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：

　　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(％)

　　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］：

　　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 ：

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 )

　　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

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　　【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．