一种用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具

技术领域

本发明涉及热喷涂涂层技术领域，特别是关于一种用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具。

背景技术

燃气轮机涡轮叶片作为燃气轮机的关键部件，由于使用温度高，制作难度大，一直是燃气轮机水平的重要标志，其热防护技术一直被GE、三菱等国外公司掌握。近20年来，我国始终致力于燃机用热障涂层的研究与应用工作。由于重型燃机涡轮叶片曲率大、型面复杂，其涂层厚度均匀性控制难度大，为了解决这一难题，必须对涡轮叶片用热障涂层自动化喷涂工艺进行研究，而喷枪轨迹生成与优化一直是其关键技术。目前，国内已经通过建立涂层累积速率数学模型，对涡轮叶片复杂曲面进行分区，以曲面离散点的涂层厚度与理想涂层厚度的方差为目标函数，针对每一区域进行喷涂轨迹优化，实现了涡轮叶片复杂曲面的喷涂轨迹优化。但是，若想实现涡轮叶片用热障涂层的制备，必须将喷涂工艺与工装夹具相结合，保证喷涂过程中，叶片的精确定位和稳定转动。

发明内容

为了解决上述问题，实现燃气轮机涡轮叶片用热障涂层的制备，本发明的目的在于提供一种用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具，可使燃气轮机涡轮叶片喷涂过程中随旋转工作台精确定位和稳定转动，实现燃气轮机涡轮叶片用热障涂层的制备，通过该工装夹具实现对叶片榫头的有效防护，提高生产效率。

为了达到上述的目的，本发明的技术方案是：

一种用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具，叶片底座定位槽上面开设有与燃气轮机涡轮叶片榫槽对应并匹配的定位槽，叶片底座定位槽的4个侧面分别加工出2个螺纹孔，左侧挡板、后挡板、右侧挡板、前挡板分别与叶片底座定位槽的4个侧面相对应，且各自加工出与叶片底座定位槽侧面分别对应的2个孔，并通过固定螺栓与叶片底座定位槽的4个侧面进行连接，四个挡板的边缘通过该固定方式实现完全贴合。

所述的用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具，叶片底座定位槽与四个挡板围成中空结构的内腔，燃气轮机涡轮叶片的榫头设于所述内腔中，叶片定位销焊接在叶片底座定位槽上端面，通过叶片定位销和叶片底座定位槽上的定位槽进行定位，叶片定位销下部加工外螺纹，叶片定位销上部插入燃气轮机涡轮叶片榫头底部的定位孔，叶片底座定位槽上端面加工出两个第三螺纹孔，叶片底座定位槽通过第三螺纹孔与叶片定位销下部进行连接；叶片底座定位槽内部按照燃气轮机涡轮叶片的榫槽形状加工出定位槽，定位槽与燃气轮机涡轮叶片榫槽进行连接。

所述的用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具，叶片榫头置于所述工装夹具的内腔中，通过叶片定位销和叶片底座定位槽进行定位；叶片定位销设置在叶片底座定位槽上端面，叶片底座定位槽通过螺纹孔与底座进行连接。

所述的用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具，底座安装于商用旋转工作台上，叶片底座定位槽的底部通过底盘设置于底座上，叶片底座定位槽通过焊接的方式与底盘进行固定，叶片底座定位槽底面加工出圆形螺纹孔，底座设计为上下两层平行的圆盘，两层圆盘之间为镂空设计，并通过竖向的圆柱进行焊接，上层圆盘加工与叶片底座定位槽的底盘完全对应的中心第一螺纹孔和位于第一螺纹孔两侧的通孔，螺栓依次穿过上层圆盘的通孔、底盘与叶片底座定位槽进行螺纹连接，在下层圆盘的4个方向均匀加工出第二螺纹孔，螺栓穿设于第二螺纹孔与商用旋转工作台顶部的转台面进行螺纹连接。

所述的用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具，上层圆盘的中心第一螺纹孔、底盘的中心孔、叶片底座定位槽的中心螺纹孔自下而上依次相对应，冷却风管的一端加工外螺纹，冷却风管的另一端加工圆锥形，冷却风管的外螺纹端通过底座上层圆盘的第一螺纹孔、底盘的中心孔与叶片底座定位槽底面的中心螺纹孔连接，冷却风管的圆锥形端连接软风冷管。

