制冷機房的布置大直徑三元流徑向銷聯接轉子的生產與工藝

　　設置制冷設備的房間稱為制冷機房或冷凍站。小型的制冷機房通常附設在主體建筑的地下室或建筑物的底層。規模較大的制冷機房，特別是氨制冷機房，需要單獨建造。
　　制冷機房中的制冷機以及與制冷機配套的冷凍、冷卻水泵的重量大，運行時的振動、噪聲也大，通常布置在建筑底層或地下室。如果是帶有群房的高層建筑，制冷機房最好布置在裙房建筑的地下室，并要做好消聲隔振，特別是水泵金額冷凍、冷卻水管支吊架的減振問題。制冷機房的相鄰及上層房間應當是對消聲隔振要求不高的場所。
　　制冷機以及與制冷機配套的冷凍、冷卻水泵等設備是建筑中的用電大戶，其位置應盡量靠近負荷中心，與低壓配電間臨近，且最好設置在電梯附近。
　　制冷機房內應設置送、通風設備，以便及時排除室內余熱，補充新鮮空氣。機房內的溫度應≤36℃。機房應采取消聲措施，防止機組運行噪聲傳到空調房間或室外影響環境。機房內應設人工照明，在控制開關和操作儀表周圍要有足夠的照度,100負壓風機。
　　冷水機組的基礎應高出機房地面150至200㎜�；�礎周圍和基礎上應設排水溝和機房的集水坑或地漏相通，以便排出可能產生漏水、油。
　　吊裝冷凍、冷卻水管等設備的樓板應有足夠的承載力，并要處理好消聲隔振問題。
　　制冷機房的消防措施應滿足國家頒布的各種有關防火規范的設計要求。
　　制冷機房中的冷水機組等設備的體積和重量較大，因此設置制冷機房時應考慮設備進出方便的問題。機電設備的使用壽命比建筑物短，預留的設備安裝控洞應設有在更換機電設備時能打開的措施。

Abstract
摘要：分析了大直徑三元流徑向銷聯接轉子的結構和加工難點，利用NX軟件探索出三元流葉片建模的新方法，型面誤差小，曲面質量好；利用有限元軟件研究葉片展開技術，計算結果唯一，精度高；設計制造接長刀桿，避開葉輪的干涉，實現徑向孔的加工。實踐證明，該轉子完全滿足機組的正常運行，實現了國產化制造。
關鍵詞：大直徑轉子；葉片造型；葉片展開；徑向孔加工

中圖分類號：TH442 文獻標志碼：A
Machining Technology of a Large Diameter Three Dimensional Flow Rotor with Radial Pin Connection
Abstract:In order to manufacture a large diameter three dimensional flow rotor with radial pin connection, the structure and machining difficulties of the rotor are analyzed. New approach of three dimensional flow blade modeling is explored with NX software, results in small surface deviation and high surface quality. Blade development technique isstudied by using finite element software, the result is unique and the accuracy is high. Long bar of cutting tool without interferenceis designed and manufactured, with which the processing of radial hole is realized. Practice has proven that self-manufacturing rotor makes the unit running normally. Thus manufacturing technology of the rotor is mastered by our company.
Key words: large diameter rotor; blade modeling; blade development; radial holemachining
0 引言
　　壓縮機[1]廣泛應用于國民經濟的各個領域，是用戶裝置的核心設備，而轉子又是壓縮機的心臟，是關鍵部件。大直徑三元流徑向銷聯接轉子結構尺寸大，葉片型面復雜，制造難度大，我們針對其制造技術進行了專門的研究和開發。
1 轉子結構及加工難點
1.1 轉子結構
　　大直徑三元流徑向銷聯接轉子由主軸和若干級三元流葉輪[2]組成，串聯布置。葉輪與主軸的配合采用徑向銷聯接。其中小機組主軸與聯軸器采用錐面聯接，大機組采用軸端法蘭銷孔聯接。中等機型葉輪直徑Φ1 060mm，葉片厚度9.5mm，大型機組葉輪直徑Φ1 500mm,降溫水簾，葉片厚度達15mm。圖1為該轉子第1級葉輪的結構圖。

