СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНОГО РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЭКСГАУСТЕРА С ДВУХСТОРОННИМ ВХОДОМ "СТИЛ-ВОРК"
PRODUCTION OF WELDED VACUUM FAN IMPELLER WITH BILATERAL "STEEL WORK" INLET

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к рабочим колесам эксгаустера, дымососа и высокопроизводительных вентиляторов, предназначенных для работы в условиях горячих и запыленных газов агломерационного производства, и может быть использовано как при единичном производстве сварного колеса в ремонтных службах, так и в серийном производстве.
Известен способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора по патенту RU 2186261 С1, МПК 7 F04D 29/28, В23К 31/00, дата начала отсчета срока действия патента 06.11.2001 г., дата публикации 27.07.2002 г., который включает операции изготовления центрального диска, покрывных дисков, колец жесткости, лопаток и защитных накладок, соединения сваркой лопаток с центральным и покрывными дисками и последних с кольцами жесткости, установки защитных накладок, контроля качества сварных соединений неразрушающими методами контроля, механической обработки элементов сварного рабочего колеса и их соединений, снятия напряжений после сварки и балансировки сварного рабочего колеса.
В отличие от заявленного изобретения в приведенном способе изготовления рабочего колеса центробежного компрессора, который включает изготовление основного и покрывного дисков и заготовок лопаток со вспомогательными припусками и технологическими базами, установку заготовок лопаток в сборочное приспособление, их обработку с получением поверхностей сопряжения с основным диском, соединение основного диска с лопатками методом пайки или сварки, выемку основного диска с лопатками из сборочного приспособления и его установку на металлообрабатывающее оборудование, обработку лопаток с получением поверхностей сопряжения с покрывным диском и соединение покрывного диска с лопатками.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению по совокупности признаков и ожидаемому техническому результату является способ изготовления сварного рабочего колеса центробежного компрессора по патенту РФ 2120567 С1, МПК 6 F04D 29/28, F04D 29/62, заявка 96118652/06, 18.09.1996 г, опубликовано 20.10.1998 г., включающий операции изготовления центрального диска, покрывных дисков, колец жесткости, лопаток и защитных накладок, соединения сваркой лопаток с центральным и покрывными дисками и последних с кольцами жесткости, установки защитных накладок, контроля качества сварных соединений неразрушающими методами контроля, механической обработки элементов сварного рабочего колеса, снятия напряжений после сварки и балансировки сварного рабочего колеса.
В отличие от заявляемого способа в приведенном способе предварительно изготавливают заготовки лопаток путем вырезания кольцевого сектора из кольца, выполненного с поверхностями, соответствующими боковым поверхностям лопатки, и со вспомогательным припуском в виде внешнего и/или внутреннего буртов, расположенных на конце кольца со стороны, с которой выполняют поверхность, сопрягающуюся с покрывным диском и имеющих общую торцевую поверхность, установку заготовок лопаток в сборочном приспособлении осуществляют по вышеуказанной торцевой поверхности с закреплением их с помощью прижимных элементов, воздействующих на бурты. Соединение основного диска с лопатками выполняют непосредственно после получения у лопаток поверхностей, сопрягаемых с основным диском, а далее отделяют сборочное приспособление от основного диска с лопатками и механическую обработку лопаток до доведения их размеров до установочных с получением поверхностей сопряжения.
Общим недостатком приведенных способов является то, что изготовление основного и покрывного дисков и заготовок лопаток осуществляется с дополнительными припусками, что обуславливает необходимость введения промежуточной механической обработки элементов рабочего колеса до их приварки с целью доводки их до установочных размеров. Это влечет за собой повышение трудоемкости изготовления, увеличение расхода энергоносителей и металлопроката, а также денежных средств. Учитывая то, что все элементы рабочего колеса в приведенных способах соединяются сваркой, ремонт данного колеса обуславливает трудоемкость ремонта, которая также сопровождается увеличением расхода энергоносителей и денежных средств.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ изготовления сварного рабочего колеса эксгаустера с двухсторонним входом путем изменения условий проведения технологических операций, последовательности их выполнения и использования иных приспособлений и устройств, упростить способ изготовления сварного рабочего колеса эксгаустера и за счет этого значительно снизить трудоемкость, материалоемкость и энергоемкость изготовления сварного рабочего колеса и его ремонта, а также удешевить способ изготовления сварного рабочего колеса и повысить его надежность.
