CN112917110A - 大型窄流道闭式叶轮、制造方法及叶片专用焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型窄流道闭式叶轮、制造方法及叶片专用焊接设备，所述闭式叶轮包括轮盖、叶片、轮背和轴盘，所述轮盖和轮背均使用不同厚度的板材制成，板材包括相连接的轮盘厚板和轮盘薄板；轮盖和轮背在与叶片的连接处均通过对轮盘厚板加工过渡坡形成焊接坡口，用于实施多层多道焊，轮盖和轮背在与叶片的焊接片形成角焊缝。使用依据叶片弧形设计的轨道式微型焊接设备焊接而成；焊接设备将置于轮盘与叶片之间流道内，能够实现叶片与轮盘的内部角焊缝的多层多道焊接，进一步增强了叶轮整体的结构强度。本发明的制造方法机械化程度高，减少了原材料的使用和机加工量，降低了制造成本和人工负担，产品质量一致性较好，安全隐患可预防。

Description

大型窄流道闭式叶轮、制造方法及叶片专用焊接设备

技术领域

本发明涉及离心压缩机闭式叶轮制造领域，具体涉及一种大型窄流道闭式叶轮、制造方法及叶片专用焊接设备。

背景技术

闭式叶轮，在叶片两侧设有前后盖板，效率高，适用于输送不含杂质的清洁液体。蒸汽压缩机用闭式叶轮通常设计流道较窄、直径尺寸较大，拥有高转速、高效率及高可靠性的优点，常用于水处理、制药、化工等领域。

传统方法一般将叶轮分为轮盘加叶片、轮盘两个部分进行制造，轮盘加叶片的部分采用整体铸造成型，另一轮盘开贯穿通孔，再将二者铆接和局部熔焊进行连接。该制造方法中，叶片与轮盘连接位置是叶轮较为薄弱部位，使用过程中叶轮流道内的气液相工作介质会直接导致叶片与轮盘连接内侧长期受冲蚀而失效，大大影响了压缩机的使用寿命以及使用安全性，存在较大的工作隐患。并且该制造工艺同时存在着开通孔轮盘连接后变形大、应力大、结构强度下降等缺陷。

公布号为CN111673385A、名称为“一种封闭式叶轮的生产方法”的中国专利，其公开的方法中，包括步骤：将加工的各个流道上盖分别过盈配合在叶轮本体上对应的配合轮廓处；在配合轮廓部位加工出焊接坡口，将叶轮本体与各个流道上盖通过焊接坡口焊接成一个整体。其通过采用过盈配合保证焊接部位无间隙，采用自动焊接技术保证焊接质量，使得做出来的产品和整体铸造出来的一样，不存在渗漏风险。但是其没有公开具体的焊接方法和焊接设备，且并没有从根本上改进叶轮与轮盘连接处的结构强度。

发明内容

技术目的：针对上述不足，本发明公开了一种大型窄流道闭式叶轮、制造方法及叶片专用焊接设备，轮盘不同位置厚度不同，且在不同厚度的连接处厚板上设置斜坡过渡，使用依据叶片弧形设计的轨道式微型焊接设备焊接而成；焊接设备将置于轮盘与叶片之间流道内，能够实现叶片与轮盘的内部角焊缝的多层多道焊接，进一步增强了叶轮整体的结构强度。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

一种大型窄流道闭式叶轮，其特征在于：所述闭式叶轮包括轮盖、叶片、轮背和轴盘，所述轮盖和轮背以焊接方式分别设置于叶片的两侧，轮盖和轮背均使用不同厚度的板材制成，板材包括相连接的轮盘厚板和轮盘薄板；轮盖和轮背在与叶片的连接处均通过对轮盘厚板加工过渡坡形成焊接坡口，用于实施多层多道焊，轮盖和轮背在与叶片的焊接片形成角焊缝。

优选地，所述轴盘穿过轮背，轴盘与轮背之间通过焊接连接，形成第二焊缝。

优选地，所述焊接坡口具有如下过渡尺寸：Δt2≤10mm，Δt1≥3mm，t0≥4Δt1，其中，Δt2为焊缝到不同厚度的板材每一面的距离，Δt1为轮盘厚板的上表面与轮盘薄板的上表面的距离差值，即过渡斜坡的高，Δt0为过渡斜坡的底边宽度。

一种用于所述大型窄流道闭式叶轮的制造方法，其特征在于，所述轴盘使用锻造加机加工的方式制造，轮盖和轮背均采用切割下料、焊接成型的方式制造，叶片采用切割下料加液压成型的方式制造。

