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   燒結(jié)機配套用的主抽風機，即通常所稱的燒結(jié)鼓風機，是冶金行業(yè)燃料燒結(jié)的關(guān)鍵設(shè)備之一，擁有極其廣闊的市場需求，其耗電量占燒結(jié)廠總耗電量的百分之四十左右，輸送的介質(zhì)為燒結(jié)煙氣，含塵量交大，風機的轉(zhuǎn)子極其蝸殼磨損嚴重，且因其流量較大，壓力相對較高，一般轉(zhuǎn)速多為1450/min或3000/min，因而要求其轉(zhuǎn)子制作的材料在高溫狀態(tài)下既要有較高的屈服極限，又要有一定的耐磨性能，同時還要有較好的焊接性能，這就給燒結(jié)風機的制作增加了一定的難度。 武漢鼓風機廠于八十年代末引進日本三菱技術(shù)之后，在原有的SJ系列及D系列燒結(jié)風機的基礎(chǔ)上，著手開發(fā)、研制了高效率、低耗能、使用壽命廠的AF燒結(jié)風機系列，流量范圍從2500m3/min至13000m3/min，該系列產(chǎn)品因其性能可靠、效率高、結(jié)構(gòu)合理、維修方便等特點而深受用戶歡迎，并且逐漸占有一定的市場份額。正因于此，上海寶鋼于1998年底決定于我廠合作生產(chǎn)450m2IDL風機轉(zhuǎn)子組。 上海寶山鋼鐵（集團）公司燒結(jié)廠450m3IDL主排風機是日本日立造船株式會社生產(chǎn)的產(chǎn)品，使用時間已達10年之久，運行情況良好。但由于長時間的粉粒摩擦。致使轉(zhuǎn)子磨損嚴重，雖經(jīng)過幾次中間維修后仍可正常使用，但訂購哦備件轉(zhuǎn)子已迫在眉睫。直接從國外進口備件價格昂貴，因此，寶鋼決定立足國內(nèi)廠家，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子制造國產(chǎn)化。 450m3IDL主排風機的基本性能要求是：流量：21000m3/min進口壓力：為-19.11KPa，出口壓力為0.49KPa，全壓升19.6KPa，溫度：150℃電機功率為9300Kw，轉(zhuǎn)速為1000/min 介質(zhì)為燒結(jié)煙氣，溫度從80℃至250℃，葉輪要求采取耐磨措施。經(jīng)設(shè)計計算確定該風機轉(zhuǎn)子為離心式雙進氣、雙支撐、錐形前盤、單板葉片附耐磨襯板焊接結(jié)構(gòu)，葉輪外徑D2=4270mm葉輪出口寬度b2=500mm，為減輕轉(zhuǎn)子重量，主軸設(shè)計為中空管焊接軸頭結(jié)構(gòu)，最大加工外徑為φ810mm，總長為6948mm。轉(zhuǎn)子總重量約26噸。是目前我國風機行業(yè)自己生產(chǎn)制造的最大燒結(jié)風機轉(zhuǎn)子。 為了確保產(chǎn)品質(zhì)量達到國際上同類產(chǎn)品的水平，我們決定與日本荏原工機株式會社合作進行該風機轉(zhuǎn)子的設(shè)計、生產(chǎn)及檢驗，且葉輪的關(guān)鍵原材料由荏原工機負責在日本制鋼所采購后進口，轉(zhuǎn)子在整個制造過程中由荏原工機派專業(yè)人員到現(xiàn)場進行技術(shù)指導，并接受用戶嚴格的質(zhì)量監(jiān)督。通過前后兩年多的通力合作，此轉(zhuǎn)子已經(jīng)順利制作完成，經(jīng)用戶嚴格驗收后已送交到了用戶現(xiàn)場。 通過完成此轉(zhuǎn)子的設(shè)計、制造，我能又學到了很多新的東西，也積累了一些經(jīng)驗。下面，我僅就450m3IDL主排風機轉(zhuǎn)子在制造過程中壓膜成型、焊接及焊后表面處理和主軸精加工等涉及到產(chǎn)品表面質(zhì)量的諸方面與各位專家簡要交流一下： 葉輪錐形前盤成型 通常錐形前盤成型采用平板料壓模成型，扇形板料滾彎成型。