錐度內(nèi)孔的葉輪超轉(zhuǎn)平衡工藝及組合芯軸的研制

白云 王志強(qiáng) 欒碩 張婉悅/沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司

錐度內(nèi)孔的葉輪超轉(zhuǎn)平衡工藝及組合芯軸的研制

白云 王志強(qiáng) 欒碩 張婉悅/沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司

介紹了內(nèi)孔為錐孔的葉輪的超轉(zhuǎn)平衡工藝及組合芯軸的研制過程、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及超轉(zhuǎn)平衡工序操作過程中的注意事項(xiàng)，并對(duì)超轉(zhuǎn)平衡工裝組合芯軸中調(diào)彎結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)的說明。

離心壓縮機(jī);葉輪;超轉(zhuǎn)平衡;工藝;組合芯軸;工裝結(jié)構(gòu)

0 引言

葉輪是離心壓縮機(jī)中高速旋轉(zhuǎn)的零部件,要求葉輪具有高強(qiáng)度及高精度。如何保證及檢驗(yàn)葉輪是否具有能夠高速旋轉(zhuǎn)的性能，需要在葉輪綜檢合格后，進(jìn)行單個(gè)葉輪動(dòng)平衡及超轉(zhuǎn)速試驗(yàn)。動(dòng)平衡的目的在于檢查葉輪質(zhì)量是否分布均勻及制造尺寸誤差是否在允許的范圍內(nèi)，如果出現(xiàn)偏差，需要在后續(xù)工序過程中，將其不平衡量消除或減小到允許范圍內(nèi)，為下一步的葉輪超速試驗(yàn)做好準(zhǔn)備[1]。葉輪平衡超轉(zhuǎn)組合芯軸是葉輪精加工完成后，在與產(chǎn)品主軸裝配前對(duì)單個(gè)葉輪進(jìn)行平衡、超轉(zhuǎn)工序時(shí)用的一種工裝。常規(guī)葉輪的內(nèi)孔為直孔，由于錐度內(nèi)孔葉輪結(jié)構(gòu)的特殊性，需要研制適合該類葉輪的平衡超轉(zhuǎn)工藝及組合芯軸。

1 常規(guī)葉輪及錐度內(nèi)孔葉輪的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

常規(guī)葉輪的內(nèi)孔如圖1所示，直孔葉輪與工裝組合芯軸采用小過盈配合，壓板及螺栓把緊結(jié)構(gòu)的工裝組合芯軸即可滿足設(shè)計(jì)工藝的要求。而錐度內(nèi)孔的葉輪錐度為1:50，葉輪超轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高達(dá)40 000r/min，采用與直孔葉輪的相同平衡超轉(zhuǎn)工藝及類似結(jié)構(gòu)的組合芯軸，會(huì)導(dǎo)致葉輪與工裝軸之間安裝困難，超轉(zhuǎn)過程中不能固定葉輪與組合芯軸之間的位置關(guān)系，導(dǎo)致葉輪在平衡超轉(zhuǎn)過程中不能精確反應(yīng)工藝參數(shù)。

圖1 直孔葉輪圖

2 錐度內(nèi)孔葉輪的平衡超轉(zhuǎn)工藝方案設(shè)計(jì)

2.1 首次工藝方案

針對(duì)圖2錐度內(nèi)孔葉輪的結(jié)構(gòu)，分析產(chǎn)品圖紙中對(duì)單個(gè)葉輪的平衡超轉(zhuǎn)工藝的要求，準(zhǔn)備超轉(zhuǎn)組合芯軸也采用與葉輪錐度內(nèi)孔配合的錐度結(jié)構(gòu)，采用過盈配合，過盈量反應(yīng)在葉輪粗裝后的推進(jìn)量上[2]，借鑒錐度聯(lián)軸器裝配工序的方法，采用液壓方式進(jìn)行葉輪與平衡超轉(zhuǎn)組合芯軸的裝配方式。按照此工藝思路進(jìn)行工藝與工裝的驗(yàn)證。