优选地，具体包括如下步骤：

(1)切割下料：按照轮盖、轮背、叶片的厚度，对原始板材进行切割下料；

(2)粗加工：将轴盘进行机加工，并将轮盘厚板加工过渡斜坡，轮盘厚板、过渡斜坡和轮盘薄板形成焊接坡口；

(3)叶片成型：将叶片进行液压成型；

(4)拼接与矫形：将轮盖、轮背和轴盘拼接成整体，并进行矫形与表面加工；

(5)轮盘与叶片焊接：将所有叶片按照预设的位置与轮背、轮盖进行装夹固定，然后使用专用焊接设备进行焊接，所述专用焊接设备包括控制系统、运动导轨、安装在运动导轨上且能够沿叶片的叶形方向移动的焊具；

(6)动平衡：进行动平衡校正测试，得到合格的闭式叶轮。

优选地，所述步骤(5)具体包括：

(51)固定叶片与轮盖：将叶片安装与轮盖的预设位置上，使用工装夹具进行固定，然后进行点焊固定；

(52)固定焊接设备：将专用焊接设备的运动导轨安装在轮盘内，焊具位于需要焊接的叶片与相邻叶片中间流道内；

(53)焊接：焊具沿运动导轨移动，完成叶片与轮盖的焊接；

(54)以相同方法完成叶片与轮背的焊接。

优选地，所述专用焊接设备中包括用于采集当前焊接位置图像的相机和检测焊具实际焊接位置信息的激光传感器，步骤(53)包括：

模拟焊接：在焊接设备的控制系统中导入叶片线型轨迹模型，并输入焊接参数；根据相机拍摄显示的焊接位置，设置焊接起点，选定焊接小车运动轨迹上的另外任意两点，确定运动轨迹空间位置，然后使焊接小车沿着运动导轨空跑，模拟焊接轨迹；

实际焊接：通过相机拍摄反馈画面和激光传感器指示的位置信息，检测焊接小车的运动轨迹与焊接轨迹是否重合，通过微调焊接小车，使焊接轨迹与实际叶片线型相匹配，然后进行焊接，完成叶片与轮盖的焊接。

优选地，所述步骤(52)中运动轨道与叶片的叶形相近，步骤(54)中相机拍摄的激光传感器指示位置是焊具焊接的实际位置，焊具固定在焊接小车上。

一种叶片专用焊接设备，用于所述大型窄流道闭式叶轮的制造方法中，其特征在于：包括控制系统和运动导轨，以及电信号连接控制系统的焊接小车、焊具、相机和激光传感器，其中，所述运动导轨的形状与叶片的叶形一致，运动导轨可拆卸地安装在叶片的顶部，角焊缝位于运动导轨的两侧；焊接小车安装在运动导轨上，相机、焊具和激光传感器安装在焊接小车上，焊具用于对目标进行焊接操作，相机用于拍摄焊接位置的图像，激光传感器用于检测焊具实际焊接的位置信息，所述图像和位置信息均传送给控制系统。

所述地，所述焊具采用电弧、激光作为热源，填充焊丝或不填充焊丝进行焊接。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明具有如下技术效果：

1)本发明采用的切割下料焊接成型的方式，减少了原材料的使用，减少了机加工量，不使用铸造工艺大大降低了制造成本；制造过程实现机械化降低人工负担，产品质量一致性较好，安全隐患可预防；

2)使用本发明焊接设备可以实现窄流道的叶片焊接，叶片焊缝饱满，与轮盘接触面积较大，且本发明叶片焊接设备还可进行因长期使用而叶片受损叶轮的维修补焊。

附图说明

图1为本发明的的一种大型窄流道闭式叶轮的结构示意图；

图2是叶片专用焊接设备的示意图；

图3是轮盘厚薄不同部位设置过渡斜坡的示意图；

其中，1-轮背，2-焊缝，3-轮盖，4-轴盘，5-叶片，6-角焊缝，7-运动导轨，8-焊接小车，9-激光传感器，10-焊具，11-相机，12-轮盘薄板，13-轮盘厚板，14-过渡斜坡，15-过渡焊缝。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行说明。

本发明针对大型窄流道叶轮传统制造方法存在的问题，以及制造过程复杂，周期长、高度依赖人工等缺点，同时结合现阶段工业制造高度自动化、机械化以及机器视觉技术快速发展的现状，提出了一种主要采用焊接方式的制造方法和一种叶片与轮盘焊接的焊接设备。如图1所示为本发明公开的大型窄流道闭式叶轮的一个实施例，2为叶片焊接设备的一个实施例。所述实施例仅为一部分实施例，而非全部实施例。