而450m3IDL葉輪錐形前盤采用的是素線法在1100噸水壓機上成型，即在前盤展開料上過中心等分劃線，圓棒沿所劃線逐條施壓。采用此方法基于以下幾點考慮： 展開直徑達φ4376mm，板厚30mm。單件生產(chǎn)的產(chǎn)品采用壓膜成型成本太高 采用滾彎成型需對大型三星滾機進行改造也非易事 采用素線法成型將壓型和整形工序合二為一，成本不高且可行。成型檢驗結(jié)果：錐盤高度誤差3mm，錐底平面誤差2.5mm。錐面整體樣板型線最大間隙2.5mm。 二、葉輪組裝（定位焊） 葉輪各零件組裝定位焊遵循對稱分布、先內(nèi)后外的原則。由于葉輪材料的施焊條件必須具備一定的溫度，預(yù)熱和后熱處理（消氫處理）。因此在定位焊和滿焊時都面臨變形量增加和防變形、反變形的問題。根據(jù)葉輪的具體情況采取了相應(yīng)的措施： 組裝葉片時采用了三角形防變形支撐。保證葉片與中盤的垂直度。（葉片長1400mm） 中盤內(nèi)圈防翹曲變形圈，保證了軸盤連接平面的平面度 前盤防波浪變形圈，保證焊后前盤跳動誤差最小 葉片出口防變形支撐，保證葉輪出口寬度 葉輪外圓人字形防變形支撐，保證前盤與中盤不出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形 采用十字形剛性固定以防止進口圈拼焊時的收縮變形 在以上六種方法的基礎(chǔ)上，通過焊接順序、位置、和焊接量的調(diào)整來防止焊接變形 這些防變形措施通過實踐證明起到了很好的作用。檢驗結(jié)果：中盤端面跳動4.5mm以內(nèi)，前盤跳動6mm以內(nèi)，葉輪出口寬度±2mm以內(nèi)，葉片垂直度2mm以內(nèi)。 三、主軸焊接 主軸的特點是采用中空軸，目的是降低對軸承承載能力的要求和磨損，減小對電機功率的要求，使風機能再長期運轉(zhuǎn)中節(jié)省相當大的能源。該主軸是由中空管和兩端軸頭三段組焊為一體的焊接結(jié)構(gòu)件，其軸長6948mm，軸徑810mm，中空管管壁厚135mm，構(gòu)件剛度很大。而轉(zhuǎn)子葉輪直徑也很大（4270mm），在1000/min高速運轉(zhuǎn)的條件下傳動的扭矩很大。因此必須制定和采用合理的焊接工藝及嚴格的工藝措施，方能滿足該轉(zhuǎn)子的要求。 焊接性分析：主軸所采用材料為S25C，其碳當量Cep=0.335%。由此可知其焊接性能較好，產(chǎn)生冷裂紋的傾向不大。但考慮到焊接厚度為135mm且為環(huán)焊縫，有很大的約束力，這是產(chǎn)生冷裂紋的重要因素，且冶金缺陷也大大增加。由此可計算得碳當量CEN=0.47%，則焊接預(yù)熱125±25℃是必須的（層間溫度不大于240℃） 焊接方法及焊材：焊接方法選用直流（反接）手工電弧焊，焊條選用J507Ni，這主要是該焊條熔敷金屬機械性能好，具有良好的塑性，低溫韌性和良好的抗裂性能，工藝性能也很好； 焊接坡口設(shè)計：根據(jù)主軸的特點，設(shè)計了便于X射線探傷，便于施焊及盡量小的焊接量和熱影響區(qū)的坡口 防變形措施：采用楔形定位塊在坡口處安裝定位，然后用鞍形固定板剛性固定，以減小主軸的變形量，同時在焊接中通過焊接順序、焊接量和焊接位置的調(diào)整來消除或減小變形量。 焊后處理：合理的焊后消氫處理和充分的去應(yīng)力熱處理。 按以上焊接要點進行的主軸焊接質(zhì)量滿足了設(shè)計要求（達GB3323-82Ⅱ級以上），焊接變形量能控制在工藝范圍內(nèi)（同軸度不大于1.5mm）。 四、葉輪焊接 要保證如此大直徑葉輪的制造精度，焊接質(zhì)量（防裂紋和減小變形）是其關(guān)鍵。