圖１　轉子第１級葉輪結構圖

1.2 加工難點和需要解決的問題
　　這種結構的轉子我們只見過用戶現場使用的進口轉子，沒有自制先例和經驗，要實現該轉子的國產化[3]制造需要解決以下幾個問題：
　　1） 該轉子三元流葉輪直徑大，葉片大且厚，大型機組葉輪[4]直徑Φ1 500mm，葉片厚度達15mm，是目前我們遇到的最大的三元流葉片。如何控制型面誤差保證型面準確，如何進行大三元流葉片展開[5] ，是要解決的問題。
　　 2） 一級葉輪徑向孔距輪盤距離H非常近，中等機型一級葉輪徑向孔距輪盤距離H僅20.5mm，鉆孔深度L較深，鉆桿和葉輪輪盤干涉會導致徑向孔無法鉆出。這個尺寸我們曾試圖溝通協商，將其改大一些，但經過分析計算，改大將改變轉子的受力狀況，因此圖紙上仍保持尺寸不變，這樣鉆孔難度就非常大。因而，如何實現這種轉子徑向孔的加工，是要解決的問題。
　　 3） 一級葉輪徑向孔的孔口帶螺紋，螺孔在主軸上，銷孔一部分在主軸一部分在葉輪上，螺孔距輪盤尺寸很小，絲錐夾具都會和輪盤干涉。螺堵擰入螺孔，在高速旋轉的轉子上，如果螺紋配合不合適，就會因高速旋轉產生離心力使螺堵松動，影響轉子的平穩運行。因此，螺孔的加工也是要解決的問題。
2 轉子加工方法
2,廠房降溫負壓風機.1 探索三元流葉片建模[6] 、葉片展開新方法
　　以往采用的葉片建模方法是通過目測曲線是否光順，然后手動修改點坐標使曲面看起來比較光順。因為沒有具體的量化數據，圖紙原始點與最終造型面偏離多少根本無法知道。
現在利用NX軟件平臺探索出三元流葉片建模的新方法。
　　 1） 用圖紙所給點初始造型時，通過改變視圖方向、曲面階次控制型面誤差，經過延伸、裁剪及光順處理，最終造型后，可以分析圖紙所有點與最終造型面的誤差，將型面誤差控制在0.5mm以內。
　　 2） 圖紙給出的葉片型面數據是一系列坐標點，這些葉片型面的坐標點分布在葉片邊界線內，用這些葉片原始點直接生成的曲面不能做符合造型要求的延伸、旋轉等處理，不能直接用于生成數控加工程序。
　　 3） 先讀取葉片原始點，通過點云形成曲面功能，將原始點生成曲面片體，再對其進行處理，在型面上生成一系列截面線，對這些截面線進行光順處理，再通過這些光順過的曲線生成葉片型面。
　　 4） 然后對葉片型面進行檢查，運用NX偏差分析功能檢查原始數據點與型面偏離情況，用反射分析功能檢查型面的光順程度，根據偏差情況進行調整，最后得到連續光順的曲面[7] 。
　　2.1.2　三元流葉片型面屬于空間復雜曲面，是自由非均勻樣條曲面[8] ，理論上這種葉型無法精確展開為平面形狀[9] ，所以前期一些專家學者對此類曲面展開的關鍵技術[10]也做過大量的探討與研究。主要包括：
　　 1） 通過數學計算直接展開[11] ，即將曲面離散為若干個三角形或四邊形單元，指定其中一個單元為展開基準，按照一定的順序和方向將其它單元依次和基準單元拼接在同一平面上。此類方法簡單易行，計算效率高，但基準單元不好確定，展開精度不夠高，展開結果不唯一，也很難直接判定哪一個結果更準確；
　　 2） 極值展開法[12] ，其核心思想是保持展開前后曲面上所有網格節點間的距離變化最小，這是一種求極值算法，實質上是求誤差最小展開曲面的算法。該方法的優點是精度較高，結果唯一，缺點是計算效率低。
　　 我公司以往三元流葉片展開，采用“人工拓樣”的工藝手段，用銅皮或紙拓樣的外形壓平，描繪到坐標紙上再進行數據采集。用銅皮展開非直紋面的方法已使用了十五六年，展開的數據經過修正可以使用，但編程人員的勞動量大，耗費了大量時間和精力。用紙樣展開拓樣法在小葉片上用過，大葉片用紙就不準確了，用紙樣展開做出的葉片會因其比壓型模[13]型面大而無法壓型，會把壓型模定位銷子擠歪。
　　 對于大型機組的一級三元流葉片來說，葉長近800mm，進氣邊長達280mm，扭曲度大，展開難度更大，一級葉片造型見圖2。