所述的用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具，冷却风管通过外螺纹与叶片底座定位槽下端面连接。

所述的用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具，叶片底座定位槽内部按照叶片榫槽的尺寸进行加工，保证叶片榫槽与叶片底座定位槽稳固连接；同时，叶片底座定位槽底面加工出圆形第一螺纹孔，与冷却风管进行连接。

本发明的设计思想是：

本发明采用模块化的设计思想，针对燃气轮机涡轮叶片榫头至榫槽各部位形状与尺寸设计独立的支撑结构与配件，采用螺钉固定的方式将各部件组成完整工装夹具，保证涡轮叶片定位精准且稳定，与涡轮叶片配合度高，各部件灵活可调易于更换，并可根据不同型号叶片要求对配件尺寸进行调整，扩展该工装夹具使用范围。通过左侧挡板、后挡板、右侧挡板、前挡板、叶片定位销、叶片底座定位槽、固定螺栓、冷却风管、底座等系列配件的有效配合，可将涡轮叶片与商用旋转工作台稳固连接，扩展燃机涡轮叶片旋转范围，提高定位精度。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具，包括左侧挡板、后挡板、右侧挡板、前挡板、叶片定位销、叶片底座定位槽、固定螺栓、冷却风管、底座，该装置可固定燃气轮机涡轮叶片，并对叶片榫头进行定位锁紧，使涡轮叶片与商用旋转工作台同轴转动，在喷涂过程中配合商用机械手与喷枪形成自动化喷涂，并使涡轮叶片在转变角度时实现精确定位，在快速转动过程中保持稳定，实现燃气轮机涡轮叶片用热障涂层的自动化喷涂。

2、本发明燃气轮机涡轮叶片通过涡轮叶片的工装夹具与商用热喷涂旋转工作台台面连接，实现燃气轮机涡轮叶片与商用热喷涂旋转工作台同轴转动，使涡轮叶片可实现匀速旋转与精确定位，定位精度可达1°，并与商用喷涂机械手形成联动，保证涡轮叶片涂层的均匀性。

3、本发明用于平面、弧面及不规则曲面于一体，且整个零件不同心的燃气轮机涡轮叶片叶身外表面用热障涂层的制备，解决了我国重型燃气轮机独立制造的关键技术，并能有效、稳定地控制热障涂层的性能和质量，提高生产效率。

附图说明

图1为本发明燃气轮机叶片用热障涂层的自动化喷涂系统的整体结构示意图；图中，11商用旋转工作台；12用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具；13燃气轮机涡轮叶片；14等离子喷枪；15商用喷涂机械手。

图2-图3为本发明用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具结构示意图；其中，图2为分解图，图3为组装图。图中，21左侧挡板；22后挡板；23右侧挡板；24前挡板；25叶片定位销；26叶片底座定位槽；27固定螺栓；28冷却风管；29底座；30底盘；31第一螺纹孔；32圆柱；33定位槽；34通孔；35第二螺纹孔；36第三螺纹孔。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具作进一步的详细描述。

参见图1，本发明较佳地实施了用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具的应用，燃气轮机叶片用热障涂层的自动化喷涂系统包括商用旋转工作台11、用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具12、燃气轮机涡轮叶片13、等离子喷枪14、商用喷涂机械手15，具体描述如下：

燃气轮机涡轮叶片13通过用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具12与商用旋转工作台11连接，保证燃气轮机涡轮叶片13精确定位和稳定旋转，等离子喷枪14与商用喷涂机械手15连接，使得等离子喷枪14与商用旋转工作台11联动，形成燃气轮机叶片用热障涂层的自动化喷涂系统，通过等离子喷枪14对燃气轮机涡轮叶片13进行喷涂。

参见图1、图2、图3，较佳的，本发明的用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具12，包括依次连接设置的左侧挡板21、后挡板22、右侧挡板23、前挡板24、叶片定位销25、叶片底座定位槽26、固定螺栓27、冷却风管28、底座29，具体描述如下：