該葉輪用材較復(fù)雜：前盤、中盤和進口圈材料為13C-4Ni（進口洛鎳鋼），而葉片、襯板及葉片頭為WELTEN590(進口低合金高強鋼)因而所對應(yīng)的焊條也較復(fù)雜，其中13C-4Ni之間的焊接、13C-4Ni與WELTEN590焊接、WELTEN590之間的焊接及兩種耐磨焊條共采用了五種不同的焊條。根據(jù)材料要求，結(jié)構(gòu)焊縫的焊接預(yù)熱150~180℃及30分鐘300℃的后熱消氫處理是必須的，而該葉輪焊接位置板厚較大，板厚差異也大，焊縫強度高，剛度大，焊接收縮量大。因此產(chǎn)生裂紋的傾向和焊接變形的可能性也很大，所以必須采用合理的焊接工藝及嚴格的工藝措施。 防變形措施（前文已所述） 各部焊接要點： 葉片襯板的耐磨堆焊：葉片襯板材料為WELTEN590。厚度為4mm，長1400mm，在葉片工作面要進行大量的塊狀和條狀堆焊。大量的堆焊可導致襯板的嚴重變形，在校正的過程中勢必產(chǎn)生大量的裂紋（因堆焊層的HRC&g;60）。為此，將葉片襯板先壓型。然后再剛性固定在相同的胎膜上進行堆焊，這樣就大大的減小了變形，從而避免了校正過程中大量的裂紋產(chǎn)生。 葉片與前盤（中盤）的焊接：葉片與前盤（中盤）的焊接為異種鋼焊接（13C-4Ni與WELTEN590）。因為焊接產(chǎn)生的收縮量大，給葉片在高度上預(yù)留了3mm的收縮余量，以保證焊接完后葉輪進出口的高度符合圖紙要求。再者，因焊接量大，且要在一定范圍內(nèi)（焊接及周邊200~300mm）預(yù)熱150~180℃，為避免裂紋的產(chǎn)生和減小變形，須將葉輪直立，以使焊縫處于平角焊位置，采用雙人以中盤對稱跳躍式后退法，在順序上采用十字交叉焊，每條焊縫在焊完立即進行30分鐘300℃消氫處理。 前盤與進口圈的焊接：前盤與進口圈的材料均為13C-4Ni，選擇的焊條應(yīng)使焊縫獲得良好的成分組織和機械性能。而前盤厚度30mm和進口圈厚度80mm兩者間的板厚差異極大，焊縫強度高，剛性大，焊接收縮量大且為環(huán)焊縫，為此我們設(shè)計出了合理的焊接坡口以減小熱影響區(qū)和焊接量，同時在焊接中采用了局部預(yù)熱等份（10等份）雙人對稱交叉焊，在多層焊中進行嚴格的過程控制（包括層間溫度控制），焊后立即進行消氫處理，從而避免了裂紋的產(chǎn)生和盡可能的減小了焊接變形。 葉片頭的焊接：葉片頭焊接位置處于較為復(fù)雜的地方，這里既有WELTEN590與WELTEN590的焊接，也有WELTEN590與13C-4Ni的焊接，且有多條焊縫的交合點，這是應(yīng)力較為集中的地方，也是最易產(chǎn)生裂紋的地方。因此，在焊接中除了要進行大范圍充分預(yù)熱外，其焊接要點是： 合理應(yīng)用焊條，特別是焊縫交會處焊條的應(yīng)用； 合理的焊接順序、方向以盡量減小應(yīng)力集中； 焊后立即進行消氫處理； 焊后處理：焊后要進行充分的消除應(yīng)力熱處理，然后在無火狀態(tài)下去掉防變形裝置。 按以上要點進行制作的葉輪，保證了焊縫質(zhì)量（通過了PT滲透,MT磁粉,VT探傷檢查），焊接變形量也控制在工藝范圍內(nèi)（前盤跳動&l;6mm，中盤跳動&l;4.5mmVT超聲波RT射線）。 五、主軸精加工 一般情況下，保證主軸精加工同軸度和軸徑位表面粗糙度的加工方法，是以兩端中心孔為基準，高速精車，或者在磨床上磨削。主軸的加工精度主要是靠機床本身的精度來保證。而450m2主軸需用重型機床加工，僅靠機床本身的精度很難保證。因此，我們在CW2100臥式車床上采用了托架支撐，低速反轉(zhuǎn)、寬刃切削并輔以混合油潤滑冷卻的加工方法，保證了主軸的加工精度。該加工方法不用中心孔定位，以兩個托架支撐，用百分表測主軸與機床花盤的垂直度和二支撐位的同軸度，隨時修正誤差，使主軸始終保持在理想的狀態(tài)。