燃?xì)鉁u輪泵動平衡工藝優(yōu)化

王春雷

摘 要：該報(bào)告為了保證渦輪泵工作過程中的安全性和可靠性，介紹了其工作原理及相關(guān)參數(shù)，主要從系列泵動平衡工藝方法優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)、采取的技術(shù)方案和措施以及實(shí)施過程、主要工藝試驗(yàn)及取得的效果、技術(shù)指標(biāo)完成情況、成果應(yīng)用情況、調(diào)整組合動平衡工藝流程等方面，對系列泵動平衡工藝方法優(yōu)化進(jìn)行了總結(jié)報(bào)告，優(yōu)化了系列泵動平衡工藝方法，完成了預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：動平衡 渦輪泵 振動 轉(zhuǎn)子 泵葉輪

中圖分類號：V434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（c）-0096-02

燃?xì)鉁u輪泵是伺服系統(tǒng)的核心部件。其工作原理是通過燃?xì)獍l(fā)生器產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)鉀_擊渦輪葉片，驅(qū)動渦輪泵轉(zhuǎn)子和同軸的切線泵葉輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為高壓勢能，達(dá)到為作動器提供高壓介質(zhì)的目的[1]。其工作原理為：燃?xì)獍l(fā)生器-超高速噴嘴-渦輪轉(zhuǎn)子-切線泵葉輪-伺服作動器。

為了保證燃?xì)鉁u輪泵工作過程中的安全性和可靠性，每臺產(chǎn)品交付前都必須進(jìn)行全功率氦試試驗(yàn)考核，對渦輪泵轉(zhuǎn)速、輸出壓力、軸系徑向振動幅值、密封性等指標(biāo)進(jìn)行檢查[2]。目前筆者工廠系列渦輪泵在進(jìn)行A組試驗(yàn)中的高壓氦試時(shí)，出現(xiàn)多數(shù)產(chǎn)品轉(zhuǎn)子小軸振動位移超差的現(xiàn)象，從而降低了渦輪泵的工作可靠性及使用壽命，其中渦輪泵軸系轉(zhuǎn)動件的動平衡是渦輪泵制造的核心技術(shù)，對保證渦輪泵的性能和可靠性起著至關(guān)重要的作用。

1 存在的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)

整體渦輪轉(zhuǎn)子初次平衡滿足動平衡精度ISO1940G1級，使用前復(fù)測剩余不平衡量發(fā)生變化，不能全部滿足G1級精度要求，現(xiàn)通過平衡工裝及平衡方式的調(diào)整，確定合理的平衡流程，降低初次平衡及復(fù)測平衡剩余不平衡量，滿足轉(zhuǎn)子平衡G1級及軸系轉(zhuǎn)動件組合動平衡G2.5級平衡精度的設(shè)計(jì)要求[3]。從而降低渦輪泵因動平衡不穩(wěn)定引起的轉(zhuǎn)子小軸振動位移超差返工率，滿足渦輪泵由平衡不穩(wěn)定引起的振動超差率在5%以內(nèi)的要求。

2 攻關(guān)技術(shù)方案和措施

針對轉(zhuǎn)子單獨(dú)進(jìn)行動平衡，滿足平衡精度ISO1940G1級；然后進(jìn)行轉(zhuǎn)子與泵葉輪組合動平衡，組合動平衡是以平衡合格的轉(zhuǎn)子為芯軸，將平衡軸套安裝在轉(zhuǎn)子軸上，用泵葉輪旋入并擰緊，對泵葉輪進(jìn)行平衡，滿足泵葉輪的平衡精度為0.01 g·cm；組合平衡合格后，將渦輪泵進(jìn)行試裝配，再進(jìn)行軸系轉(zhuǎn)動件整體組合動平衡，滿足平衡精度ISO1940G2.5級要求。平衡后進(jìn)行渦輪泵正式裝配。

其中，問題的關(guān)鍵在于：（1）整體渦輪轉(zhuǎn)子動平衡：轉(zhuǎn)子初次平衡滿足動平衡精度G1級，平衡合格后將轉(zhuǎn)子入庫，待重新集出，復(fù)測轉(zhuǎn)子剩余不平衡量發(fā)生變化，不能全部滿足G1級精度要求。（2）轉(zhuǎn)子與泵葉輪組合平衡：其平衡軸套材料為夾布膠木，為非金屬，其材料特點(diǎn)易變形、易裂，致使泵葉輪實(shí)際平衡精度不準(zhǔn)確，部分產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。（3）產(chǎn)品的工藝流程：轉(zhuǎn)子與泵葉輪組合平衡后進(jìn)行試裝配，試裝配過程中為滿足各種尺寸計(jì)算，可能會對部分軸系零件進(jìn)行更換，這將會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與泵葉輪平衡需要重新進(jìn)行。可見對目前的動平衡工藝方法確實(shí)存在許多不足，需要對其進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，以提高生產(chǎn)效率，避免資源浪費(fèi)。

