水環真空泵轉子制造工藝分析

韓永強，牛學勤，宋 洋，劉 斌，

（1.中國石油大慶石化公司機械廠，黑龍江大慶163714；2.中國石油大慶油田有限責任公司第三采油廠，黑龍江大慶163514）

水環真空泵轉子制造工藝分析

韓永強1，牛學勤1，宋 洋2，劉 斌1，

（1.中國石油大慶石化公司機械廠，黑龍江大慶163714；2.中國石油大慶油田有限責任公司第三采油廠，黑龍江大慶163514）

介紹了真空泵轉子的結構形式和特點，通過對水環真空泵轉子結構、各部件材質及受力情況分析，闡述了制造過程中的難點，有針對性的提出解決的工藝方法，并據此制定了改造方案，實施后效果較好，對同類型真空泵的制造具有一定的參考價值。

真空泵；轉子；剛度校核；過盈量

某煉油廠常減壓車間水循環真空泵（簡稱水環泵）的轉子為美國進口，直徑1 m、長2.53 m，由轉子軸、輪轂、葉片組成，制造工藝復雜。水環泵最初用作自吸水泵，由于水環泵中氣體壓縮是等溫的，可抽除易燃、易爆以及含塵、含水的氣體，因此，水環泵逐漸應用于石油化工、機械、礦山、輕工、醫藥及食品等行業［1,2］。

1 零部件的材質與測繪

1.1 各零部件材質確認

對轉子軸、輪轂、葉片分別進行光譜定量分析檢測，確定其材質。檢測后確定成分，見表1。

1.2 按原零部件進行測繪

測繪出轉子軸具體尺寸、軸套尺寸、葉片尺寸及外形幾何尺寸，在獲得基礎尺寸后根據公差配合要求及實際操作工況，選取合適的公差帶按測繪數據繪制出零件加工圖紙及裝配圖紙[3]。轉子軸幾何尺寸：直徑d=240 mm，長度L=2 530 mm；測繪輪轂的外徑d2=430 mm，長度L=1 188.5 mm；葉片數為38片；葉片固定板的結構見圖1。

表1 轉子零部件化學成分檢測結果

圖1 葉片固定板結構

2 過盈量與裝配力核算

已知技術參數為：電機功率：N=280 kW，葉輪轉速：n=353 r/min

可計算出葉輪軸扭矩：

T=97 500N/n＝7.734×106N·mm

葉輪軸向力：Fa=2.0×104N，軸材質：45#調質

輪轂材質：316

屈服強度δ0.2=205 MPa，外徑d2=430 mm

軸與轂配合總長：L=150×2=300 mm

軸粗糙度：Ra=1.6 μm

孔粗糙度：Ra=3.2 μm

屈服強度δ0.2=345 MPa，d=240 mm

載荷全部由過盈連接傳遞。

2.1 選擇軸與孔的配合

（1）計算傳遞T：Fa所需最小壓強Pmin：摩擦系數取μ=0.1

（2）計算傳遞載荷所需最小過盈δcmin：

式中

式中 鋼的泊松比μ1=μ2=0.3；彈性模量E1=E2=2.06×105MPa。

代入上式得：

考慮粗糙度對配合的影響，裝配前所需最小過盈：

其中U=1.6×（Ra1+Ra2）=1.6（3.2+1.6）=7.68 μm

（3）初選配合方案Ⅰ：

此配合最大過盈：Ymax=130 μm；

最小過盈：Ymin=38 μm；

平均過盈：YP=（Ymax+Ymin）/2=84 μm。

此配合最大過盈：Ymax=169 μm；

最小過盈：Ymin=94 μm；

平均過盈：YP=（Ymax+Ymin）/2=131.5 μm。

（4）包容件（轂）不產生塑性變形允許最大壓強：

被包容件（軸）不產生塑性變形允許最大壓強:

