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空分壓縮機組增壓機葉輪流道加工拋光工藝研究

關鍵詞 葉輪 , 壓縮機 , 拋光 , 磨料|2018-02-27 12:08:42|應用技術|來源 中國磨料磨具網
摘要 薛吉(沈陽鼓風機集團股份有限公司透平工藝部,遼寧沈陽110869)摘要:文章研究了增壓機葉輪加工方法選擇,分析了電加工葉輪變質層控制及去除方法,對比了不同加工方法制造的葉輪流道磨料...

薛 吉

(沈陽鼓風機 集團股份 有限公 司 透平工藝部 ,遼寧 沈陽 110869)

  摘 要:文章研究了增壓機葉輪加工方法選擇,分析了電加工葉輪變質層控制及去除方法,對比了不同加工方法制造的葉輪流道磨料流前后粗糙度變化情況。結果表明:電加工葉輪可以獲得更低的流道粗糙度,磨料流前粗糙度低的葉輪會獲得更好的拋光效果(guo)。磨(mo)料流(liu)拋光(guang)技 術更適(shi)合(he)應用于電加工葉輪 。

  關鍵詞:葉輪;電火花;磨料流(liu);粗(cu)糙度(du)


  引言

  空分壓縮機組廣泛應用于煤化工(gong)、化肥、煉油等(deng)領域(yu),是(shi)整個化工(gong)流程的核(he)心裝備。目前,全球(qiu)僅有(you)西門(men)子、曼透平、沈(shen)鼓集團等(deng)少數企業具(ju)備10萬等(deng)級及(ji)以(yi)上空(kong)分壓縮機(ji)組設計、制造能(neng)力。

    空分壓(ya)縮機組(zu)(zu)由(you)(you)空壓(ya)機和增(zeng)壓(ya)機組(zu)(zu)成,為(wei)長周期連(lian)續運(yun)轉設備,其增(zeng)壓(ya)機由(you)(you)葉(xie)輪進(jin)行(xing)做功,工作介質為(wei)空氣,葉(xie)輪效率稍有(you)提升,即(ji)可大大降低能(neng)源消耗,節約(yue)數以百萬計(ji)的運(yun)營(ying)成本。

    1、葉輪流道粗糙度對增壓機效率的影響

20世紀(ji)70年代以來,壓縮機企(qi)業廣泛采用“三元流(liu)”設(she)計理論對葉輪(lun)子午流(liu)道結構(gou)尺寸進(jin)行優化(hua),改善流(liu)場,提(ti)升其(qi)對內部工作(zuo)介質(zhi)做功能力,進(jin)而(er)提(ti)高效率[1]。

    此外,工作介質在(zai)葉輪流道(dao)中流動(dong)時,由于流體(ti)存在(zai)粘性產生阻(zu)力(li),會造成(cheng)流動(dong)損(sun)失,流動(dong)損(sun)失的計算公(gong)式為:

022705.png 

  其中:λ一沿程阻力系數;1-流(liu)道(dao)長度,m;R—流(liu)道(dao)截面(mian)水力半徑

  介質(zhi)在葉(xie)輪中高速流(liu)動,其(qi)沿(yan)程阻力系數(shu)主要與流(liu)道表面(mian)粗糙度相關。因(yin)此,在葉(xie)輪流(liu)道加工完成后,對流(liu)道進行拋光,降低流(liu)糙度,可有效提高葉(xie)輪效率。

  沈鼓集團(tuan)劉向東等人,通過對離心壓縮(suo)機(ji)窄(zhai)流(liu)(liu)道閉式葉輪進(jin)行磨料流(liu)(liu)拋光(guang),使葉輪流(liu)(liu)道粗糙度降低兩(liang)個數(shu)量級,壓縮(suo)機(ji)整機(ji)效率提(ti)高1%左右。

    2、增壓機葉輪流道加工及拋光

    以某10萬(wan)等級空分增壓(ya)機為(wei)例,共有6級葉(xie)輪(lun)(lun)(lun),其首級葉(xie)輪(lun)(lun)(lun)為(wei)半開式(shi)三元葉(xie)輪(lun)(lun)(lun),2—6級葉(xie)輪(lun)(lun)(lun)為(wei)閉式(shi)三元葉(xie)輪(lun)(lun)(lun)。葉(xie)輪(lun)(lun)(lun)材質為(wei)FV520B,是由英國(guo)Firth—Vickers材料(liao)研究室開發的一種具有高強度、良好耐蝕性能(neng)、沖(chong)擊(ji)韌性和焊接性能(neng)的馬(ma)氏體沉淀硬化不銹鋼,化學成分如表(biao)1所示:

表 1 FV520B 馬氏體不銹鋼的化學成分(%)

022706.png

  2.1 葉輪流道加工方(fang)式選擇(ze)

