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九洲风机丨风机关键零部件不可展曲面的处理与成型

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 国内某电厂的30万kW循环流化床发电机组是国产化的首台,该系统中应用的10台MC系列风机也是第一次将该系列风机应用在循环流化床系统领域。这对中型风机的生产来说算得上是一次性投产量较大的生产。MC系列风机的关键零部件采用先进的三元流动设计技术和CFD分析技术,以保证其高效性。该机组中直接影响风机性能和效率的叶轮、导流环等部件为多种材料及多种规格的不可展曲面,为保证零部件的制造质量达到设计的要求,在工装设计、生产制造过程中经历了多次尝试和反复的探索改进,为该机组的正常投用积累了不少经验。

一、普惠风机分析几种关键零部件的结构

MC系列风机中的导流环、叶轮的叶片和盖盘等,都是影响气流在风机中的流动状况和风机效率的关键零部件。

1、叶片

叶轮的叶片为离散典型三元流钢板结构,这种结构形式从理论上无法得到精确的曲面展开理论值,尝试应用SolidWorks、UG等软件进行近似展开,但由于积累误差较大而与叶片的实际形状相距较大,而改用托样模压的方法进行叶片的展开和成型。

2、导流环

对导流环来说,结构形式为回转体,所用的材料为lCrl8Ni9Ti,板厚o≤4mm,法兰直接在筒体上翻出(具体结构见图1),这给设计工作带来了很大的麻烦,经过分析,认为存在以下难点:(1)带有翻边结构,要求钢板的延伸率比较大,而且钢板比较薄,对压型极为不利;(2)无论是下环形料还是锥形料其焊缝边缘处必定是开裂的薄弱环节;(3)圆弧段与法兰段无法一次性压曲成型;(4)过高的胚料尺寸在压型过程中可能产生褶皱,使压型过程受到限制;(5)采用冷压型翻边,法兰外周处容易开裂,采用热压型胚料中间褶皱可能性加大,而且最终的外观质量比不上冷压;(6)如果按照批量生产的规模考虑,最终产品尺寸和外观质量不能用类似于单件产品惯用的修形、打磨工序,必须完全用模具保证。

3、叶轮盖盘

九洲风机叶轮盖盘的结构形式见图2,材料为Q390,板厚o≤4mm,结构形式母线为多端弧线组成,母线虽然可计算其理论长度,但经过旋转后所形成的回转体仍然为不可展面。根据以往类似部件的生产经验,工装的设计及压型中可能存在以下难点:(1)近似展开面的下料形式;(2)近似展开面内、外边加工余量的大小;(3)压型模设计中的定位方式及位置;(4)采用热压还是冷压。这几个方面相互关联相互制约。

二、成型工装的设计思路及制造过程

九州风机通过分析导流环和叶轮盖盘的结构形式及压型过程中的制造难点,确定了导流环和叶轮盖盘的工艺方案。

1、导流环

(1)图纸的材料限定为lCrl8Ni9Ti,这就要求只能从模具的结构上解决问题。考虑采用多套模具(2~3套)来完成导流环的圆弧段和法兰段的成型;(2)先考虑采用冷成型,这样可以减少热成型所带来的较为复杂的收缩余量的预留问题,另外,对于lCrl8Ni9Ti来说,冷压外观质量优于热压成型;(3)若采用冷压成型,那么胚料焊缝周围的应力只能在压型过程中用机械的方法锤击碾压消除,而且在压型过程中每套模具必须分3~4次压型,以避免导流环法兰段的开裂;(4)压型模中考虑增加内套,以防止由于胚料过高在压型过程中产生的褶皱现象。最终设计结构见图3和图4。

2、九洲普惠风机叶轮盖盘

图纸要求的材料为Q390,3段弧线相接组成的母线要求磨具加工时必须保证相切点过渡光滑。而且盖盘母线弧度在设计压型模时预留的弹性变形量,是根据理论计算值再通过压型实验过程中反复的修改,以达到理想的压型尺寸;另一方面,由于盖盘母线相对曲率较小,上压型模总是将盖盘料外窜,造成外圆的加工量过大而内圆无加工量,为此在试制过程中在压型模上沿周边均匀设计了4个定位销,这样很好的解决了盖盘压型外窜的问题。

通过几次试验及对模具设计方案的反复修改,最终确定了模具结构方案,并投入生产,取得了较好的效果。

三、结论

循环流化床系统用MC系列风机一次投产将使用多台风机,对生产组织和工装设计来说有着很大的优越性;另一方面,随着产品系列化程度的进一步提高,必然有类似的结构形式的零部件需要压曲成型,这次试制成功为今后设计薄板件、延伸变形量大的压型工装积累了丰富的经验,在一定程度上保证了批量生产的基本要求。

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