圖2 錐度內(nèi)孔葉輪結(jié)構(gòu)示意圖

單個(gè)葉輪在綜檢合格后，轉(zhuǎn)入動(dòng)平衡工序。該工序需要在專用設(shè)備平衡機(jī)上進(jìn)行。根據(jù)葉輪及工裝組合芯軸的總質(zhì)量確定平衡機(jī)的型號(hào)。

進(jìn)行組裝葉輪與平衡超轉(zhuǎn)組合芯軸后，就出現(xiàn)了工裝組合芯軸彎曲的情況。組合芯軸彎曲代表著組合芯軸本身就附帶額外的不平衡量，導(dǎo)致該工藝方案終止，需進(jìn)一步找出組合芯軸彎曲的原因并進(jìn)一步修正。經(jīng)綜合分析后，從選材、結(jié)構(gòu)上對(duì)組合芯軸進(jìn)行改進(jìn)，增加微調(diào)校直結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)制定液壓拆裝葉輪與組合芯軸的每一道工序。

2.2 二次工藝方案

在一次方案的基礎(chǔ)上，調(diào)整組合芯軸的選材及結(jié)構(gòu)后，繼續(xù)進(jìn)行下道工序。將葉輪與工裝芯軸裝配后，調(diào)節(jié)平衡機(jī)托架的跨距，將工裝組合芯軸兩端放到平衡機(jī)的托架上，皮帶驅(qū)動(dòng)組合芯軸帶動(dòng)葉輪低速旋轉(zhuǎn)。根據(jù)平衡機(jī)上相位的顯示信息，對(duì)葉輪某個(gè)部位進(jìn)行加重或減重處理，直到符合設(shè)計(jì)圖紙上對(duì)葉輪平衡精度的要求。

葉輪完成動(dòng)平衡工序后，轉(zhuǎn)到葉輪超轉(zhuǎn)工序。超轉(zhuǎn)設(shè)備是根據(jù)葉輪與組合芯軸的總質(zhì)量及需要達(dá)到的超轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速來選擇。葉輪超轉(zhuǎn)的API617標(biāo)準(zhǔn)中一般規(guī)定以115％的連續(xù)工作轉(zhuǎn)速對(duì)葉輪進(jìn)行至少1min的超轉(zhuǎn)速試驗(yàn)。超轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)葉輪進(jìn)行著色探傷檢查，以確認(rèn)葉輪是否存在缺陷[3]。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，葉輪的內(nèi)孔經(jīng)過高速超轉(zhuǎn)后，出現(xiàn)微量變形，尺寸與超轉(zhuǎn)前出現(xiàn)偏差，葉輪錐度內(nèi)孔與產(chǎn)品主軸的錐度部分配合度不能滿足設(shè)計(jì)圖紙85％的需要。二次工藝方案失敗。

2.3 三次工藝方案

在前兩次工藝方案的基礎(chǔ)上增加修正工藝方案。二次工藝方案唯一不足的是內(nèi)孔微量變形。為防止因錐度葉輪內(nèi)孔變形而導(dǎo)致的葉輪報(bào)廢，在進(jìn)行此工序前將葉輪內(nèi)孔增加預(yù)留量，葉輪高速超轉(zhuǎn)合格后，將預(yù)留量加工掉。由于在一次平衡后又對(duì)葉輪進(jìn)行了加工，不能保證再次加工后，葉輪平衡量滿足要求，因此需要進(jìn)行再次平衡。葉輪內(nèi)孔已經(jīng)發(fā)生變化，組合芯軸的尺寸不能滿足再次平衡工序的需要。根據(jù)工序的需要，需設(shè)計(jì)單獨(dú)平衡用的平衡芯軸，來輔助該工序的完成。

經(jīng)過多次的試驗(yàn)后，錐度葉輪的平衡超轉(zhuǎn)工序制定為：二次平衡和一次超轉(zhuǎn)。一次平衡和超轉(zhuǎn)前內(nèi)孔單邊預(yù)留量0.1mm。進(jìn)行一次平衡和超轉(zhuǎn)合格后加工掉葉輪錐度內(nèi)孔的預(yù)留量，達(dá)到產(chǎn)品圖紙的精加工尺寸，再次對(duì)葉輪進(jìn)行平衡。這個(gè)過程需要兩套工裝，一套組合芯軸及一套平衡軸。組合芯軸結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 葉輪平衡超轉(zhuǎn)用組合芯軸圖

