便携设备加工压缩机风筒法兰密封面水纹线方法研究

白俊峰　张威　张淇　张原平　付帅　王安妮

摘 要：離心压缩机是应用于石油、冶金、化工等领域重要的气体压缩设备，压缩机法兰形式的选用直接影响压缩机与管道连接的密封效果，其中风筒法兰上的密封水线可提高密封性，但水纹线的加工是压缩机制造过程中的难题。以某型压缩机为试验对象，利用便携式法兰端面加工设备对风筒法兰密封面进行加工，验证了产品加工质量，改变了传统镗、铣床加工方法，经计算，缩短了产品制造周期，节约了加工成本，为离心压缩机风筒法兰密封面水纹线的加工提供了实践经验，为优化加工工艺奠定了技术基础。

关键词：离心压缩机；水纹线；便携设备；加工方法

中图分类号：TH452 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）03-0118-03

Abstract： Centrifugal compressor is an important gas compression equipment used in petroleum， metallurgy， chemical industry and other fields. The selection of compressor flange type directly affects the sealing effect of the connection between compressor and pipeline， and the sealing waterline on the duct flange can improve the sealing performance. But the water line processing is a difficult problem in the compressor manufacturing process. Taking a certain type of compressor as the subject， the sealing surface of the air tube flange is processed using the portable flange end face processing equipment， the processing quality of the product is verified， the processing method of the traditional boring and milling machine is changed， and the product manufacturing period is shortened by calculation. This saves the processing cost， provides the practical experience for the machining of the sealing surface of the centrifugal compressor air duct flange， and lays the technical foundation for the optimization of the processing technology.

Keywords： centrifugal compressor； water stripe line； portable equipment； processing method

引言

离心压缩机在国民经济发展中占据重要地位，尤其是在天然气输送领域发挥了重要作用。本文是以某型离心式压缩机机壳为例，如图1所示。由于加工工艺要求，压缩机的风筒法兰必须焊接至机壳上后再对法兰平面、止口进行加工，这样就只能利用镗床或铣床设备对其进行加工。根据设计要求，压缩机风筒属于突面（RF）法兰，图纸技术要求中明确指出在法兰密封面上加工水纹线，要求刀具的圆角半径应不小于1.5mm，形成的锯齿形同心圆或螺旋齿槽深度约为0.05mm，节距约为0.45-0.55mm。因此，利用现有镗床或铣床设备加工，在保证生产效率的前提下，很难满足设计要求。

1 传统水纹线的加工方法

传统水纹线加工方法为采用φ3或直径更大的球头铣刀，通过数控龙门铣床或数控镗床X轴与Y轴联动方法实现加工，如图2所示。由于机壳水纹线加工精度较高，加工前需将风筒法兰密封面找平，找平后方可进行加工，加工进给最优为螺旋线形式，从法兰密封面一侧进刀，从另一侧出刀。此方法加工水纹线效果良好，但加工效率较低，加工时间由机床主轴转速和进给量决定，占用厂内数控设备时间较长，严重影响生产效率。

2 便携设备加工方法

鉴于传统加工方法效率低下，占用数控设备时间较长所带来的加工成本升高的缺点，提出了采用便携法兰加工设备来提高生产效率，设备外型如图3所示。

此设备操作简单，可满足一组操作人员在不使用机床设备的前提下，完成对法兰密封面水纹线的加工工作。因此，可在离心压缩机机壳完成所有加工工序后，将机壳吊运至零件存放区，安排2名操作人员携带便携法兰加工设备对风筒法兰水纹线进行加工，此方法可有效避免对生产设备的占用。

2.1 设备装夹

以某型号便携法兰加工设备为例，设备固定支座与加工机器采用分体机构，此设备固定支座采用内孔支撑方式，将压缩机风筒法兰内孔撑紧后实现对加工机器的固定，设备固定的稳定程度直接决定了水纹线加工的质量，支座安装如图4所示。

2.2 设备找正

待固定支座安装完成后，需要将加工机器固定于固定支座上，鉴于此型号压缩机风筒法兰端面垂直于水平地面，为保证设备加工的稳定性，需要对设备进行良好配重。由于待加工法兰属于精加工完成状态，因此，在加工水纹线前需要对法兰进行打表找正，根据水纹线技术要求，需要以法兰密封面端面为基准找平，打表得不超过0.05mm，以法兰内孔或止口外圆打表找正，打表不得超过0.10mm。打表过程如图5所示。

2.3 設备加工

在正式加工前，需选用合适的加工刀具。通过分析，可采用刃磨良好的焊接刀具或机夹刀具进行加工，为保证加工质量，可选用尖刀形式的车刀，但需满足刀具圆角半径不小于1.5mm。本试验采用机夹刀具进行加工，刀具形式如图6所示。

根据设计要求，水纹线节距约0.45-0.55mm，通过调节设备，本次试验选用加工节距为0.528mm，走刀形式为由外向内。

经过4次试验，在加工过程中均产生振刀纹，通过分析可知，以下3个方面为主要原因：（1）由于此设备采用气动驱动，需要厂区稳定的气源。（2）刀具圆角较大，切削载荷较大，需要调整合适切削参数。（3）设备刚度相比普通机床刚度较差。

为避免在加工过程中振刀纹的再次出现，要求如下：（1）气源压力不得低于6公斤，同时气源流量波动不得过于明显。（2）刀具背吃刀量不得过小，本试验不得小于

0.10mm。（3）设备转速不得过高，本试验不得大于每分钟7转。（4）加工过程中设备固定支架不得存在振动。（5）为提高加工表面质量，可适量刷涂切削液。

通过分析，再次试验将以上所有加工因素进行了深入考虑，经过检查，加工后的水纹线质量良好，符合设计图纸要求，加工过程如图7所示，水纹线加工效果如图8所示。

3 加工效率

便携设备操作简单，安装方便，为便于计算实际生产效率，需计算加工一个风筒法兰所需总体时间，总体时间是支座安装时间、找正时间、换刀对刀时间、调整参数时间、加工时间及拆卸设备时间的总和时间。

本次试验支座设备安装时间约为30分钟；找正时间约为90分钟；换刀对刀时间约为15分钟；调整参数时间约为5分钟；离心压缩机风筒法兰密封面径向宽度约为108mm，实际试验进给量约为3mm/min，在转速不变的前提下，实际完成车削所花费的加工时间约为35分钟；拆卸设备时间约为20分钟。

综上所述，利用便携法兰加工设备，加工一个直径约700mm的风筒法兰水纹线时间约为195分钟，即3小时15分钟；利用传统方法加工一个同样尺寸的风筒法兰水纹线需至少10小时，同时还需占用数控加工设备，通过对比可知，采用便携设备加工风筒法兰的时间相比于传统机床加工年时间节省约7小时。由此可判断，利用便携设备加工离心压缩机的风筒法兰水纹线可大大提高加工效率，缩短生产周期。

4 结束语

通过对便携式法兰加工设备进行试验研究，将某型号离心压缩机风筒法兰作为主要研究对象，通过分析水纹线技术要求，确定了切削刀具，优化了便携设备在加工风筒法兰水纹线过程中的切削参数，证明了便携设备加工离心压缩机风筒法兰水纹线的可行性；同时通过计算对比得出，利用便携设备加工压缩机风筒法兰水纹线所需时间较传统方法缩减约70%，提高了生产效率，降低了产品成本。

参考文献：

[1]白俊峰，张弛，田东升，等.离心压缩机风筒法兰密封面水纹线加工方法研究[J].现代商贸工业，2018，39（12）：186-188.

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