离心叶轮立式装配专用工装的研究.docx

离心叶轮立式装配专用工装的研究摘要：离心叶轮装配通常采用立式装配：叶轮在电炉加热后水平放置到装配平台上主轴吊起后竖直插入叶轮。但一些空分类压缩机转子由于其特殊的结构不允许被垂直吊离地面。本文设计发明了一种专用工装以解决这类压缩机转子的离心叶轮装配问题。关键词：叶轮装配专用工装【分类号】：TG6610.引言叶轮是离心式压缩机等通用机械设备的核心部件通常采用热装的方式与主轴过盈配合共同组成转子是风机进行能量转换的关键部件。因此叶轮装配是整个压缩机制造过程中的重点也是难点直接决定整个产品能否成功制造。叶轮装配通常采用立装。有两种实施方案：1）叶轮在电炉加热后水平放置到装配平台上将主轴吊起后竖直插入叶轮。这种方案适用于重量较轻、尺寸较小的转子类型。2）将主轴通过定位夹具等专用工具固定到竖井中叶轮在电炉加热后将叶轮吊起竖直装入主轴。这种方案适用于重量较大、尺寸较大的转子类型。某空分装置类压缩机转子主轴由三段组成通过螺栓连接总长7620mm重26.5t。为了避免拉伸螺栓承受过大的静载荷设计明确提出在装配过程中不允许将主轴竖直吊离地面。因此原有的装配方案不能满足要求。目前国内还没有用于这类压缩机转子的装配方案。在国外日本三菱有用于燃气轮机轮盘式转子的装配方案：相同的是无需将整个转子吊离地面。不同的是其转子结构由各级轮盘组成而不是离心叶轮与主轴热装过盈配合。1.装配原理与工装结构利用力矩平衡原理将主轴树立并固定吊装叶轮。如图所示。在转子非驱动侧找一支撑点在驱动侧作用一起吊力矩使整个转子绕非驱动侧支撑点旋转从而使转子竖立。可以保证在此过程中转子不受拉应力。设计用于离心叶轮立式装配的专用工装：由三部分组成：支撑旋转装置起吊装置以及固定调节装置。支撑底座及旋转装置安装在转子非驱动侧使得转子主轴绕其旋转至竖立状态；吊装夹具安装在转子驱动侧；主轴竖直后通过拉杆装置与固定支架连接。固定支架具有足够的强度和刚性以固定整个转子。拉杆装置调平主轴后固定。叶轮加热后吊起装入主轴。2.实施方案1）支撑旋转装置：由支撑底座、旋转套、旋转轴以及轴瓦组成。轴瓦安装在推力轴承位置处轴瓦由两半组成中分面有间隙。通过螺栓连接使其抱紧主轴与主轴过盈配合。旋转套装在其外侧旋转套同样由两半组成与轴瓦过盈配合。旋转轴穿过旋转套安装在底座轴承上。底座用T型槽螺栓安装到地轨。旋转套绕芯轴旋转从而使转子从水平状态旋转到竖直状态。在竖直状态时旋转套与旋转轴承受转子的所有重量。旋转轴（材料45#屈服强度355MPa）受到的剪切应力为ζ：ζ=F/Aζ=353000/0.0314ζ=11.24MPa利用ANSYS对旋转套进行强度分析旋转套的最大应力为3.9MPa旋转套采用16MN焊接而成16MN的屈服强度为343MPa。所以旋转轴与旋转套的强度足够承受转子的全部重量。2）起吊装置安装在转子驱动侧。由吊装夹具、保护套、压板组成保护套热装到主轴轴头与主轴过盈配合。吊装夹具装在保护套轴肩内侧由上下两半组成通过弓形模锻卸扣与吊车连接。压板通过轴头钻孔把在轴端用来压紧保护套防止保护套因受到冲击载荷而脱出。保护套热装到主轴轴头。过盈量太小不足以承受转子重量会造成保护套脱出；过盈量过大主轴轴头会产生塑性变形。经计算过盈量的范围：0.2385mm―0.4564mm。取保护套与主轴轴头过盈0.4mm。压板通过8-M20内六角头螺钉把合到轴头上以压紧保护套防止保护套因冲击载荷等因素意外脱出。经计算：即使保护套已脱出压板承受全部转子重量压板产生的剪切应力为18.4MPa挤压应力为14.85MPa均小于其材质45#屈服极限355MPa。螺钉受到的正应力140.45MPa也远远小于性能等级8.8的螺钉的屈服极限640MPa。通过查阅设计手册单个螺钉的承载力为201062N8个螺钉的承载力远远大于转子自重。3）调平固定：主轴竖立后吊车不撤使用固定架将主轴固定。此工装支架规格：长宽均5000mm高8500mm由三层组成。转子主轴通过两层8个拉杆装置与固定架相连。完全调平的主轴无偏心拉杆不受力。性能等级5.6的规格为M30的螺杆可以承受的极限拉应力为：转子允许的最大偏心θ=5°可以计算得F=25242N远远小于螺杆可以承受的极限拉应力。而且仅仅是只有一个拉杆作用的前提下。因此采用拉杆装置固定主轴是非常安全可靠的。3.结论本文设计发明了一种专用工装解决了大型转子类组部件的立式装配问题：利用力矩平衡原理可以很好地解决大型主轴类组部件的吊装、树立以及固定问题；利用合