正圓柱螺旋葉軸向開孔及其實踐

楊建遠

(山東旭洋機械集團股份有限公司)

汽軸是蒸汽回轉干燥機的核心部件之一，其結構能使干燥蒸汽在汽軸一側進出，也可以依靠三頭正圓柱螺旋葉上的軸向開孔結構實現物料蒸汽在該側流通。眾所周知，正圓柱螺旋葉制作復雜，而且在三頭正圓柱螺旋葉上軸向開孔也沒有好的方案。針對這一現狀，筆者從正圓柱螺旋面結構特點入手，經過分析確定方案，最終實現軸向開孔的方案。

1 正圓柱螺旋面結構特點

圓柱螺旋面通常是指射線與軸線相交于射點，并同時繞軸做等速旋轉和等速軸向移動時所形成的曲面。圓柱螺旋面的一直母線沿圓柱螺旋線運動，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，是優先選用的空間曲面，具有不可展開的共性。有許多資料講述了其近似展開方法[2，3]。在生產中，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和等速軸向移動所形成的曲面構成。

圖1 正螺旋面

2 三頭正圓柱螺旋葉軸向開孔的分析

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，螺旋葉上有內外相錯的兩組軸向開孔。內組軸向開孔的中心圓直徑為DN800mm，開孔直徑為φ168mm，開孔數量10個；外組軸向開孔的中心圓直徑為DN1 300mm，開孔直徑為φ168mm，開孔數量17個。

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。但在螺旋內部，3個螺旋葉和汽軸管組成的空間，就無法角度定位。

2.2 劃線

在螺旋葉面上，軸向孔的投影是不規則的閉合空間曲線。常規作圖工具無法繪出這種曲線，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，劃線會很不方便。

2.3 開孔

三頭正圓柱螺旋葉軸向開孔的主要特點是：孔中心與汽軸管軸線平行，孔徑較大，加工精度不高。若用機加工會非常困難，綜合考慮，手工氣割是較為經濟的加工方法。

3 軸向開孔法一

3.1 加工方案

由于不能在三螺旋葉間作角度定位，經過分析，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，發射水平垂直激光。為了定位激光發射器的規跡(軸向孔)，調整軸向孔模擬器(圖2)，使水平垂直激光恰好通過轉盤的通孔結構。轉動轉盤，標記在螺旋葉面的激光規跡，手工割孔。

圖2 軸向孔模擬器簡圖

軸向開孔的施工要求有：

a.施工場地要平整。

b.汽軸水平放置于托輪架上，便于轉動，確保順利標記定位角度。

c.紅外線激光水平儀的布置有3個方面要求。一是紅外線激光水平儀在汽軸軸線延長線方向布置；二是紅外線激光水平儀發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.在每個定位角度點標定開孔高度，逐次標記開孔，直至貫通。

3.2 檢驗

汽軸正圓柱螺旋葉開孔是為了流通物料蒸汽，無須與其他部件配合，因此其精度要求不高。在加工好后，經過打磨，外觀良好。用φ168mm鋼管通過軸向開孔，測量鋼管與汽軸中心距偏差小于3mm，符合工藝要求。

4 軸向開孔法二

檢驗軸向開孔，用相當孔徑的鋼管進行檢驗。對通過檢驗法進一步拓展形成新的開孔方案。

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

圖3 平板模板

5 結束語

通過對正圓柱螺旋葉軸向開孔分析，提出外部整體定位的開孔方案。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備，但按照施工要求施工，最終獲得了合格產品。

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

[2] 王洪光.鈑金展開技巧與實例[M].北京：化學工業出版社，2012.

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