Задача решена тем, что в способе изготовления сварного рабочего колеса эксгаустера с двухсторонним входом «СТИЛ-ВОРК», включающем операции изготовления центрального диска, покрывных дисков, колец жесткости, лопаток и защитных накладок, соединения сваркой лопаток с центральным и покрывными дисками и последних с кольцами жесткости, установки защитных накладок, контроля качества сварных соединений неразрушающими методами контроля, механической обработки элементов сварного рабочего колеса и их соединений, снятия напряжений после сварки и балансировки сварного рабочего колеса, согласно изобретению центральный диск, покрывные диски, лопатки и защитные накладки вырезают в установочный размер воздушно-плазменной резкой с возможностью образования в разрезе поверхности сопряжения, а кольца жесткости доводят до установочного размера точением заготовки в виде раскатного кольца, при этом перед установкой лопаток на центральный диск их попарно сортируют по массе, лопатки одной пары размещают на упомянутом диске диаметрально друг другу, сварное соединение сопрягаемых элементов производят при их температуре в зоне сварки (100-120)°C, контроль качества сварных соединений покрывных дисков с кольцами жесткости, производят магнитопорошковой дефектоскопией, а остальных сварных соединений в сварном роторе производят ультразвуковой дефектоскопией, снятие напряжений после сварки выполняют вибростабилизационной обработкой с помощью мобильного виброкомплекса, в качестве материала для изготовления защитных накладок используют износостойкий биметаллический лист, причем одни защитные накладки, размещенные на поверхностях лопаток, подверженных наибольшему износу, закрепляют посредством разъемного соединения, а другие закрепляют сваркой, при этом упомянутую вибростабилизационную обработку сварного рабочего колеса выполняют до их установки, а балансировку проводят до установки на лопатках защитных накладок и после их установки.
Согласно изобретению в способе изготовления сварного рабочего колеса, центральный диск вырезают из листовой стали прочностью не ниже категории Х80 микролегированной химическими элементами, такими как бор, ниобий, ванадий.
Согласно изобретению в способе изготовления сварного рабочего колеса центральный диск вырезают зубчатой формы, при этом лопатку сопрягают с торцевой поверхностью зуба вдоль ее продольной оси и соединяют с ней сварным швом по всему периметру упомянутой торцевой поверхности.
Согласно изобретению в способе изготовления сварного рабочего колеса защитные накладки, имеющие разъемное соединение, размещают на лицевой поверхности лопатки.
Согласно изобретению в способе изготовления сварного рабочего колеса защитные накладки, имеющие сварное соединение, размещают на тыльной поверхности лопатки.
Согласно изобретению в способе изготовления сварного рабочего колеса биметаллический износостойкий лист образуют методом электродуговой наплавки износостойкого слоя на стальной лист из низкоуглеродистой стали согласно ТУ У 28.7-3500618-001 «СВИП».
Согласно изобретению в способе изготовления сварного рабочего колеса сварное соединение производят по всему периметру сопрягаемых элементов рабочего колеса.
Изготовление центрального диска, покрывных дисков, лопаток, защитных накладок и колец жесткости в установочный размер с использованием средств и методов, обеспечивающих в разрезе поверхность сопряжения, позволило исключить трудоемкие и энергоемкие операции по доводке элементов сварного колеса в сборе до установочных размеров после их установки и их соединения сваркой.
Выполнение сварного соединения сопрягаемых элементов при их температуре в зоне сварки (100-120)°C и по всему периметру их сопряжения обеспечивает уменьшение числа факторов, влияющих на величину и интенсивность термодеформационных процессов в результате неравномерного нагрева сопрягаемых элементов металлоконструкции, снижает вероятность образования трещин в сварных соединениях в результате интенсивного отвода тепла в основной метал из зоны сварочной дуги, что влияет на качество изготовления и эксплуатационные свойства конструкции.
Граничные значения температуры (100-120)°C в элементах соединения в зоне их сварки установлены экспериментально. В результате проведенных исследований в промышленных условиях установлено, что минимальные деформации элементов и общее коробление конструкции рабочего колеса в процессе сварки обеспечиваются в присутствие указанного градиента температур, т.е. не ниже 100°C и не выше 120°C.
Сортировка лопаток попарно по массе и установка на центральный диск лопаток одной пары диаметрально друг другу позволяет упростить процесс выполнения статистической и динамической балансировки и выполнить его качественно с минимальными временными затратами.
Использование магнитопорошковой дефектоскопии при контроле качества сварных соединений покрывных дисков с кольцами жесткости обеспечило наиболее точные показатели наличия дефектов в сварных швах данного типа.
Применение ультразвуковой дефектоскопии при контроле остальных сварных швов в сварном рабочем колесе обеспечило необходимый уровень контроля качества их выполнения.
