淺談輸送風機轉(zhuǎn)子國產(chǎn)化技術(shù)總結(jié)
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論文導讀：風機是由轉(zhuǎn)子、導流套、軸承、齒輪等組成。轉(zhuǎn)子由主軸、葉輪、聯(lián)軸器、軸承等組成，轉(zhuǎn)子支撐形式為中間單軸瓦支撐形式，軸瓦是三鍥形軸瓦。
關(guān)鍵詞：輸送風機轉(zhuǎn)子，導流套，葉輪，間隙值
揚州二電廠#1爐1A輸送風機為INGERSOLL-RAND公司生產(chǎn)的離心式風機。該風機由一臺異步電機驅(qū)動，電機轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速為29700轉(zhuǎn)/分。風機是由轉(zhuǎn)子、導流套、軸承、齒輪等組成。轉(zhuǎn)子由主軸、葉輪、聯(lián)軸器、軸承等組成，轉(zhuǎn)子支撐形式為中間單軸瓦支撐形式，軸瓦是三鍥形軸瓦。
該空壓機的設(shè)計特點是結(jié)構(gòu)簡單，但機械加工精度要求高，特別是轉(zhuǎn)子部分，葉輪又是空壓機轉(zhuǎn)子的最關(guān)鍵的零件，葉輪的測繪工作和制造的優(yōu)劣直接影響空壓機的性能，葉輪是裝在高速回轉(zhuǎn)齒輪軸上的，由于進口空壓機對于核心的關(guān)鍵部件的資料的封鎖，只能依靠對進口樣機的測繪來完成資料的準備工作，完成轉(zhuǎn)子的國產(chǎn)化工作。
我們與一具有科研、實驗、生產(chǎn)一體較高能力的單位合作進行進口轉(zhuǎn)子的國產(chǎn)化工作，由于沒有新的進口轉(zhuǎn)子，測繪樣本只能采用一個在一臺空壓機上由于振動大而拆卸下的轉(zhuǎn)子作為測繪樣本，測繪原則定位于在對就轉(zhuǎn)子進行測繪的基礎(chǔ)上，采用國內(nèi)相關(guān)的離心風機、渦輪離心機的設(shè)計模型進行校核再設(shè)計。
一、測繪、工廠試驗
1、材質(zhì)確定
在轉(zhuǎn)子的材質(zhì)的選用上，對材質(zhì)進行金相化驗，然后選取國內(nèi)相關(guān)的材質(zhì)。原葉輪材質(zhì)ZGOCR17N14CU4Nb，選用國內(nèi)材質(zhì)為OCR17N14CU4Nb；原齒輪軸材質(zhì)為AISI86820，選用國內(nèi)材質(zhì)位20CR2N14。
2、幾何尺寸測繪
測繪過程并不是一個簡單的測量過程，對轉(zhuǎn)子的幾何尺寸的精確測繪是國產(chǎn)化工作的第一要求，葉片的形面是三維的，必須要有可靠的測繪技術(shù)、測繪設(shè)備進行測繪，以保證測繪的精度。在葉片的公差確定上，必須根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備的加工條件、轉(zhuǎn)子本身的工作環(huán)境等應(yīng)素進行確定，測繪過程實際上是一個再設(shè)計過程。
3、試驗
國外轉(zhuǎn)子在檢修后要求做動平衡，在國外的平衡實驗采用低轉(zhuǎn)速動平衡，3000轉(zhuǎn)/分，考慮到要對國產(chǎn)化轉(zhuǎn)子的的高速性能要求以及在高速條件下材質(zhì)的力學性能的變化，決定對轉(zhuǎn)子的出廠試驗采用超速性能試驗，高速轉(zhuǎn)速達37125轉(zhuǎn)/分。
二、現(xiàn)場問題
