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摘要：本文通过对大型燃气轮机的发展趋势，针对大型燃气轮机铸件的技术特点，结合笔者所在公司的生产实际，对公司生产大型燃气轮机铸件的铸造技术加以阐述。
关键词：大型 燃气轮机 CAE模拟 铸造技术
1 概述
随着世界能源需求的不断增长，燃气轮机作为一种适配性极强、高效环保的发电机组，已经成为当今世界发电的主要形式之一，燃气轮机的蓬勃发展使得配套铸件市场需求巨大。燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平等组成。压气机有轴流式和离心式两种，离心式一级或两级，适合1MW以下小型燃气轮机。轴流式多级，效率较高，流量大，大、中型燃气轮机中普遍应用。重型结构燃气轮机的零件较为厚重，大修周期长，寿命可达10万小时以上。
大型燃气轮机铸件制造技术一直以来是铸造行业的难题之一，国际上仅有为数不多的企业可以生产，而国内企业长期处于研发或小批量生产阶段。多年来国内燃气轮机相关产品主要依赖进口或合资制造，燃气轮机核心配套铸件的制造技术已经成为国内发电设备制造企业进行发电整机国产化开发的瓶颈之一。（图1）
2 燃气轮机技术特点
2.1 燃气轮机铸件工作环境
大型燃气轮机铸件工作环境恶劣，对于铸铁及铸钢配套产品要求较高。铸铁件方面主要是工作时壳体内有高压、高温、高速（292.1kg/sec）的燃气流，对铸件产生热疲劳冲击，并伴有化学腐蚀，因此对铸件机械性能要求非常高（抗拉强度最小413.7Mpa，屈服强度最小275.8MPa，延伸率18%，3000kgf负载HB硬度为143～187）。
2.2 燃气轮机铸件的结构特点
燃气轮机关键部件为CDC/TS两部分，如图2，铸件内外皆为曲面，形位尺寸、壁厚公差要求高，采用的是顾客内部标准，相当于ISO8062-CT12，其中CDC鱼形筋板处尺寸偏差小于3mm，重量大，且壁厚变化大（单件壁厚从38mm到400mm不等），这样金属液在厚薄处的凝固速度不一样，很容易造成缩松、裂纹。排气缸气道质量要求高，形状复杂，结构易粘砂难于清理。
3 燃气轮机铸件铸造技术
3.1 CAE辅助设计
燃气轮机铸件结构复杂，顺序凝固性能差，补缩性差，易产生缩孔、缩松。而燃机铸件存在一些气孔、夹渣、裂纹等缺陷容易使燃气轮机机组在高温高压下开裂。因此，改进铸造技术，提高铸件质量就显得十分必要。在这种背景下，引入了CAE模拟技术作为对铸造工艺的辅助设计技术，提高铸造工艺的可行性，缩短研发周期。铸造企业要获得优质的铸件，必须了解金属液充型后的凝固过程及铸造缺陷的形成过程和原因。
3.2 新型造型技术
造型材料为树脂自硬砂，分为面砂和背砂2种，面砂为铬铁矿砂，背砂为硅砂，保证型砂强度、耐火度，提高铸件表面质量，同时减少铸件气孔、裂纹缺陷的产生。合理调整液料参数配比、调配可使用时间、调控树脂砂型强度以提高生产效率和型砂质量。采用了保证造型尺寸控制的新式结构模具和DNC模具加工技术，保证模具尺寸精度，应用组合式砂箱及对箱、吊胎造型方法，确保尺寸精度稳定控制，对于CDC类排气孔芯子多的件，工艺采用金属芯盒提高了使用效率、控制精度，并降低了综合成本。
3.3 钢液熔炼与浇注系统
大型燃气轮机铸钢件材料冶炼采用EAF+LF及辅助VOD工艺流程冶炼，关键过程实时计算机化控制，钢水成分符合率100%。
浇注系统设计：采用分散多点进流方式，内浇道从冒口底部注入，防止浇注系统冲砂，减少表面夹砂缺陷；使用计算充型参数专有软件对浇注系统进行模拟优化，保证平稳快速充型、实现顺序凝固。
3.4 铸件热处理
质量热处理即在冒口切割后趁热将铸件转到热处理炉，由于该合金钢材质的特点是导热性差，铸件壁厚相差悬殊，为减小铸件热应力，必须缓慢升温后在1050℃保温，使成分均匀化，铸件组织偏析得到改善，为了得到最终顾客要求的力学性能及金相组织，铸件高温出炉后采用强风冷却，连续风冷到200℃以下，随后进行回火。
4 结束语
十年来，共享集团生产的燃气轮机铸件产品装配成的发电机组遍布全球各地，本项目间接取得了巨大的经济效益和社会效益。同时又由于燃气轮机对燃料适配性强，热效率高，由此产生的生态效益也非常可观。共享集团多年来不但可以满足国外顾客对燃气轮机铸件产品的需求，而且在高品质铸件技术研究方面也取得突破，达到世界先进水平，在一些核心生产工艺方面填补国内空白，并且影响整个行业的发展。该公司完全有能力提供国际质量水平的燃气轮机壳体铸件，为大型燃气轮机机组国产化做出贡献。
参考文献：
[1]杨松鹤.GE公司重型燃气轮机系列发展分析[J].燃气轮机技术，2000（01）.
[2]王君卿.铸造工艺手册[M].机械工业出版社，2003.