Применение для снятия остаточных напряжений, после сварки, технологии вибростабилизационной обработки мобильным виброкомплексом позволило значительно снизить трудоемкость и затраты на энергоносители, в сравнении с термической обработкой, и избежать высокотемпературного коробления.
Использование в качестве материала для изготовления защитных накладок из износостойкого биметаллического листа образованного наплавкой износостойкого слоя на стальной лист из низкоуглеродистой стали согласно ТУ У 28.7-3500618-001 «СВИП» обеспечивает повышенную сопротивляемость газоабразивному износу, что позволяет увеличить межремонтный срок эксплуатации рабочего колеса и тем самым снизить материальные затраты.
Закрепление защитных накладок на рабочих поверхностях лопаток, подверженных наибольшему износу, посредством разъемного соединения обеспечивает оперативную замену изношенных накладок на рабочем колесе во время профилактической остановки машины на минимальный срок.
Выполнение операции балансировки до установки на лопатках защитных накладок и после их установки позволяет провести ее наиболее точно и качественно.
Выполнение центрального диска зубчатой формы и сопряжение лопатки с торцевой поверхностью зуба вдоль ее продольной оси симметрии и соединение с ней сварным швом по всему периметру упомянутой торцевой поверхности обуславливает технологичность рабочего колеса эксгаустера и надежность крепления лопаток. Это также обеспечило уменьшение трудоемкости изготовления рабочего колеса за счет уменьшения в два раза количества лопаток.
Сведения, подтверждающие возможность промышленного использования способа изготовления сварного рабочего колеса эксгаустера с двухсторонним входом.
Предварительно изготавливают центральный диск, покрывные диски, кольца жесткости, лопатки и защитные накладки. При этом центральный диск вырезают из листовой стали категории прочности не ниже Х80, микролегированной химическими элементами, такими как бор, ниобий, ванадий. Центральный диск может быть вырезан в виде круга или зубчатого колеса. В нашем случае центральный диск вырезают в виде зубчатого колеса. Лопатки и покрывные диски вырезают из низколегированной листовой стали марок 10ХСНД, 12ХСНД. При этом центральный диск, покрывные диски, лопатки и защитные накладки вырезают в установочный размер воздушно-плазменной резкой с возможностью образования в разрезе поверхности сопряжения. Для изготовления защитных накладок используют износостойкий биметаллический лист, который образуют наплавкой износостойкого слоя на стальной лист из низкоуглеродистой стали согласно ТУ У 28.7-3500618-001 «СВИП». Кольца жесткости изготавливают из раскатного кольца из стали марок 35, 35ХМ, 35ХН, которые перед установкой доводят точением до установочных размеров.
Изготовление и сборку рабочего колеса эксгаустера начинают с установки лопаток на центральный диск. Перед установкой лопаток на центральный диск их попарно сортируют по массе, лопатки одной пары размещают на упомянутом диске диаметрально друг другу. Каждую лопатку сопрягают с торцевой поверхностью зуба вдоль ее продольной оси и соединяют с ней сварным швом по всему периметру упомянутой торцевой поверхности. Затем производят установку покрывных дисков и их сварное соединение с торцевыми поверхностями размещенных между ними лопаток. При этом края покрывного диска и кольца жесткости размещают внахлест и соединяют их сварным кольцевым швом по каждому из них краю. Сварное соединение сопрягаемых элементов производят при их температуре в зоне сварки (100-120)°C. Причем упомянутое сварное соединение сопрягаемых элементов сварного рабочего колеса производят по всему периметру их сопряжения.
Далее осуществляют контроль качества соединений сваркой неразрушающими методами контроля. Контроль качества сварных соединений покрывных дисков с кольцами жесткости производят магнитопорошковой дефектоскопией, а остальных сварных соединений в сварном роторе производят ультразвуковой дефектоскопией. Снятие остаточных напряжений после завершения всех соединений сваркой производят вибростабилизационной обработкой с помощью мобильного виброкомплекса на нескольких частотах,. после чего сварное рабочее колесо балансируют. Затем переходят к установке на лопатках сварного рабочего колеса защитных накладок, из которых одни защитные накладки, размещенные на поверхностях лопаток, подверженных наибольшему износу, с целью возможности быстрой их замены закрепляют посредством разъемного соединения, а другие закрепляют сваркой. Защитные накладки, имеющие разъемное соединение, размещают на лицевой поверхности лопатки. Защитные накладки, имеющие сварное соединение, размещают на тыльной поверхности лопатки. После установки на лопатках рабочего колеса защитных накладок сварное колесо повторно балансируют. На этом процесс изготовления сварного рабочего колеса завершается.