底座29安装于商用旋转工作台11上，叶片底座定位槽26的底部通过底盘30设置于底座29上，叶片底座定位槽26通过焊接的方式与底盘30进行固定，叶片底座定位槽26底面加工出圆形螺纹孔，底座29设计为上下两层平行的圆盘，两层圆盘之间为镂空设计，并通过4根竖向的圆柱32进行焊接，上层圆盘加工与叶片底座定位槽26的底盘30完全对应的中心第一螺纹孔31和位于第一螺纹孔31两侧的通孔34，螺栓依次穿过上层圆盘的通孔34、底盘30与叶片底座定位槽26进行螺纹连接，在下层圆盘的4个方向均匀加工出第二螺纹孔35，螺栓穿设于第二螺纹孔35与商用旋转工作台11顶部的转台面进行螺纹连接。

第一螺纹孔31、底盘30的中心孔、叶片底座定位槽26的中心螺纹孔自下而上依次相对应，冷却风管28的一端加工外螺纹，冷却风管28的另一端加工圆锥形，冷却风管28的外螺纹端通过底座29上层圆盘的第一螺纹孔31、底盘30的中心孔与叶片底座定位槽26底面的中心螺纹孔连接，保证冷却风管28从孔内穿出，以及冷却风管28与叶片底座定位槽26稳定连接，冷却风管28的圆锥形端连接软风冷管，为叶片基体提供冷却空气，防止叶片在喷涂过程中温度过高，保证涂层质量。

叶片底座定位槽26上面开设有与燃气轮机涡轮叶片13榫槽对应并匹配的定位槽33，叶片底座定位槽26的4个侧面分别加工出2个螺纹孔，左侧挡板21、后挡板22、右侧挡板23、前挡板24分别与叶片底座定位槽26的4个侧面相对应，且各自加工出与叶片底座定位槽26侧面分别对应的2个孔，并通过固定螺栓27与叶片底座定位槽26的4个侧面进行连接，四个挡板的边缘通过该固定方式实现完全贴合，保证榫头的稳定性，同时防止该区域有涂层沉积。

叶片底座定位槽26与四个挡板围成中空结构的内腔，燃气轮机涡轮叶片13的榫头设于所述内腔中，叶片定位销25焊接在叶片底座定位槽26上端面，通过叶片定位销25和叶片底座定位槽26上的定位槽33进行定位，叶片定位销25下部加工外螺纹，叶片定位销25上部插入燃气轮机涡轮叶片13榫头底部的定位孔，对叶片榫头实施定位，叶片底座定位槽26上端面加工出两个第三螺纹孔36，叶片底座定位槽26通过第三螺纹孔36与叶片定位销25下部进行连接；叶片底座定位槽26内部按照燃气轮机涡轮叶片13的榫槽形状加工出定位槽33，定位槽33与燃气轮机涡轮叶片13榫槽进行连接，这两部分的设计实现了对燃气轮机涡轮叶片13定位与固定。

本发明用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具12，叶片榫头置于所述工装夹具的内腔中，通过叶片定位销25和叶片底座定位槽26进行定位；叶片定位销25设置在叶片底座定位槽26上端面，叶片底座定位槽26通过螺纹孔与底座29进行连接，冷却风管28通过外螺纹与叶片底座定位槽26下端面连接；叶片底座定位槽的4个侧面分别加工出2个螺纹孔，左侧挡板21、后挡板22、右侧挡板23、前挡板24通过螺栓和螺纹孔与叶片底座定位槽26紧密贴合，保证榫头的稳定性，同时防止该区域有涂层沉积。

本实施例中，叶片底座定位槽26内部按照叶片榫槽的尺寸进行加工，保证叶片榫槽与叶片底座定位槽稳固连接，防止叶片在转动过程中发生移动。同时，叶片底座定位槽26底面加工出圆形第一螺纹孔31，与冷却风管28进行连接。燃气轮机涡轮叶片可实现0°～360°范围内精确定位，在快速旋转中保持稳定、安全，满足燃气轮机涡轮叶片用热障涂层制备的要求。

实施例结果表明，本发明用于热喷涂燃气轮机涡轮叶片的工装夹具可实现燃气轮机涡轮叶片喷涂过程中，在0°～360°范围内精确定位，保证叶片在快速旋转中稳定、安全，解决重型燃机涡轮叶片曲率大、型面复杂，其涂层厚度均匀性控制难度大这一关键技术难题，实现了燃气轮机涡轮叶片用热障涂层的自动化制备，并能有效、稳定地控制热障涂层的性能和质量，提高生产效率。