在轉(zhuǎn)子單獨(dú)平衡之后，將試裝配、轉(zhuǎn)子與泵葉輪組合平衡這兩道工序互換，目的是先通過試裝配，確定滿足渦輪泵尺寸鏈及氣密試驗(yàn)的要求，以滿足正式裝配的各種條件。通過動平衡優(yōu)化，減少了由于更換軸系零件，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與泵葉輪組合平衡這一工序重復(fù)進(jìn)行，造成生產(chǎn)周期的延長及資源的浪費(fèi)。

3 主要工藝試驗(yàn)及取得的成果

3.1 主要工藝試驗(yàn)及取得的效果

目前，筆者工廠渦輪轉(zhuǎn)子經(jīng)過平衡后，再次復(fù)測和進(jìn)行組合平衡時(shí)，剩余不平衡量不穩(wěn)定，導(dǎo)致渦輪泵裝配后產(chǎn)品進(jìn)行高壓氦試時(shí)，轉(zhuǎn)子小軸振動位移超出0.03 mm。針對這一難題，經(jīng)過技術(shù)部門研究決定，調(diào)整轉(zhuǎn)子的支撐方式，并進(jìn)行技術(shù)摸索及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

3.2 調(diào)整轉(zhuǎn)子的支撐方式

調(diào)整轉(zhuǎn)子的支撐方式，以不靠轉(zhuǎn)子臺肩狀態(tài)進(jìn)行平衡，消除了滾珠及轉(zhuǎn)子臺肩對動平衡的影響，以一種自由的狀態(tài)進(jìn)行平衡，更貼近產(chǎn)品的真實(shí)狀態(tài)。

針對筆者工廠渦輪轉(zhuǎn)子經(jīng)過平衡后，再次復(fù)測和進(jìn)行組合平衡時(shí)，剩余不平衡量不穩(wěn)定這一現(xiàn)狀，從庫里領(lǐng)出10件渦輪轉(zhuǎn)子按此動平衡方式進(jìn)行平衡，初次平衡達(dá)到一定精度后，通過反復(fù)拆裝平衡橋架及改變定標(biāo)貼重重量，重復(fù)檢測，結(jié)果合格，不平衡量變化較小。

3.3 調(diào)整轉(zhuǎn)子與泵葉輪組合平衡的平衡軸套

將轉(zhuǎn)子與泵葉輪組合動平衡之間的平衡套，由非金屬材料調(diào)整為金屬鋼套；并增加產(chǎn)品墊片，與產(chǎn)品的裝配狀態(tài)保持一致，更貼近真實(shí)狀態(tài)。（見圖1）

泵葉輪平衡時(shí)以平衡合格的轉(zhuǎn)子為芯軸，平衡套為金屬材料，解決了非金屬易變形、易裂，泵葉輪實(shí)際平衡精度不準(zhǔn)確，部分產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定這一現(xiàn)象。平衡鋼套材料2Cr13，淬火硬度28～33 HRC，它作為一個(gè)參與平衡的回轉(zhuǎn)體，對其內(nèi)孔尺寸及同軸度、垂直度、平行度都有較高的要求，為保證內(nèi)孔與外圓的同軸度0.01的要求，采用以內(nèi)孔定位，磨外圓，并設(shè)計(jì)了專用芯棒K26331-0032，以保證形位公差的要求。平衡鋼套要求定期檢測，以滿足其使用要求。

3.4 調(diào)整工藝流程

調(diào)整組合動平衡工藝流程，將原來轉(zhuǎn)子與泵葉輪組合動平衡工序調(diào)整到渦輪泵軸系零件試裝后進(jìn)行，以減少由于更換軸系零件，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與泵葉輪組合平衡這一工序重復(fù)進(jìn)行，造成生產(chǎn)周期的延長及資源的浪費(fèi)。

4 結(jié)語

通過動平衡工藝優(yōu)化，交付的渦輪泵其配套轉(zhuǎn)動件動平衡全部按此動平衡方式進(jìn)行平衡，產(chǎn)品裝配后進(jìn)行高壓氦吹，有1臺產(chǎn)品由平衡不穩(wěn)定引起的振動超差，產(chǎn)品一次合格率95.4%，較以往渦輪泵氦試試驗(yàn)有明顯的提高。通過關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和相關(guān)工藝試驗(yàn)，優(yōu)化了系列泵動平衡工藝方法，完成了預(yù)期攻關(guān)目標(biāo)，使渦輪泵因動平衡不穩(wěn)定造成的產(chǎn)品性能不合格得以控制，為后續(xù)產(chǎn)品一次交付驗(yàn)收合格奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[3] 郭東興.淺析化工裝置轉(zhuǎn)機(jī)的動平衡技術(shù)存在的問題及對策[J].黑龍江科技信息，2010（22）：50.