  為保(bao)(bao)證葉(xie)(xie)輪流(liu)道加工(gong)(gong)精度,該(gai)增壓(ya)機首級(ji)葉(xie)(xie)輪采用(yong)五坐標加工(gong)(gong)中心銑(xian)(xian)制加工(gong)(gong)。2、3級(ji)葉(xie)(xie)輪由(you)于(yu)(yu)流(liu)道較寬,通過三維仿真,可采用(yong)整體銑(xian)(xian)制方法進行加工(gong)(gong)。4—6級(ji)葉(xie)(xie)輪由(you)于(yu)(yu)流(liu)道出口較窄,受刀具可達性限制,無(wu)法進行整體銑(xian)(xian)制,為保(bao)(bao)證流(liu)道精度,選(xuan)擇(ze)電(dian)火(huo)花加工(gong)(gong)方式加工(gong)(gong)。在電(dian)火(huo)花加工(gong)(gong)時,由(you)于(yu)(yu)葉(xie)(xie)輪受到局部驟熱、驟冷(leng)及高(gao)(gao)溫(wen)、高(gao)(gao)壓(ya)的物理(li)化學作用(yong)影響(xiang),會在流(liu)道表面形成變(bian)質(zhi)層,產生殘(can)余拉(la)應力。由(you)于(yu)(yu)增壓(ya)機葉(xie)(xie)輪工(gong)(gong)況為高(gao)(gao)轉速、高(gao)(gao)離心力,為保(bao)(bao)證可靠性與(yu)安全性,不能(neng)允許變(bian)質(zhi)層存在。

    經過H.R am asawm y等研(yan)究,變質層平均厚度與(yu)電火花加工參數經驗公式為[5]:

022707.png 

  其(qi)中:AWLT一(yi)變質層(ceng)平均厚度,m;I-脈(mo)沖峰(feng)值電(dian)流,A;t一(yi)脈(mo)寬(kuan)時間,s。

    上式表明(ming)變質層(ceng)平均(jun)厚度取決于峰(feng)值(zhi)(zhi)電流與(yu)脈(mo)寬(kuan),所以在(zai)電火(huo)花(hua)加(jia)工(gong)葉輪流道時要通(tong)過控制(zhi)峰(feng)值(zhi)(zhi)電流大(da)小、脈(mo)寬(kuan)時間及(ji)采取粗(cu)、中、精分檔加(jia)工(gong)的方式控制(zhi)電火(huo)花(hua)變質層(ceng)厚度 。

    2.2 流道拋(pao)光(guang)加(jia)工

    在完成葉(xie)(xie)輪流(liu)道(dao)(dao)加工后,為進一步降(jiang)低(di)葉(xie)(xie)輪流(liu)道(dao)(dao)粗糙度,需對(dui)流(liu)道(dao)(dao)進行拋光加工。目前,比(bi)較理想的方法是采(cai)用磨(mo)料流(liu)技術,不(bu)僅(jin)可(ke)以降(jiang)低(di)葉(xie)(xie)輪流(liu)道(dao)(dao)粗糙度,還可(ke)以去除(chu)電加工變質層[6]。

  磨料流是采用半固態流體磨料,在高壓下反復擠壓固定于專用夾具上的工件表面的技術[7],20世紀60年代最早由美國提出,80年代初引入我國,最早應用于航天領域,對異型孔、薄壁件、復雜型腔的磨削拋光也有很大(da)優勢(shi)[8]。

    磨料(liao)流加(jia)工(gong)(gong)(gong)主要受磨料(liao)、加(jia)工(gong)(gong)(gong)參數(shu)、夾(jia)具三大(da)因素影響,其中加(jia)工(gong)(gong)(gong)參數(shu)又與循環(huan)次數(shu)、加(jia)工(gong)(gong)(gong)壓(ya)力、磨料(liao)流速(su)有關。經過試驗,我們設計了專用夾(jia)具,采用專用磨料(liao),選取循環(huan)次數(shu)30、加(jia)工(gong)(gong)(gong)壓(ya)力22BAR、磨料(liao)流速(su)7dL/sec的參數(shu)對增壓(ya)機1-6 級葉(xie)輪流道進行磨料(liao)流拋光(guang)加(jia)工(gong)(gong)(gong)。

    3、葉輪磨料流前后粗糙度測定

    為(wei)檢(jian)驗磨(mo)料(liao)流(liu)(liu)拋光效果,需(xu)對葉輪磨(mo)料(liao)流(liu)(liu)前后粗糙(cao)度變(bian)化(hua)情況進行測定(ding),由于葉輪流(liu)(liu)道為(wei)變(bian)截面,磨(mo)料(liao)在(zai)加工過程的流(liu)(liu)速也是變(bian)化(hua)的,大致(zhi)如圖1所示 :