图1所示的大型窄流道闭式叶轮采用焊接结构，包括轮盖3、轮背1、叶片5、轴盘4四个部分，制造步骤如下：

1)、切割下料：按照叶轮轮盖及轮背、叶片各个组成部分的厚度，对原始板材进行切割下料；

2)、粗加工：将轴盘4进行机加工，并将轮盘厚板13加工过渡斜坡14，加工板材边缘焊接坡口，建议过渡尺寸，如图3所示，Δt2为焊缝到不同厚度板材每一面距离：

Δt2≤10mm

Δt1≥3mm

t0≥4Δt1

3)、叶片成型：将叶片进行液压成型；

4)、轮盘焊接：将前后盘各个组成板材进行拼接焊接成整体，完成轴盘4与轮背1的组装，并进行矫形与表面加工；

5)、轮盘与叶片焊接：将所有叶片5按照要求与轮背、轮盖进行装夹固定，然后进行焊接；叶片与轮盖轮背焊接前后顺序不限制，也可以同时、同步进行，单侧或者双侧焊接。焊接小车在预置的轨道上进行焊接，轨道位于叶片与叶片之间的空隙里。

6)、轴盘焊接：将轴盘与轮盖进行焊接；

7)、动平衡：最后进行叶轮的动平衡校正。

所述步骤5)中使用的是本发明叶片与轮盘焊接设备。本发明设备对叶片与轮盘进行焊接步骤的一个实施例如下，非所有实施例：

S1、将叶片安装于轮盘与叶片的设计位置，工装夹具进行固定，进行点焊固定；

S2、将本发明轮盘叶片焊接设备的运动导轨7安装在轮盘内，需要焊接的叶片与相邻叶片中间流道内；

S3、在本发明焊接设备控制电脑中导入叶片线型轨迹模型，并输入焊接参数；

S4、根据相机11拍摄显示的焊接位置，通过示教设置焊接起点，叶片与轮盘拼接待焊接路径轨迹上的另外任意两点，即可确定轨迹空间位置，然后将焊接小车沿着运动导轨空跑，模拟焊接轨迹；通过相机11拍摄反馈画面，检测运动轨迹与焊接轨迹是否重合，通过微调焊接小车，使焊具指向在焊接轨迹上，可使焊接轨迹与实际叶片线形相匹配，即可进行焊接；

步骤S2中运动轨道与叶片叶形相近；

步骤S4相机11拍摄的激光传感器9指示位置是焊具焊接的实际位置，焊具固定在焊接小车上。

综上，本发明中轴盘使用锻造+机加工的方式进行制造，轮盖、轮背采用切割下料、焊接成型的方式，对于弧形的叶片，切割下料后进行液压成型，最后将分别成型好的三者采用焊接方式进行焊接成型。能够减少了原材料的使用和机加工量，不使用铸造工艺大大降低了制造成本，制造过程实现机械化降低人工负担，能够达到产品质量一致性较好的技术目的。

本发明中，对于轮盘不同位置厚度不同，不同厚度处连接处，在厚板上设置斜坡过渡。此外，轮盘焊前使用工装夹具进行固定控制变形，焊后使用加热或锤击的方式消除应力，以减少变形。轮盘焊接前进行点焊或段焊进行固定。轮盘焊接时，在板材连接处开坡口，实施多层多道焊。如依据叶片弧形设计的轨道式微型焊接设备，将焊接设备置于轮盘与叶片之间流道内，用于叶片与轮盘的内部角焊缝的焊接。

本发明的焊接设备中，焊具采用电弧、激光作为热源，填充焊丝或不填充焊丝进行焊接。叶片与轮盘满焊前，对叶片位置进行划线、夹具固定、点焊或段焊流程。此外可使用多台本设备同时进行叶片与轮盘的焊接，如两台设备进行同一条叶片双侧同步对称焊接。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大型窄流道闭式叶轮，其特征在于：所述闭式叶轮包括轮盖(3)、叶片(5)、轮背(1)和轴盘(4)，所述轮盖(3)和轮背(1)以焊接方式分别设置于叶片(5)的两侧，轮盖(3)和轮背(1)均使用不同厚度的板材制成，板材包括相连接的轮盘厚板(13)和轮盘薄板(12)；轮盖(3)和轮背(1)在与叶片(5)的连接处均通过对轮盘厚板(13)加工过渡坡(14)形成焊接坡口，用于实施多层多道焊，轮盖(3)和轮背(1)在与叶片(5)的焊接片形成角焊缝(6)。