這樣，避免了機床尾座和機床主軸可能出現(xiàn)的同軸度誤差（即機床本身的精度誤差），同時由于低速寬刃車刀和混合油的配合使用，大大的降低了切削熱量對加工精度的影響，基本上消除了走刀過程中產(chǎn)生的刀紋，提高了表面粗糙度。經(jīng)最終檢驗，同軸度誤差在0.012mm，表面粗糙度到了0.4，證明主軸的此加工方法是成功可行的。 六、轉(zhuǎn)子動平衡 轉(zhuǎn)子動平衡是在德國申克公司生產(chǎn)的18噸硬支撐動平衡機上進行的。動平衡機的平衡精度可達每公斤重轉(zhuǎn)子0.5克毫米。平衡精度完全靠機床的精度保證。由于450m2轉(zhuǎn)子重量達26噸，動平衡機振擺架的支撐是滾輪支撐結(jié)構(gòu)，與主軸表面的接觸力較大，在旋轉(zhuǎn)過程中容易使軸頸產(chǎn)生壓痕，因而會影響到主軸的表面質(zhì)量。因此，避免動平衡產(chǎn)生壓痕是必須解決的問題。我們采用了在支撐軸頸為套裝（經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的45鋼）內(nèi)外錐緊定軸套，以保護支撐位軸頸，取得了圓滿的效果。這也是我們目前所做過的最大直徑和最大重量轉(zhuǎn)子的動平衡。 結(jié)束語：本文僅介紹了大型燒結(jié)轉(zhuǎn)子在制造過程中壓膜成型、焊接及焊后表面處理和主軸精加工等涉及到產(chǎn)品表面質(zhì)量等方面的一些較為重要的技術(shù)問題。目前，此轉(zhuǎn)子已順利制作完成，并通過了嚴格的檢驗驗收，各項指標均滿足了《技術(shù)協(xié)議》中的技術(shù)要求。 實踐證明：采用高韌性焊條、焊后熱處理、焊后消氫及焊后去應(yīng)力處理、合理的坡口焊接方式及得當?shù)姆雷冃未胧?，在大剛度的中空軸的焊接中，保證焊縫內(nèi)在和外在的質(zhì)量及控制焊后變形是必要的和有效的，而在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強度高、剛度大、材料復(fù)雜的大型葉輪組焊中，合理的焊接工藝和有效的防變形措施，也是保證葉輪制造質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

1 引言 轉(zhuǎn)子的平衡可以采用兩種方式：一種是在平衡機上平衡；另一種是在實際運行狀態(tài)下平衡（稱為現(xiàn)場平衡）。后者綜合考慮了各種因素對振動的影響，平衡效果好，而且節(jié)省時間。大多數(shù)的平衡問題均可以通過這種方式解決。 就現(xiàn)場平衡的方法而言，可以分為測幅平衡和測相平衡。測幅平衡只需要測量振動的大小，用周移法、三點法等方法進行計算。這種方法比較簡單易行，但精度低，啟動次數(shù)多；測相平衡采用可同時測量振幅和相位的儀表。平衡時首先在轉(zhuǎn)子上加一個（或一組）試驗質(zhì)量，通過加重前后振幅和相位的變化，計算校正質(zhì)量的大小和方向。這種方法精度高，啟動次數(shù)少。本文將介紹用測相法對風機進行的平衡。 2 平衡原理 2.1 不平衡的診斷 一般來說，只要振動成分中基頻占主導地位，就可以認定存在不平衡?；l的幅值取決于不平衡的大小和支撐系統(tǒng)的剛度，相位與不平衡的角度有關(guān)。 2.2 剛性轉(zhuǎn)子的平衡 所謂剛性轉(zhuǎn)子，是指轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速，不平衡離心力較小，由此引起的撓曲變形小得可以忽略。 剛性轉(zhuǎn)子存在兩種形式的不平衡：靜不平衡和力偶不平衡。從理論上講，在兩個平面平衡可以同時消除這兩種形式的不平衡。 2.3 柔性轉(zhuǎn)子的平衡     柔性轉(zhuǎn)子的平衡方法稱為振型法。