按上面二值取最小者Pmax1，Pmax1計算零件不產生塑性變形允許最大過盈：

由此可知：即使采用第Ⅱ配合方案仍不會產生塑性變形，當連接中有較多強度儲備時可取第Ⅱ配合方案。

2.2 裝拆力核算

最大過盈時配合面壓強：

這時最大裝的壓入力及壓出力按下式核算。

（1）壓入力

（2）壓出力

2.3 計算裝配溫度

（1）包容件轂的加熱溫度tH：

（2）被包容件軸的冷卻溫度tC：

由計算可知，若采用軸冷卻方式進行組裝，冷卻溫度較低，實現困難。最終選擇對軸套進行加熱方式裝配。

3 轉子制造工藝

3.1 轉子軸調質熱處理

根據最終確定的轉子軸材質，確定調質處理工藝。工藝采用井式加熱爐，工件采用立裝方式進行加熱、調質。采用這種方式可避免由于水平入水時造成軸的直線度偏差［4］。

3.2 各加工件制造

按加工方案進行轉子軸加工，加工完成后經質檢人員現場檢查確認；輪轂加工方案：整體加工方案按圖紙尺寸加工、檢查；葉片的制造。根據測繪出的葉片尺寸，設計專用壓制胎具，胎具設計時充分考慮不銹鋼材料的回彈系數，先進行葉片試壓制，樣品檢查合格后再進行正式產品的下料、壓制。

3.3 轉子軸與輪轂熱裝組裝

采用箱式爐進行輪轂的加熱，加熱溫度上限控制在350℃以下；溫度達到加熱溫度后，保溫一定時間（根據熱處理時工件厚度確定），保證整個工件溫度一致；制作工裝架，固定轉子軸，轉子軸下端面提前設置好定位塊，保證裝配位置。裝配前徹底清理軸表面灰塵，雜物，并均勻涂抹一層油脂；輪轂出爐后測量裝配位置處直徑尺寸，驗證是否均勻受熱。

3.4 葉片、支撐圈、輪轂之間焊接及熱處理

首先進行中間部位支撐圈的點焊固定，組對點焊葉片，然后安裝兩側支撐圈，點焊固定葉片。點焊時，葉片與支撐圈及輪轂之間均采用雙面點焊，防止因點焊產生焊接變形；焊接時，按照焊接工藝要求采用對稱跳焊方式，盡量減小焊接變形的產生；全部焊接完成后，按焊接工藝要求進行相關檢測，檢測合格后對焊縫進行消除應力熱處理［5］。

3.5 精加工及檢測

精加工轉子葉片外徑，精加工轉子軸及葉片2側，手工打磨去除加工毛刺；再次檢測轉子表面是否存有缺陷及理化檢測；最后對轉子進行動平衡檢測，檢測結果合格。

4 結束語

轉子是水環真空泵的核心部件，此次制造的轉子是水循環真空泵專用轉子。按照合理的制作工藝順利完成了水環真空泵轉子軸的測繪及制造，實現了該類型轉子的國產化，該轉子已經回裝且平穩運行了16個月以上，各項運行指標滿足工藝要求。

［1］楊斷宏.數控加工工藝手冊［M］.北京：化學工業出版社，2008：13-15.

［2］浦林祥.金屬切削機床夾具設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，1995：36-37.

［3］王先逵.機械加工藝手冊第1卷工藝基礎篇［M］.北京：機械工業出版社，2006：24-25.

［4］吳國振，符嵩濤.水環式真空泵腐蝕磨損分析及修復［J］.甘肅冶金，2007（4）：54-56.

［5］趙萬凱，王迎迎.ZBE型水環真空泵汽蝕分析及改造方案［J］.節能，2016 ，35（4）：79-80.

Manufacturing process analysis of water ring vacuum pump

Han Yongqiang1，Niu Xueqin1，Song Yang2，Liu Bin1
（1.Machinery Factory of PetroChina Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China；2.No.3 Oil Production Plant of PetroChina Daqing Oilfield LLC，Daqing 163514，China）

This paper introduced the structure style and characteristic of vacuum pump rotor,and through the analysis to the rotor structure of water ring vacuum pump and the materials of all the parts as well as the stress condition,expounded the difficulty during the manufacture,and proposed specific process method,and formulated modification scheme based on this.After implementation of the process method,its effect is good,and it has a certain reference value for the manufacture of the similar type vacuum pump.

vacuum pump;rotor;rigidity checking;magnitude of interference

TB752.22

B

1671-4962（2017）05-0049-03

2017-08-17

韓永強，男，工程師，2004年畢業于大慶石油學院金屬材料工程專業，現從事壓力容器設計及制造技術管理工作。