圖2 轉子1級葉片造型圖

　　現在利用數學計算與人工“拓樣展開”方法相結合的思路，開發了三元流葉片展開軟件模塊，利用有限元軟件進行葉片展開計算的方法：
　　 1） 模擬“拓樣展開”過程，將銅材質的葉片模型直接壓展在平面上。利用NX軟件創建葉片三維曲面造型，并將旋轉好用于壓型的曲面以.igs格式輸出，再導入有限元分析軟件ANSYS工程中。工程通過使用動態仿真模擬分析，自動完成葉片展開數據的計算；
　　 2） 設置葉片與上、下壓型模間的接觸情況為面-面自動接觸，再選擇葉片離坐標原點最近的角點為約束點，約束X、Y方向位移，最后對上壓型模施加位移載荷，使其沿法向運動，不斷貼近下壓模，擠壓中間的葉片曲面。通過對接觸、約束與載荷這些參數的設定及優化，得到葉片展開數據；
　　 3） 通過對數據結果的計算處理，得到展開后的平面葉片邊界節點坐標，對這些新的節點坐標進行曲線擬合，即得到展開后的葉型。此葉型可直接用于下料尺寸及銑周邊程序的編制。不僅大大提高了工作效率，而且使用方便，誤差小，結果唯一且準確，無需編程人員反復修改，完全滿足葉輪使用需求。
2.2 設計專用鉆桿，實現轉子徑向銷孔的加工
　　 對所有這類轉子進行統計，計算大、中、小機型一級葉輪的L和H值，并進行分析整理，綜合考慮這些數值設計制造出３種刀桿，滿足所有系列的使用，見表1。圖3為轉子徑向孔加工的示意圖，將鉆頭裝入接長鉆桿，鉆桿連接機床主軸，通過鉆桿避開葉輪和輪盤的干涉。

表 1 徑向孔用鉆桿

鉆桿直徑 /mm

鉆桿長度 /mm

用于機型

Φ 33

360

小機型

Φ 35

360

中等機型

Φ 40

440

大機型

　　 銷孔深度有公差要求，同一級葉輪銷孔深度要求一致。為保證銷孔的尺寸精度，徑向銷孔的加工在數控落地鏜床上完成，先用中心鉆點出銷孔的中心位置，以防止鉆頭鉆偏，再用鉆頭預鉆孔，然后用銑刀擴孔，加工銷孔底面，最后用鉸刀鉸孔，銑刀和鉸刀也用接長鉆桿連接。

1.絲錐接桿;2.絲錐;3.鉸刀;4.銑刀;5.麻花鉆;6.接長鉆桿;7.接機床

圖3 轉子徑向孔加工示意圖

2.3 設計絲錐接桿，實現螺孔加工
　　 螺紋攻絲有兩種方案，方案一是安裝葉輪前在主軸上將螺紋攻出，優點是攻絲的空間足夠大，絲錐周圍沒有碰撞干涉；缺點是葉輪安裝后配鉆葉輪上徑向孔時，需要重新找正孔的位置，找正過程很困難，需要反復調整轉子的位置，勞動強度大，而且會產生找正誤差，導致螺孔中心和銷孔中心不重合。方案一對找正的要求高。方案二是葉輪安裝后在轉子上將螺孔攻出，優點是螺孔和銷孔一次裝夾鉆出，只需一次找正，可以保證螺孔和銷孔中心一致；缺點是絲錐夾具和輪盤碰撞干涉。
　　 我們設計了兩種絲錐接桿，使絲錐接桿的半徑小于H值，這樣絲錐接桿就避開了葉輪的干涉，絲錐接桿下面接絲錐，上面接機床主軸，實現了在轉子上攻螺紋。不但避免了二次找正產生的誤差，還解決了反復調整勞動強度大的問題。
3 結束語
　　采用三元流葉片建模的新方法，葉片造型精度高，曲面光順程度好；利用有限元軟件進行葉片展開計算，得到的展開結果準確，工作效率高；設計接長鉆桿和絲錐接桿，解決了鉆徑向孔和葉輪碰撞干涉的問題。采用以上方案，先后完成了幾十臺大直徑三元流徑向銷聯接轉子的制造，其技術得到突破，機組的整體配套能力得到提升。

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