所謂振型法是根據(jù)柔性轉(zhuǎn)子的振動理論和振型函數(shù)的正交性，分別對轉(zhuǎn)子的各階振型進行平衡的一種撓性轉(zhuǎn)子平衡方法。 2.4 試驗質(zhì)量的選擇 測相平衡的步驟：首先測量轉(zhuǎn)子的原始振動，然后在轉(zhuǎn)子上加一個（或一組）試驗質(zhì)量，并測量試加后的振動值。依據(jù)試加前后的振動值就可確定校正質(zhì)量的大小和角度。 如何確定試驗質(zhì)量的大小和角度是平衡過程的一個重要問題。 由振動相位和機械滯后角可以確定試驗質(zhì)量的角度。對于剛性轉(zhuǎn)子而言，從理論上講滯后角接近于零度。當然由于測試誤差的存在，會與零度有一定的偏差，但總的來說偏差不會太大。對于柔性轉(zhuǎn)子滯后角，需要結(jié)合不平衡的性質(zhì)以及臨界轉(zhuǎn)速來考慮。 試驗質(zhì)量的大小主要依靠經(jīng)驗確定。試驗質(zhì)量過大，有可能使振動進一步增大，甚至無法啟動；試驗質(zhì)量過小，引起的振動變化太小，使平衡計算的誤差大。 3 風機的平衡 風機可以看作具有集中質(zhì)量的單輪盤轉(zhuǎn)子。平衡時只需要一個校正平面，校正質(zhì)量安裝在葉輪上。若葉輪有平衡槽，平衡時將校正質(zhì)量安裝在平衡槽內(nèi)；若葉輪沒有平衡槽，平衡時將校正質(zhì)量焊接在輪盤的外緣。 風機平衡如果沒有影響系數(shù)時，試驗質(zhì)量選擇范圍在300~500g。 例1某電廠G4-73-10D送風機 該風機轉(zhuǎn)速為1450/min。運行中風機軸承的振動值達到220μm。振動為基頻，判斷為不平衡引起。風機葉輪有平衡槽，可在此處加重。平衡過程如表1所示。 平衡進行了兩次。第一次平衡后，依據(jù)計算結(jié)果將平衡角度調(diào)整了50°，振動達到滿意水平（見表1）。 4 電動機的平衡 電動機是質(zhì)量沿軸向分布的轉(zhuǎn)子。如前所述，這種轉(zhuǎn)子的不平衡包括靜不平衡和力偶不平衡，只需要在兩個平面平衡就可以同時消除這兩種不平衡。而電機轉(zhuǎn)子的兩端都有平衡槽，可以滿足平衡的需要。 靜不平衡在電機前、后軸承引起的振動相位接近，動不平衡引起的振動相位相反。 由于電動機是對稱轉(zhuǎn)子，平衡時可以用對稱加重的方法校正靜不平衡，用反對稱加重的方法校正力偶不平衡。 實際上電機轉(zhuǎn)子的不平衡大都由靜不平衡引起，所以大多數(shù)采用對稱加重的方式。首次加重時，每側(cè)質(zhì)量以200~400g為宜。 在電動機的平衡中往往存在這樣的現(xiàn)象：轉(zhuǎn)子在平衡臺平衡合格后，卻不能保證運行狀態(tài)下振動合格；轉(zhuǎn)子單轉(zhuǎn)振動合格，卻不能保證連接成軸系后振動合格。因此，在實際運行狀態(tài)下的平衡才是最可靠的。 據(jù)此分析可能存在電機籠條斷裂。存在這種缺陷時，將產(chǎn)生不均衡的電磁力，導致振動的不穩(wěn)定。 抽轉(zhuǎn)子檢查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子上多根銅條與端環(huán)的連接處有裂紋，裂紋處金屬表面發(fā)黑，有3根銅條完全斷開。將裂紋用銀焊修復(fù)。 檢修后還將電機轉(zhuǎn)子在低速動平衡機上平衡。復(fù)位在與風機脫開的狀況下啟動電機，但振動值仍然偏高（表4序1）。為此在電機轉(zhuǎn)子兩側(cè)對稱加重使振動值降低（表4序2）。但是，將電機與風機連接后振動值又增大（表4序3）。為此在連接狀態(tài)下又對電機轉(zhuǎn)子進行了一次平衡，使振動值降低（表4序4）。 通過對電機轉(zhuǎn)子的平衡，達到了降低振動的目的。