[3]王树国.燃气-蒸汽联合循环电站机组运行优化研究[D].华北电力大学（北京），2005.
关键词：大型 燃气轮机 CAE模拟 铸造技术
1 概述
随着世界能源需求的不断增长，燃气轮机作为一种适配性极强、高效环保的发电机组，已经成为当今世界发电的主要形式之一，燃气轮机的蓬勃发展使得配套铸件市场需求巨大。燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平等组成。压气机有轴流式和离心式两种，离心式一级或两级，适合1MW以下小型燃气轮机。轴流式多级，效率较高，流量大，大、中型燃气轮机中普遍应用。重型结构燃气轮机的零件较为厚重，大修周期长，寿命可达10万小时以上。
大型燃气轮机铸件制造技术一直以来是铸造行业的难题之一，国际上仅有为数不多的企业可以生产，而国内企业长期处于研发或小批量生产阶段。多年来国内燃气轮机相关产品主要依赖进口或合资制造，燃气轮机核心配套铸件的制造技术已经成为国内发电设备制造企业进行发电整机国产化开发的瓶颈之一。（图1）
2 燃气轮机技术特点
2.1 燃气轮机铸件工作环境
大型燃气轮机铸件工作环境恶劣，对于铸铁及铸钢配套产品要求较高。铸铁件方面主要是工作时壳体内有高压、高温、高速（292.1kg/sec）的燃气流，对铸件产生热疲劳冲击，并伴有化学腐蚀，因此对铸件机械性能要求非常高（抗拉强度最小413.7Mpa，屈服强度最小275.8MPa，延伸率18%，3000kgf负载HB硬度为143～187）。
2.2 燃气轮机铸件的结构特点
燃气轮机关键部件为CDC/TS两部分，如图2，铸件内外皆为曲面，形位尺寸、壁厚公差要求高，采用的是顾客内部标准，相当于ISO8062-CT12，其中CDC鱼形筋板处尺寸偏差小于3mm，重量大，且壁厚变化大（单件壁厚从38mm到400mm不等），这样金属液在厚薄处的凝固速度不一样，很容易造成缩松、裂纹。排气缸气道质量要求高，形状复杂，结构易粘砂难于清理。
3 燃气轮机铸件铸造技术
3.1 CAE辅助设计
燃气轮机铸件结构复杂，顺序凝固性能差，补缩性差，易产生缩孔、缩松。而燃机铸件存在一些气孔、夹渣、裂纹等缺陷容易使燃气轮机机组在高温高压下开裂。因此，改进铸造技术，提高铸件质量就显得十分必要。在这种背景下，引入了CAE模拟技术作为对铸造工艺的辅助设计技术，提高铸造工艺的可行性，缩短研发周期。铸造企业要获得优质的铸件，必须了解金属液充型后的凝固过程及铸造缺陷的形成过程和原因。
3.2 新型造型技术
造型材料为树脂自硬砂，分为面砂和背砂2种，面砂为铬铁矿砂，背砂为硅砂，保证型砂强度、耐火度，提高铸件表面质量，同时减少铸件气孔、裂纹缺陷的产生。合理调整液料参数配比、调配可使用时间、调控树脂砂型强度以提高生产效率和型砂质量。采用了保证造型尺寸控制的新式结构模具和DNC模具加工技术，保证模具尺寸精度，应用组合式砂箱及对箱、吊胎造型方法，确保尺寸精度稳定控制，对于CDC类排气孔芯子多的件，工艺采用金属芯盒提高了使用效率、控制精度，并降低了综合成本。
3.3 钢液熔炼与浇注系统
大型燃气轮机铸钢件材料冶炼采用EAF+LF及辅助VOD工艺流程冶炼，关键过程实时计算机化控制，钢水成分符合率100%。
浇注系统设计：采用分散多点进流方式，内浇道从冒口底部注入，防止浇注系统冲砂，减少表面夹砂缺陷；使用计算充型参数专有软件对浇注系统进行模拟优化，保证平稳快速充型、实现顺序凝固。
3.4 铸件热处理
质量热处理即在冒口切割后趁热将铸件转到热处理炉，由于该合金钢材质的特点是导热性差，铸件壁厚相差悬殊，为减小铸件热应力，必须缓慢升温后在1050℃保温，使成分均匀化，铸件组织偏析得到改善，为了得到最终顾客要求的力学性能及金相组织，铸件高温出炉后采用强风冷却，连续风冷到200℃以下，随后进行回火。
4 结束语
十年来，共享集团生产的燃气轮机铸件产品装配成的发电机组遍布全球各地，本项目间接取得了巨大的经济效益和社会效益。同时又由于燃气轮机对燃料适配性强，热效率高，由此产生的生态效益也非常可观。共享集团多年来不但可以满足国外顾客对燃气轮机铸件产品的需求，而且在高品质铸件技术研究方面也取得突破，达到世界先进水平，在一些核心生产工艺方面填补国内空白，并且影响整个行业的发展。该公司完全有能力提供国际质量水平的燃气轮机壳体铸件，为大型燃气轮机机组国产化做出贡献。
参考文献：
[1]杨松鹤.GE公司重型燃气轮机系列发展分析[J].燃气轮机技术，2000（01）.
[2]王君卿.铸造工艺手册[M].机械工业出版社，2003.
[3]王树国.燃气-蒸汽联合循环电站机组运行优化研究[D].华北电力大学（北京），2005.