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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。磨料流拋光技 術更適合應用于電加工葉輪 。

  關鍵詞:葉輪;電火花;磨料流;粗糙度


  引言

  空分壓縮機組廣泛應用于煤化工、化肥、煉油等領域,是整個化工流程的核心裝備。目前,全球僅有西門子、曼透平、沈鼓集團等少數企業具備10萬等級及以上空分壓縮機組設計、制造能力。

    空分壓縮機組由空壓機和增壓機組成,為長周期連續運轉設備,其增壓機由葉輪進行做功,工作介質為空氣,葉輪效率稍有提升,即可大大降低能源消耗,節約數以百萬計的運營成本。

    1、葉輪流道粗糙度對增壓機效率的影響

20世紀70年代以來,壓縮機企業廣泛采用“三元流”設計理論對葉輪子午流道結構尺寸進行優化,改善流場,提升其對內部工作介質做功能力,進而提高效率[1]。

    此外,工作介質在葉輪流道中流動時,由于流體存在粘性產生阻力,會造成流動損失,流動損失的計算公式為:

022705.png 

  其中:λ一沿程阻力系數;1-流道長度,m;R—流道截面水力半徑

  介質在葉輪中高速流動,其沿程阻力系數主要與流道表面粗糙度相關。因此,在葉輪流道加工完成后,對流道進行拋光,降低流糙度,可有效提高葉輪效率。

  沈鼓集團劉向東等人,通過對離心壓縮機窄流道閉式葉輪進行磨料流拋光,使葉輪流道粗糙度降低兩個數量級,壓縮機整機效率提高1%左右。

    2、增壓機葉輪流道加工及拋光

    以某10萬等級空分增壓機為例,共有6級葉輪,其首級葉輪為半開式三元葉輪,2—6級葉輪為閉式三元葉輪。葉輪材質為FV520B,是由英國Firth—Vickers材料研究室開發的一種具有高強度、良好耐蝕性能、沖擊韌性和焊接性能的馬氏體沉淀硬化不銹鋼,化學成分如表1所示:

表 1 FV520B 馬氏體不銹鋼的化學成分(%)

022706.png

  2.1 葉輪流道加工方式選擇

  為保證葉輪流道加工精度,該增壓機首級葉輪采用五坐標加工中心銑制加工。2、3級葉輪由于流道較寬,通過三維仿真,可采用整體銑制方法進行加工。4—6級葉輪由于流道出口較窄,受刀具可達性限制,無法進行整體銑制,為保證流道精度,選擇電火花加工方式加工。在電火花加工時,由于葉輪受到局部驟熱、驟冷及高溫、高壓的物理化學作用影響,會在流道表面形成變質層,產生殘余拉應力。由于增壓機葉輪工況為高轉速、高離心力,為保證可靠性與安全性,不能允許變質層存在。

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

022707.png 

  其中:AWLT一變質層平均厚度,m;I-脈沖峰值電流,A;t一脈寬時間,s。

    上式表明變質層平均厚度取決于峰值電流與脈寬,所以在電火花加工葉輪流道時要通過控制峰值電流大小、脈寬時間及采取粗、中、精分檔加工的方式控制電火花變質層厚度 。

    2.2 流道拋光加工

    在完成葉輪流道加工后,為進一步降低葉輪流道粗糙度,需對流道進行拋光加工。目前,比較理想的方法是采用磨料流技術,不僅可以降低葉輪流道粗糙度,還可以去除電加工變質層[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優勢[8]。

    磨料流加工主要受磨料、加工參數、夾具三大因素影響,其中加工參數又與循環次數、加工壓力、磨料流速有關。經過試驗,我們設計了專用夾具,采用專用磨料,選取循環次數30、加工壓力22BAR、磨料流速7dL/sec的參數對增壓機1-6 級葉輪流道進行磨料流拋光加工。

    3、葉輪磨料流前后粗糙度測定

    為檢驗磨料流拋光效果,需對葉輪磨料流前后粗糙度變化情況進行測定,由于葉輪流道為變截面,磨料在加工過程的流速也是變化的,大致如圖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IV處磨料流速最低,拋光效果最差,同時由于葉輪流道扭曲,只有此處便于粗糙度測定 。

    我們分別選取1級葉輪(半開銑制 )、2級葉輪(整體銑制 )、4級葉輪(電火花加工 ),在其出口IV區域120度方向選取3點于磨料流前后進行粗糙度測定,結果如表2 所示 :

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

  由上表可知,磨料流前粗糙度較低的流道,經過磨料流加工會獲得更好的加工效果;采用電火花方法加工流道比銑制加工能獲得更好的粗糙度效果;電火花葉輪通過磨料流加工不僅能去除變質層,同時粗糙度降低明顯。

    4 結束語

    通過降低空分壓縮機組增壓機葉輪流道粗糙度,可降低流動損失,有效提高機組效率。相比于五坐標銑制,電火花加工葉輪可以獲得更低的流道粗糙度。

    電加工葉輪變質層必須去除,在加工過程中可通過控制峰值電流、脈寬時間等參數降低變質層平均厚度。

    磨料流前葉輪流道粗糙度越低,磨料流加工后會獲得更好的加工效果。磨料流加工更適合對 電加工葉輪進行拋光,不僅可以去除變質層,而且能夠獲得比銑制 葉輪更好的粗糙度效果。

    參考文獻

    【1】周建新.運用“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,王喜魁.泵與風機(第二版 )[M ].北京:中國電力出版社.2004 .

    【3】劉向東,季田,龐占元,等.離心壓縮機葉輪流道磨料流拋光及其對壓縮機效率的影 響[J].組合機床與自動化加工技術,2009(3):12一l5.

【4】劉曉禹,于麗萍.熱處理對馬氏體不銹鋼FV520B的組織和力學性能的影響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】高航,吳鳴宇,等.流體磨料光整加工理論與技術的發展[J].機械工程學報,20l5 (4 ):l74一l87.

  【8】周錦進,方建成,徐文驥.光整加工技術的研究與發展[J].制造技術與基礎.2004 (3 ):7一l1.

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