叶片角度自动调节式斜流泵叶轮的加工工艺

□ 甄志杰

中核第四研究设计工程有限公司 石家庄 050021

1 研究背景

斜流泵是一种性能和结构介于离心泵和轴流泵的水泵,具有占地面积小、体积小、易启动、效率高等优点。叶片角度自动调节式斜流泵的叶轮能够根据工况需求来自动调整叶片的角度,避免了拆装泵的麻烦,大幅度缩短了维护工期,同时达到了节能降耗的目的。叶片角度自动调节式斜流泵叶轮的结构异于其它常见叶轮,叶片不是直接固定在叶轮轮毂上,而是通过泵组调整机构固定,所以面临装卡加工制造的问题。为解决叶片角度自动调节式斜流泵叶轮加工制造面临的问题,笔者设计了一套加工工装和一套组合式平衡工装。通过加工工装和组合式平衡工装的配合使用,解决了叶片角度自动调节式斜流泵叶轮加工制造的问题。

2 叶轮结构

叶片角度自动调节式斜流泵叶轮结构如图1所示,叶轮主要由叶轮轮毂、叶片、导向机构、拉杆轴及连杆机构等部分组成。

3 工艺流程

叶片角度自动调节式斜流泵叶轮加工工艺流程为:分别加工叶轮轮毂、叶片,两者组装后加工叶轮外径,静平衡,动平衡。在叶轮加工过程中,加工的主要困难是在叶片和叶轮轮毂组装后加工叶轮外径工序,其次为平衡工序。叶片和叶轮轮毂没有直接的固定关系,而是通过泵组调整机构固定。为解决两者组装的问题,笔者设计了一套加工工装。为解决叶轮平衡的问题,经综合考虑并结合实际生产,制订了合理的工艺方案,并设计了组合式平衡工装。通过加工工装和组合式平衡工装的应用,不仅解决了叶轮加工制造的问题,而且保证了产品的质量[1-6]。

▲图1 叶轮结构

4 加工工装概述

加工工装由定位套、键、对开卡环及螺钉组成,工作原理为通过定位套及键来限制叶片的旋转自由度,通过对开卡环限制叶片与定位套的轴向自由度,通过定位套、键及对开卡环三者结合,达到对叶轮轮毂和叶片固定的目的[7-10]。

5 定位套设计

定位套设计有键槽、锥度圆及安装孔,如图2所示。安装孔大小及锥度圆尺寸根据叶轮轮毂图纸尺寸确定,键槽尺寸与叶片轴键槽一致,定位套长度结合图纸尺寸进行设计,锥度外圆的锥度根据空间尺寸及在保证锁紧叶片的前提下进行设计。

▲图2 定位套

6 对开卡环设计

对开卡环如图3所示。对开卡环设计有锥度内圆,一半设有螺纹孔,另一半设有安装孔。锥度内圆的锥度与定位套的锥度保持一致。对开卡环开口尺寸需根据长度尺寸进行计算,在保证锁紧叶片的前提下还应留有余量。对开卡环通过内六角螺栓调节卡环外径的大小。随着对开卡环外径变小,相对位置下的锥度内圆锥度变大,从而带动叶片轴向内运动,达到锁紧叶片的目的。对开卡环的厚度尺寸应加公差,并且做好配对标记。

▲图3 对开卡环

7 叶轮安装

叶轮安装如图4所示。

▲图4 叶轮安装

定位套通过螺钉固定在叶轮轮毂上,为了保证加工效率及节省刀具,四个定位套安装的相对位置应当保持一致。

叶片轴上安装平键,再组装到定位套上。

安装对开卡环,对开卡环通过拧紧螺栓限制旋转自由度和轴向自由度,达到锁紧叶片的目的。

叶轮结构比较复杂,涉及的零件较多。叶轮帽、导向机构、叶轮轮毂、叶片均为铸件,由于壁厚存在差异,导致质量分布不均匀,存在不平衡的现象。在平衡工序上,叶轮去重部位少,去重困难,需要综合考虑制订合理的工艺方案,达到平衡要求。

笔者制订的工艺方案是铸件全部做静平衡,将各个铸件不平衡量控制在最小值,同时做好不平衡标记。装配时,可以通过各个铸件的不平衡量进行互补,起到弥补的作用。

8 组合式平衡工装

为节约制造成本,笔者设计了一套组合式平衡工装,如图5所示。该工装通过不同的组合,实现了叶轮各个零件的静平衡和动平衡。组合式平衡工装由芯轴、配重盘、锁紧螺母、定位套、定位盘等组成。平衡工序在导轨式平衡架上进行。将定位盘安装在芯轴上,将叶轮帽安装在定位盘上,将配重盘安装在芯轴上,完成叶轮帽的静平衡。将导向机构和配重盘分别装在芯轴上,做导向机构的静平衡。对芯轴和配重盘进行组合后,可以将所有零件组装起来做动平衡。

▲图5 组合式平衡工装

为进一步保证叶轮的平衡要求,需要在生产过程中制订必要措施来控制叶轮的平衡量。叶片加工完外径从叶轮轮毂上拆下后,按图纸要求对叶片进出水口边及过流部位进行打磨。打磨后称重,打磨后的叶片质量应尽可能一致。叶轮轮毂及叶轮帽加工后与导向机构分别做静平衡,去重后标记去重位置及不平衡量。装配时利用各零件的不平衡量进行互补,静平衡完成后需要将滑块机构和导向机构焊接在叶轮轮毂上,在焊接前两者的不平衡量也需要进行互补,可以通过焊接时焊材的质量差进行弥补。生产过程中进行跟产,确保制订的措施得到落实。通过以上措施,动静平衡工序顺利完成,不仅满足了叶轮的平衡要求,而且保证了产品的质量。

9 结束语

叶片角度自动调节式斜流泵叶轮制造、组装要求严格,对此,制订了合理的工艺方案,设计了合理的工装,在生产过程中进行跟产,确保各个环节落实到位。通过加工工装及组合式平衡工装的设计和应用,解决了叶轮加工制造困难的问题,满足了图纸加工要求,同时也保证了产品的质量。