3 葉輪平衡超轉(zhuǎn)組合芯軸的設(shè)計(jì)

1）工裝組合芯軸在使用前要單獨(dú)進(jìn)行平衡精度檢查，平衡精度要高于產(chǎn)品要求的平衡精度。組合芯軸軸肩部位設(shè)計(jì)12-M5的螺孔，以備調(diào)整工裝組合芯軸的動(dòng)平衡精度使用[4]。

2）葉輪與工裝組合芯軸采用的是過盈配合。

3）利用液壓拆裝工具進(jìn)行葉輪與組合芯軸的裝拆。工裝組合芯軸設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)葉輪液壓拆裝用的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括油路、密封及與外部液壓拆裝工具連接的結(jié)構(gòu)[5]。拆裝工具中連接高、低壓油泵。葉輪與工裝組合芯軸初步裝配后，高壓油泵工作。利用高壓油的作用，脹開葉輪的內(nèi)孔，使葉輪內(nèi)孔與工裝組合芯軸之間形成一定的間隙后，啟動(dòng)低壓油泵，低壓油泵推動(dòng)拆裝工具中的滑動(dòng)裝置，滑動(dòng)裝置帶動(dòng)葉輪向前滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)葉輪的裝配。同理可實(shí)現(xiàn)葉輪與組合芯軸之間的拆卸[6]。

4）由于該類葉輪的內(nèi)孔尺寸通常情況下較小，對(duì)應(yīng)的工裝組合芯軸較細(xì)，長(zhǎng)徑比很大。葉輪與工裝軸過盈裝配后，組合芯軸容易彎曲，影響平衡精度。相應(yīng)措施：在調(diào)整螺母上設(shè)計(jì)可調(diào)彎用的螺釘，調(diào)整螺釘和調(diào)整盤之間的預(yù)緊力[7]。例如，如果在圖3中工裝軸向上彎曲，采取的校直措施是旋松調(diào)整螺母中對(duì)應(yīng)方向的防脫螺釘，旋緊相反方向的防脫螺釘，兩個(gè)方向的螺釘調(diào)整互相配合，達(dá)到校直的目的。這種結(jié)構(gòu)一方面可緊固葉輪，另一方面可實(shí)現(xiàn)組合芯軸在一定范圍內(nèi)的校直。

4 結(jié)論

葉輪平衡與超轉(zhuǎn)工序采用一次超轉(zhuǎn)試驗(yàn)兩次平衡精度檢查，有效地檢驗(yàn)了葉輪的強(qiáng)度，并保證了葉輪的制造精度。工裝組合芯軸的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新穎獨(dú)特。該工裝組合芯軸用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)滿足了設(shè)計(jì)工藝的需求，操作簡(jiǎn)便，提高了工作效率。

[1]林茂武.離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速測(cè)試與分析[J].風(fēng)機(jī)技術(shù), 2013(4):27-31.

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TheBalanceTechnologyof OverspeedandManufacturingof Combined Core Shaft for Impellers with a Tapered Inner Hole

BaiYun,WangZhi-qiang,LuanShuo Zhang Wan-Yue/Shenyang Blower Works Group Corporation

Thebalancetechnologyof overspeed for impellers with a tapered inner hole was introduced.Based on this technology,aninstrumentcalled“an impeller balance overspeed combined with the core shaft”was designed along with its manufactureprocess;instructionsand guidelines for operation were introduced. Finally,the bending adjustment structure of the instrument was explained in detail.

centrifugalcompressor; impeller;balance of overspeed;technology; combined core shaft;instrument structure

TH133.3;TK05

A

1006-8155（2016）02-0075-03

10.16492/j.fjjs.2016.02.0190

2015-10-04沈陽110869