冷装轴套工艺与水轮机

冷装轴套工艺在水轮机上的运用摘要：本文介绍了冷冻装配轴套的工艺及工艺装备设计，以及公司在水轮机上的运用情况，还阐述了冷装工艺的安全操作注意事项。1刖言在水轮机的许多部件上，按不同的功用设置了许多轴套，这些轴套在其部位均起着重要的作用，它们的材料大多数为钢，青铜，铸铁等，轴套装入孔内应不能松动，因此，轴套外圆配合一般均为过盈配合H7/P6-H7/u6。轴套往往是薄壁零件，一旦下车立即变形，可能是椭圆形、或者是三角形，棱形等，接常规工艺是先将轴套外圆加工为图纸尺寸，内孔留一定精加工余量（精车、精镗或精铰），将轴套压入孔内后，再加工到位，由于轴套与包容件孔的配合有一定的过盈量，因此，在压入轴套时按轴套的大小分两种方式压入，即小尺寸轴套（如连板，底环用轴套）采用人工锤击法将轴套打入；大尺寸的轴套（如转轮体浆叶孔轴套，导叶套筒轴套）则采用机械（千斤顶、油压机）将轴套压入。由于轴套的变形，用以上两种方法，在压入过程中受力不均，轴套的配合外圆会不均匀地被刮下一层细屑，使轴套的配合表面损伤，降低配合表面的尺寸精度和表面精糙度，使轴套装后配合不牢固（易松动，脱落）。轴套内缩不均匀，尺寸不易控制，必须经过再加工才能达到要求。这种常规的轴套加工及装配工艺存在着工序长，劳动强度大，质量难以保证等缺点，然而，现在采用了冷冻装配轴套的新工艺后，其装配质量及精度设计得到很大的提高。2冷装轴套的工艺设计冷冻装配轴套是利用了金属材料热胀冷缩的性质，将完工的有足够过盈量的轴套放入冷冻介质（液态氮）里，经过一定时间冷却后，轴套产生一定量的收缩，然后速将轴套装到对应的孔内，待轴套温度恢复常温后，与包容件孔在过盈量的作用下，很紧地配合在一起，从而达到无损装配的目的。这种无损装配，不受零件变形的影响，利于控制尺寸。2.1轴套缩小量的计算由于轴套装配后，希望不再精加工轴套内孔，其目的是缩短轴套的加工工序，不占用大型设备（因为轴套装入转轮体后若需再加工则必须占用大型镗床），那么，就必须考虑轴套装入包容件后因过盈造成的轴套内孔缩小的因素，其缩小量按下式计算：2Pd2do△= X103（um）E1（d2-do2）式中（见图）2pd2dBS「5"NE0（d2-d0do—轴套内径（um） 2d］一配合面公称直径（um）E1—轴套材料的强性模数（N/mm2）P—配合表面的压应力（N/mm2）可按下列公式计算：8P= X10-3（N/mm2）C1 C2（—— ——）dE1十E2式中，被包容件（轴套）刚性系数：d2Xdo2C1= 一%d2-do2包容件的刚性系数：D2十d2C2= 十％D2—d2E2一包容件材料的强性模数（N/mm2）5—设计过盈量（um）D—包容件的外径（mm）u1u2一被包容件，包容件材料的泊松比钢为0.3青铜为0.36铸铁为0.25缩小量确定后，在轴套装配前的精加工的内孔工序中将此缩小量加工掉，以保证轴套装配后满足设计要求。2.2轴套冷却温度的计算冷却温度按下式计算△max十A0t= 十t°（°C）adX103式中△max一轴套装配前的最大测量过盈量（um）△0—装配时为避免配合面相互擦伤所需的最小间隙，一般取公称直径的配合H7/g6的最小间隙（um）a一零件材料的线澎胀系数）T0—装配环境温度（°C） 或用经验公式T=2^max/ad（C）计算2.3冷却时间计算冷却时间按经验公式:T=B5+6（min）计算式中B一与零件材料有关的综合系数，见下表零件材料黄铜青铜钢铸铁B液态氧1.01.11.41.5液态氧0.80.91.21.35—轴套最大冷却壁厚（mm）2.4冷却介质的选取2.4.1液态氧能将零件冷至零下195C，对零件、冷冻装置和取氮罐不起腐蚀作用，但有10~50%的挥发损失，我厂使用的就是这种冷却液。2.4.2液态氧能将零件冷至零下180C。氧的性质活泼，能助燃，取氧容易，但使用不太安全。冷冻装置的设计冷冻轴套所用的装置，其设计原则是，隔热，密封性好，尽量减少空间，使轴套在最短的时间内，在最少的冷冻介质中，获得最满意的效果，因此，冷冻装置盖和冷冻槽都是采用夹层，中间充塞石棉，分空心式和桶式两种（见下图），一般空心式的用于冷冻大轴套，一次只能冷冻1件，桶式的用于冷冻小轴套，一次可以冷冻多件。（见后）结论冷装是无损装配，能保证其产品的尺寸精度及表面粗糙度，装配后联接牢固，适用广泛操作简单，省工、省时、省力。因此，这项新工艺在我厂已广泛应用，并且效果较好，值得推广。安全操作注意事项操作过程中，皮肤不得接触液氮及已冷冻工件、冷冻装置，以防冻伤，故操作者应戴石棉手