□ 甄志杰

中核第四研究設(shè)計(jì)工程有限公司 石家莊 050021

1 研究背景

斜流泵是一種性能和結(jié)構(gòu)介于離心泵和軸流泵的水泵,具有占地面積小、體積小、易啟動、效率高等優(yōu)點(diǎn)。葉片角度自動調(diào)節(jié)式斜流泵的葉輪能夠根據(jù)工況需求來自動調(diào)整葉片的角度,避免了拆裝泵的麻煩,大幅度縮短了維護(hù)工期,同時達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。葉片角度自動調(diào)節(jié)式斜流泵葉輪的結(jié)構(gòu)異于其它常見葉輪,葉片不是直接固定在葉輪輪轂上,而是通過泵組調(diào)整機(jī)構(gòu)固定,所以面臨裝卡加工制造的問題。為解決葉片角度自動調(diào)節(jié)式斜流泵葉輪加工制造面臨的問題,筆者設(shè)計(jì)了一套加工工裝和一套組合式平衡工裝。通過加工工裝和組合式平衡工裝的配合使用,解決了葉片角度自動調(diào)節(jié)式斜流泵葉輪加工制造的問題。

2 葉輪結(jié)構(gòu)

葉片角度自動調(diào)節(jié)式斜流泵葉輪結(jié)構(gòu)如圖1所示,葉輪主要由葉輪輪轂、葉片、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、拉桿軸及連桿機(jī)構(gòu)等部分組成。

3 工藝流程

葉片角度自動調(diào)節(jié)式斜流泵葉輪加工工藝流程為:分別加工葉輪輪轂、葉片,兩者組裝后加工葉輪外徑,靜平衡,動平衡。在葉輪加工過程中,加工的主要困難是在葉片和葉輪輪轂組裝后加工葉輪外徑工序,其次為平衡工序。葉片和葉輪輪轂沒有直接的固定關(guān)系,而是通過泵組調(diào)整機(jī)構(gòu)固定。為解決兩者組裝的問題,筆者設(shè)計(jì)了一套加工工裝。為解決葉輪平衡的問題,經(jīng)綜合考慮并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn),制訂了合理的工藝方案,并設(shè)計(jì)了組合式平衡工裝。通過加工工裝和組合式平衡工裝的應(yīng)用,不僅解決了葉輪加工制造的問題,而且保證了產(chǎn)品的質(zhì)量[1-6]。

▲圖1 葉輪結(jié)構(gòu)

4 加工工裝概述

加工工裝由定位套、鍵、對開卡環(huán)及螺釘組成,工作原理為通過定位套及鍵來限制葉片的旋轉(zhuǎn)自由度,通過對開卡環(huán)限制葉片與定位套的軸向自由度,通過定位套、鍵及對開卡環(huán)三者結(jié)合,達(dá)到對葉輪輪轂和葉片固定的目的[7-10]。

5 定位套設(shè)計(jì)

定位套設(shè)計(jì)有鍵槽、錐度圓及安裝孔,如圖2所示。安裝孔大小及錐度圓尺寸根據(jù)葉輪輪轂圖紙尺寸確定,鍵槽尺寸與葉片軸鍵槽一致,定位套長度結(jié)合圖紙尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì),錐度外圓的錐度根據(jù)空間尺寸及在保證鎖緊葉片的前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)。

▲圖2 定位套

6 對開卡環(huán)設(shè)計(jì)

對開卡環(huán)如圖3所示。對開卡環(huán)設(shè)計(jì)有錐度內(nèi)圓,一半設(shè)有螺紋孔,另一半設(shè)有安裝孔。錐度內(nèi)圓的錐度與定位套的錐度保持一致。對開卡環(huán)開口尺寸需根據(jù)長度尺寸進(jìn)行計(jì)算,在保證鎖緊葉片的前提下還應(yīng)留有余量。對開卡環(huán)通過內(nèi)六角螺栓調(diào)節(jié)卡環(huán)外徑的大小。隨著對開卡環(huán)外徑變小,相對位置下的錐度內(nèi)圓錐度變大,從而帶動葉片軸向內(nèi)運(yùn)動,達(dá)到鎖緊葉片的目的。對開卡環(huán)的厚度尺寸應(yīng)加公差,并且做好配對標(biāo)記。

