正圓柱螺旋葉軸向開(kāi)孔及其實(shí)踐

楊建遠(yuǎn)

(山東旭洋機(jī)械集團(tuán)股份有限公司)

汽軸是蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的核心部件之一，其結(jié)構(gòu)能使干燥蒸汽在汽軸一側(cè)進(jìn)出，也可以依靠三頭正圓柱螺旋葉上的軸向開(kāi)孔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)物料蒸汽在該側(cè)流通。眾所周知，正圓柱螺旋葉制作復(fù)雜，而且在三頭正圓柱螺旋葉上軸向開(kāi)孔也沒(méi)有好的方案。針對(duì)這一現(xiàn)狀，筆者從正圓柱螺旋面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)入手，經(jīng)過(guò)分析確定方案，最終實(shí)現(xiàn)軸向開(kāi)孔的方案。

1 正圓柱螺旋面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圓柱螺旋面通常是指射線與軸線相交于射點(diǎn)，并同時(shí)繞軸做等速旋轉(zhuǎn)和等速軸向移動(dòng)時(shí)所形成的曲面。圓柱螺旋面的一直母線沿圓柱螺旋線運(yùn)動(dòng)，且始終與圓柱軸線相交成直角，這樣的曲面稱為正螺旋面(圖1)[1]。正圓柱螺旋面是眾多螺旋面的一種，是優(yōu)先選用的空間曲面，具有不可展開(kāi)的共性。有許多資料講述了其近似展開(kāi)方法[2，3]。在生產(chǎn)中，正圓柱螺旋葉具有正螺旋面的特性。它由線段繞軸作等速旋轉(zhuǎn)和等速軸向移動(dòng)所形成的曲面構(gòu)成。

圖1 正螺旋面

2 三頭正圓柱螺旋葉軸向開(kāi)孔的分析

汽軸由汽軸管、三頭正圓柱螺旋葉及其外展葉片組焊而成。汽軸管徑為φ450mm，它支承螺旋葉片，并傳遞動(dòng)力給螺旋葉及其外展葉片(葉片外徑φ2 250mm)。螺距500mm，螺旋外徑為φ1 660mm。從汽軸一端看，螺旋葉上有內(nèi)外相錯(cuò)的兩組軸向開(kāi)孔。內(nèi)組軸向開(kāi)孔的中心圓直徑為DN800mm，開(kāi)孔直徑為φ168mm，開(kāi)孔數(shù)量10個(gè)；外組軸向開(kāi)孔的中心圓直徑為DN1 300mm，開(kāi)孔直徑為φ168mm，開(kāi)孔數(shù)量17個(gè)。

2.1 定位

螺旋初始段，由于端部空間充裕，軸向孔可以在汽軸管上作角度定位。但在螺旋內(nèi)部，3個(gè)螺旋葉和汽軸管組成的空間，就無(wú)法角度定位。

2.2 劃線

在螺旋葉面上，軸向孔的投影是不規(guī)則的閉合空間曲線。常規(guī)作圖工具無(wú)法繪出這種曲線，因此，只能借助專用工具繪出該曲線。由于三螺頭旋葉和汽軸管組成的空間狹小，劃線會(huì)很不方便。

2.3 開(kāi)孔

三頭正圓柱螺旋葉軸向開(kāi)孔的主要特點(diǎn)是：孔中心與汽軸管軸線平行，孔徑較大，加工精度不高。若用機(jī)加工會(huì)非常困難，綜合考慮，手工氣割是較為經(jīng)濟(jì)的加工方法。

3 軸向開(kāi)孔法一

3.1 加工方案

由于不能在三螺旋葉間作角度定位，經(jīng)過(guò)分析，只能采用外端整體定位。紅外線激光水平儀布置在汽軸外端，發(fā)射水平垂直激光。為了定位激光發(fā)射器的規(guī)跡(軸向孔)，調(diào)整軸向孔模擬器(圖2)，使水平垂直激光恰好通過(guò)轉(zhuǎn)盤的通孔結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，標(biāo)記在螺旋葉面的激光規(guī)跡，手工割孔。

圖2 軸向孔模擬器簡(jiǎn)圖

軸向開(kāi)孔的施工要求有：

a.施工場(chǎng)地要平整。

b.汽軸水平放置于托輪架上，便于轉(zhuǎn)動(dòng)，確保順利標(biāo)記定位角度。

c.紅外線激光水平儀的布置有3個(gè)方面要求。一是紅外線激光水平儀在汽軸軸線延長(zhǎng)線方向布置；二是紅外線激光水平儀發(fā)出的鉛垂激光與汽軸軸線重合；三是保證紅外線激光水平儀激光交線，到汽軸兩端的垂直距離相等。

d.在每個(gè)定位角度點(diǎn)標(biāo)定開(kāi)孔高度，逐次標(biāo)記開(kāi)孔，直至貫通。

3.2 檢驗(yàn)

汽軸正圓柱螺旋葉開(kāi)孔是為了流通物料蒸汽，無(wú)須與其他部件配合，因此其精度要求不高。在加工好后，經(jīng)過(guò)打磨，外觀良好。用φ168mm鋼管通過(guò)軸向開(kāi)孔，測(cè)量鋼管與汽軸中心距偏差小于3mm，符合工藝要求。

4 軸向開(kāi)孔法二

檢驗(yàn)軸向開(kāi)孔，用相當(dāng)孔徑的鋼管進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)通過(guò)檢驗(yàn)法進(jìn)一步拓展形成新的開(kāi)孔方案。

做兩件如圖3所示的平板模板，中心開(kāi)孔徑為φ325mm的孔。兩模板套在汽軸管上，調(diào)整兩模板，使兩模板各孔中心分別共線，且平行于汽軸軸線。鋼管通過(guò)模板孔，鋼管到達(dá)螺旋葉面，依鋼管外徑劃線，逐次開(kāi)孔，直至貫通。

圖3 平板模板

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)正圓柱螺旋葉軸向開(kāi)孔分析，提出外部整體定位的開(kāi)孔方案。雖然需要制作軸向孔模擬器，而且還要使用紅外線激光水平儀等附助設(shè)備，但按照施工要求施工，最終獲得了合格產(chǎn)品。

[1] 趙然杭，劉健，王興菊.螺旋面及其CAD[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，16(1)：87～90.

[2] 王洪光.鈑金展開(kāi)技巧與實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[3] 湯柳堤.正螺旋面的近似展開(kāi)——兩種計(jì)算法展開(kāi)圖的比較[J].武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào)，1986，8(1)：63～65.