轉(zhuǎn)子經(jīng)過測繪、加工、工廠試驗進入現(xiàn)場進行安裝，裝配標準采用原標準。在裝配中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子與進口導葉的間隙太小，最小處間隙為0.10mm,與原檢修規(guī)程比較，遠檢修規(guī)程規(guī)定在0.6—0.9mm之間。針對這個情況，現(xiàn)場停止了下一步的裝配，先后與制造廠的測繪、設(shè)計、加工人員以及甲方有關(guān)技術(shù)人員對此進行的討論，以尋求解決方法。
三、分析誤差來源
1、測繪、加工方面
該轉(zhuǎn)子的測繪工作是在制造廠家引進世界先進水平的測量設(shè)備數(shù)控儀和經(jīng)專門培訓的合格的測繪工程師進行測繪的，測繪文件齊全，測繪的校核工作由計算機進行反復(fù)校核，形面的計量幾何精度在1/1000—2/1000之間，完全滿足原葉輪設(shè)計轉(zhuǎn)子的設(shè)計精度要求。
2、加工也是采用世界先進的，精度高的數(shù)控加工中心加工，是將測繪的數(shù)據(jù)計算編程在計算機控制加工中心進行加工，加工好的葉輪再上數(shù)據(jù)測量中心測量，保證采集的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)比較合格后方可進入動平衡工序。所以加工葉輪的誤差是完全控制在允許范圍內(nèi)。
3、從被測的樣品進行分析由于被測樣品是舊轉(zhuǎn)子，型線的誤差不可避免，由此由此造成測繪、加工誤差。
4、裝配產(chǎn)生的誤差
與葉輪相關(guān)的零件是導流套，導流套采用空心銷子進行定位，螺栓固定在殼體上，由于多次的裝配使定位銷間隙加大，使得導流套的位置精度影響，這也是間隙變小的一個原因，但不是主要原因。
5、導流套的制造誤差
導流套是鑄造件，從導流套的外觀檢查看，該零件是采用精密鑄造方法后，再拋光而成，在圓周方向上也存在誤差，但這也不是主要誤差。
綜合以上種種因素，第二個因素是轉(zhuǎn)子誤差的主要因素，如何解決這個問題，在處理方案上，參與討論的技術(shù)人員分別提出了以下幾個設(shè)想。
1、修改空壓機轉(zhuǎn)子的葉輪型面
2、在空壓機前蓋板與導流套之間加調(diào)整墊。
3、修正導流套與葉輪結(jié)合處的型面。
第三方案是筆者提出的，最終采用了第三方案，以下將詳細敘述。
四、方案選擇
1、轉(zhuǎn)子葉輪型面的修改
以上分析轉(zhuǎn)子的型面誤差主要來于舊轉(zhuǎn)子的型面的不準確性，至于是舊轉(zhuǎn)子的型線的，曲率誤差還是型線的中心誤差，無準確性。這個無準確性給確定修正參數(shù)帶來不確定性。
修正參數(shù)選擇的不正確很可能造成轉(zhuǎn)子加工件的報廢，當然這樣損失最大的是加工廠家，同時加工件的報廢，也意味著該零件國產(chǎn)化的失敗。
我們與制造廠家技術(shù)人員就轉(zhuǎn)子的設(shè)計合理性再次進行了論證，最后形成意見，盡管轉(zhuǎn)子有型面誤差，但現(xiàn)有的型線與進口轉(zhuǎn)子的型線誤差極小，采用其他辦法是可以用的。
2、在空壓機前蓋板與導流套之間加調(diào)整墊。
在前蓋板與導流套之間加一調(diào)整墊來改變前蓋板與葉輪型面的間隙來滿足合理的間隙要求。為了減少能量損失提高效率，在葉輪出口處和擴壓器之間裝有導流套，在導流套上裝有導流葉片，用空心銷固定在殼體上，在導流葉片與殼體之間加調(diào)整墊，就相當于在前蓋板與殼體之間加墊后使前蓋板軸向尺寸加大，改變?nèi)~輪與前蓋板的間隙達到間隙設(shè)計要求。