▲圖3 對開卡環(huán)

7 葉輪安裝

葉輪安裝如圖4所示。

▲圖4 葉輪安裝

定位套通過螺釘固定在葉輪輪轂上,為了保證加工效率及節(jié)省刀具,四個定位套安裝的相對位置應(yīng)當(dāng)保持一致。

葉片軸上安裝平鍵,再組裝到定位套上。

安裝對開卡環(huán),對開卡環(huán)通過擰緊螺栓限制旋轉(zhuǎn)自由度和軸向自由度,達(dá)到鎖緊葉片的目的。

葉輪結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,涉及的零件較多。葉輪帽、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、葉輪輪轂、葉片均為鑄件,由于壁厚存在差異,導(dǎo)致質(zhì)量分布不均勻,存在不平衡的現(xiàn)象。在平衡工序上,葉輪去重部位少,去重困難,需要綜合考慮制訂合理的工藝方案,達(dá)到平衡要求。

筆者制訂的工藝方案是鑄件全部做靜平衡,將各個鑄件不平衡量控制在最小值,同時做好不平衡標(biāo)記。裝配時,可以通過各個鑄件的不平衡量進(jìn)行互補(bǔ),起到彌補(bǔ)的作用。

8 組合式平衡工裝

為節(jié)約制造成本,筆者設(shè)計(jì)了一套組合式平衡工裝,如圖5所示。該工裝通過不同的組合,實(shí)現(xiàn)了葉輪各個零件的靜平衡和動平衡。組合式平衡工裝由芯軸、配重盤、鎖緊螺母、定位套、定位盤等組成。平衡工序在導(dǎo)軌式平衡架上進(jìn)行。將定位盤安裝在芯軸上,將葉輪帽安裝在定位盤上,將配重盤安裝在芯軸上,完成葉輪帽的靜平衡。將導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和配重盤分別裝在芯軸上,做導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的靜平衡。對芯軸和配重盤進(jìn)行組合后,可以將所有零件組裝起來做動平衡。

▲圖5 組合式平衡工裝

為進(jìn)一步保證葉輪的平衡要求,需要在生產(chǎn)過程中制訂必要措施來控制葉輪的平衡量。葉片加工完外徑從葉輪輪轂上拆下后,按圖紙要求對葉片進(jìn)出水口邊及過流部位進(jìn)行打磨。打磨后稱重,打磨后的葉片質(zhì)量應(yīng)盡可能一致。葉輪輪轂及葉輪帽加工后與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)分別做靜平衡,去重后標(biāo)記去重位置及不平衡量。裝配時利用各零件的不平衡量進(jìn)行互補(bǔ),靜平衡完成后需要將滑塊機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)焊接在葉輪輪轂上,在焊接前兩者的不平衡量也需要進(jìn)行互補(bǔ),可以通過焊接時焊材的質(zhì)量差進(jìn)行彌補(bǔ)。生產(chǎn)過程中進(jìn)行跟產(chǎn),確保制訂的措施得到落實(shí)。通過以上措施,動靜平衡工序順利完成,不僅滿足了葉輪的平衡要求,而且保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

9 結(jié)束語

葉片角度自動調(diào)節(jié)式斜流泵葉輪制造、組裝要求嚴(yán)格,對此,制訂了合理的工藝方案,設(shè)計(jì)了合理的工裝,在生產(chǎn)過程中進(jìn)行跟產(chǎn),確保各個環(huán)節(jié)落實(shí)到位。通過加工工裝及組合式平衡工裝的設(shè)計(jì)和應(yīng)用,解決了葉輪加工制造困難的問題,滿足了圖紙加工要求,同時也保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。