2.根据权利要求1所述的一种大型窄流道闭式叶轮，其特征在于：所述轴盘(4)穿过轮背(1)，轴盘(4)与轮背(1)之间通过焊接连接，形成第二焊缝(2)。

3.根据权利要求1所述的大型窄流道闭式叶轮，其特征在于：所述焊接坡口具有如下过渡尺寸：Δt2≤10mm，Δt1≥3mm，t0≥4Δt1，其中，Δt2为焊缝到不同厚度的板材每一面的距离，Δt1为轮盘厚板(13)的上表面与轮盘薄板(12)的上表面的距离差值，即过渡斜坡(14)的高，Δt0为过渡斜坡(14)的底边宽度。

4.一种用于权利要求1所述的大型窄流道闭式叶轮的制造方法，其特征在于，所述轴盘(4)使用锻造加机加工的方式制造，轮盖(3)和轮背(1)均采用切割下料、焊接成型的方式制造，叶片(5)采用切割下料加液压成型的方式制造。

5.根据权利要求4所述的大型窄流道闭式叶轮的制造方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)切割下料：按照轮盖(3)、轮背(1)、叶片(5)的厚度，对原始板材进行切割下料；

(2)粗加工：将轴盘(4)进行机加工，并将轮盘厚板(13)加工过渡斜坡(14)，轮盘厚板(13)、过渡斜坡(14)和轮盘薄板(12)形成焊接坡口；

(3)叶片成型：将叶片(5)进行液压成型；

(4)拼接与矫形：将轮盖(3)、轮背(1)和轴盘(4)拼接成整体，并进行矫形与表面加工；

(5)轮盘与叶片焊接：将所有叶片(5)按照预设的位置与轮背(1)、轮盖(3)进行装夹固定，然后使用专用焊接设备进行焊接，所述专用焊接设备包括控制系统、运动导轨、安装在运动导轨上且能够沿叶片(5)的叶形方向移动的焊具；

(6)动平衡：进行动平衡校正测试，得到合格的闭式叶轮。

6.根据权利要求5所述的大型窄流道闭式叶轮的制造方法，其特征在于：所述步骤(5)具体包括：

(51)固定叶片与轮盖：将叶片(5)安装与轮盖(3)的预设位置上，使用工装夹具进行固定，然后进行点焊固定；

(52)固定焊接设备：将专用焊接设备的运动导轨安装在轮盘内，焊具位于需要焊接的叶片与相邻叶片中间流道内；

(53)焊接：焊具沿运动导轨移动，完成叶片与轮盖的焊接；

(54)以相同方法完成叶片(5)与轮背(1)的焊接。

7.根据权利要求6所述的大型窄流道闭式叶轮的制造方法，其特征在于，所述专用焊接设备中包括用于采集当前焊接位置图像的相机和检测焊具实际焊接位置信息的激光传感器，步骤(53)包括：

模拟焊接：在焊接设备的控制系统中导入叶片线型轨迹模型，并输入焊接参数；根据相机拍摄显示的焊接位置，设置焊接起点，选定焊接小车运动轨迹上的另外任意两点，确定运动轨迹空间位置，然后使焊接小车沿着运动导轨空跑，模拟焊接轨迹；

实际焊接：通过相机拍摄反馈画面和激光传感器指示的位置信息，检测焊接小车的运动轨迹与焊接轨迹是否重合，通过微调焊接小车，使焊接轨迹与实际叶片线型相匹配，然后进行焊接，完成叶片(5)与轮盖(3)的焊接。

8.根据权利要求6所述的大型窄流道闭式叶轮的制造方法，其特征在于：所述步骤(52)中运动轨道与叶片(5)的叶形相近，步骤(54)中相机拍摄的激光传感器指示位置是焊具焊接的实际位置，焊具固定在焊接小车上。

9.一种叶片专用焊接设备，用于权利要求4-8任一的所述的大型窄流道闭式叶轮的制造方法中，其特征在于：包括控制系统和运动导轨(7)，以及电信号连接控制系统的焊接小车(8)、焊具(10)、相机(11)和激光传感器(9)，其中，所述运动导轨(7)的形状与叶片(5)的叶形一致，运动导轨(7)可拆卸地安装在叶片(5)的顶部，角焊缝(6)位于运动导轨(7)的两侧；焊接小车(8)安装在运动导轨(7)上，相机(11)、焊具(10)和激光传感器(9)安装在焊接小车(8)上，焊具(10)用于对目标进行焊接操作，相机(11)用于拍摄焊接位置的图像，激光传感器(9)用于检测焊具(10)实际焊接的位置信息，所述图像和位置信息均传送给控制系统。

10.根据权利要求9所述的一种叶片专用焊接设备，其特征在于：所述焊具采用电弧、激光作为热源，填充焊丝或不填充焊丝进行焊接。

Images