此種方法雖然可滿足間隙的設(shè)計要求，但葉輪出的通道面積也相應(yīng)增加，通道面積的增加將直接影響氣流的速度能和壓力能的變化，使空壓機的效率受到影響，從而影響空壓機的性能。所以這個方案被否定。
3、修改前蓋板與葉輪相結(jié)合的型面來達到間隙要求
該方案風險大，必須進行必要的校核計算，在此基礎(chǔ)上方可實施，具體如下：
對外方間隙要求0.6-0.9mm的理論來源進行了分析。
對進口設(shè)備的檢修參數(shù)標準，我們嚴格按說明書指定的質(zhì)量標準進行。但這次涉及到對外方零件的修改的可行性。
空壓機轉(zhuǎn)子葉輪與空壓機定子前蓋板之間的間隙，是影響空壓機經(jīng)濟性和可靠性的重要因素。從經(jīng)濟性方面考慮，為了降低泄漏提高空壓機效率，其間隙越小越好。從可靠性來講，靜態(tài)間隙應(yīng)保證在任何運行工況下動態(tài)間隙不能為0，以保證轉(zhuǎn)子與定子之間不發(fā)生磨擦，在此基礎(chǔ)一定的余量設(shè)計以增加可靠性。
間隙的確定主要考慮轉(zhuǎn)子和定子熱膨脹、運行時變形、轉(zhuǎn)子高速回轉(zhuǎn)精度、轉(zhuǎn)子制造精度、轉(zhuǎn)子工作時在動態(tài)進的軸向竄動量。
(1)、轉(zhuǎn)子與定子熱膨脹予留間隙“△”
轉(zhuǎn)子在工作狀態(tài)由于溫升而影響軸向、徑向尺寸發(fā)生變化，尤其是軸向尺寸變化數(shù)大。由于轉(zhuǎn)子的后支點原用的是聯(lián)合軸承（即約束徑向也約束軸向向后串動），所以轉(zhuǎn)子軸受熱變形只向前變形（前蓋板方向），而定子前蓋板因結(jié)構(gòu)的影響受熱所產(chǎn)生的軸向變形只能向葉輪方向變比較容易，所以予留間隙應(yīng)等于轉(zhuǎn)子與定子受熱變形（軸向）之和。
(2)、空壓機轉(zhuǎn)子在高速回轉(zhuǎn)（n=29700轉(zhuǎn)/分）葉輪端面和型面的徑向跳動量必須在0.02以內(nèi)，設(shè)計要求為0.01，計算按0.02。
(3)、空壓機定子前蓋板軸向尺寸的制造精度軸向尺寸公差0.1-0.15mm,計算取0015mm。
(4)、設(shè)計空壓機轉(zhuǎn)子的軸承位置尺寸與空壓機固定軸承基本尺寸公差0.2-0.3，因此在轉(zhuǎn)子組裝后發(fā)現(xiàn)竄動量也在0.2-0.3，測量值是0.23，可調(diào)整在0.4-0.6(后軸承用調(diào)整螺釘釘調(diào)整后用固定螺釘固定)。
(5)、空壓機轉(zhuǎn)子葉輪和定子前蓋板的設(shè)計間隙除了考慮上述因素還要予留0.15-0.25，取0.25。
綜合考慮以上各因素，總間隙A=0.08+0.02+0.15+0.23+0.25=0.73mm。
根據(jù)進口轉(zhuǎn)子的空壓機釘定子與轉(zhuǎn)子檢修裝配間隙要求數(shù)據(jù)為0.7-0.9mm。
以上兩個數(shù)據(jù)相吻合，故決定對前蓋板進行磨削，磨削量最終將間隙控制在0.7-0.9之間，考慮到周邊的間隙不均勻性，在磨床上采用樣板偏心磨削法，最終測量數(shù)據(jù)是0.78mm.。
空壓機試轉(zhuǎn)后，空轉(zhuǎn)2小時后帶負荷，振動值在0.42，連續(xù)運行96小時，在24-36小時之間，振動值一度達到0.49,后分析認為新轉(zhuǎn)子有個跑合期，加強監(jiān)視，在48小時后振動值逐步下降，穩(wěn)定在0.33左右。
