括：

在第一平板与梯形底板之间形成间隔分布的多个焊点之后，在第一平板的边缘与梯形底板之间形成焊缝。

通过形成完整焊缝，可以消除第一平板与梯形底板之间的空隙，有效避免空气从换热芯体与梯形底板的间隙通过壳体。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。