022708副本.jpg

圖1 葉輪磨料流加工磨料速度與加工區域關系[3]

  由圖1可知,在(zai)IV處磨料流速最低,拋光效(xiao)果最差,同(tong)時由于葉輪流道(dao)扭(niu)曲,只有此(ci)處便于粗糙度測定(ding) 。

    我(wo)們分別選(xuan)取1級(ji)葉(xie)(xie)輪(半開銑(xian)制 )、2級(ji)葉(xie)(xie)輪(整(zheng)體(ti)銑(xian)制 )、4級(ji)葉(xie)(xie)輪(電火花加工(gong) ),在其出口(kou)IV區域120度方向選(xuan)取3點于磨料流前后進行粗糙度測定,結果如表2 所(suo)示 :

表2 某增壓機葉輪磨料流前后流道 出口底 面粗糙度 Ra( m )

022709副本.jpg

  由上(shang)表可知,磨料(liao)流(liu)(liu)前粗(cu)糙度較低的流(liu)(liu)道(dao),經(jing)過磨料(liao)流(liu)(liu)加(jia)工(gong)會獲(huo)得更好的加(jia)工(gong)效果;采用電火(huo)花(hua)方法(fa)加(jia)工(gong)流(liu)(liu)道(dao)比銑制(zhi)加(jia)工(gong)能(neng)獲(huo)得更好的粗(cu)糙度效果;電火(huo)花(hua)葉輪通(tong)過磨料(liao)流(liu)(liu)加(jia)工(gong)不僅能(neng)去除變(bian)質層(ceng),同時粗(cu)糙度降低明(ming)顯。

    4 結束語

    通(tong)過降(jiang)低空分壓縮機組增(zeng)壓機葉(xie)輪流道(dao)粗(cu)糙度,可降(jiang)低流動損(sun)失,有效(xiao)(xiao)提高機組效(xiao)(xiao)率。相比于五坐標銑制,電火花加工葉(xie)輪可以獲得(de)更低的流道(dao)粗(cu)糙度。

    電加工葉輪(lun)變(bian)質層必(bi)須去除,在加工過程中可通過控制(zhi)峰值(zhi)電流、脈寬時間等參數降(jiang)低(di)變(bian)質層平均厚度(du)。

    磨(mo)(mo)料(liao)(liao)流前葉(xie)(xie)(xie)輪流道粗(cu)糙度越低,磨(mo)(mo)料(liao)(liao)流加(jia)(jia)工后會獲(huo)得更(geng)好(hao)的加(jia)(jia)工效果(guo)。磨(mo)(mo)料(liao)(liao)流加(jia)(jia)工更(geng)適合(he)對 電加(jia)(jia)工葉(xie)(xie)(xie)輪進行拋光,不僅可以去除(chu)變(bian)質層,而且能夠(gou)獲(huo)得比銑制 葉(xie)(xie)(xie)輪更(geng)好(hao)的粗(cu)糙度效果(guo)。

    參考文獻

    【1】周建新.運(yun)用“三元流”技術對煤氣鼓風機的增容改造[J]機械工程與自動化,2005:l06—107.

    【2】楊詩成(cheng),王喜魁.泵與風機(第(di)二版 )[M ].北(bei)京:中國電力(li)出版社.2004 .

    【3】劉向東,季田(tian),龐占元,等(deng).離(li)心壓(ya)(ya)縮機葉(xie)輪流道磨料(liao)流拋(pao)光及(ji)其對壓(ya)(ya)縮機效(xiao)率的影 響[J].組合(he)機床與自動化(hua)加工技術,2009(3):12一l5.

【4】劉曉(xiao)禹,于(yu)麗萍.熱處(chu)理對馬氏體(ti)不銹鋼FV520B的組織和力(li)學(xue)性能的影(ying)響Ⅲ.一重技術,2005(4):27—28.

    【5】Ranmsawmy H ,Blunt L ,Rajurkar K P.Investigation of the relationship between the white layer thickness and 3D surface texture p arameters in the diesinking EDM process[J].Precision E ngineering,2005,29:479—490.

    【6】Loveless TR,Williams R E,Raiurkar K P.A study of the effect of a rasive flow finishing on various machining machined surfaces[J].Journal of Materials Processing Technology,1994(47):l3一l51.

    【7】高(gao)航(hang),吳鳴宇(yu),等(deng).流體磨料光整加工(gong)理(li)論與技術的(de)發(fa)展[J].機械(xie)工(gong)程(cheng)學報,20l5 (4 ):l74一(yi)l87.

  【8】周錦進,方建(jian)成(cheng),徐文(wen)驥.光整加工技(ji)術的研究與發展[J].制(zhi)造技(ji)術與基礎.2004 (3 ):7一l1.

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