CN114799590A - 一种大尺寸贯流泵的前导流筒制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种大尺寸贯流泵的前导流筒制造方法，包括板材框架结构的加工、板材框架结构与铸造导流叶片的安装、板材框架结构与蒙板的安装和前导流筒的机械加工；利用加厚辅助工艺法兰完成板材框架结构的组对、粗加工，以辅助工艺法兰为基准进行板材框架结构与铸造导流叶片的组对焊接；前导流筒全部焊接完成后，去除辅助工艺法兰，以叶轮轮毂中心及端面为基准，加工轴向筋板的法兰连接端面；将耐腐蚀法兰与轴向筋板焊接，保证叶轮轮毂与耐腐蚀法兰的同心度以及法兰端面平面度，最后以叶轮轮毂中心及端面为基准，精加工耐腐蚀材料法兰端面与内外圆，保证耐腐蚀材料法兰设计要求厚度。该方法实现简单，成本、工期增加少，可有效降低导流筒整体制造工艺的难度。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种大尺寸贯流泵的前导流筒制造方法。
背景技术
在现有的机械加工行业，为实现产品性能和降低制造成本，经常会遇到铸造件与焊接件两部分共同存在的产品构件，即铸造件单独铸造与粗加工，焊接件单独焊接与粗加工，最终铸造粗加工件与焊接粗加工件同时装配连接成为一体后，再对产品整体进行精加工至最终产品尺寸。
前导流筒是一种大尺寸铸造件与焊接件共存的结构件产品，是大型卧式贯流泵的关键部件，贯流泵结构见图1，前导流筒结构见图2。导流筒产品主体采用焊接成型，最终精加工成品作为贯流泵的组装件之一。其中导流筒外部由板材焊接框架结构组成，内部采用导流叶片铸件与板材框架结构焊接，导流筒内腔流体接触区域采用耐腐蚀板材制造，具体包括内壁面板与连接法兰。
大型卧式贯流泵属于承压液体输送设备，输送液体在泵体内腔形成一定压力，将液体输送到一定的距离和高度。同时贯流泵也是一种典型的高精度机械加工产品，其内部叶轮、叶轮轴、电机轴与前导流筒与后导流体之间均有精确的尺寸装配要求，高精度的装配关系可保证最终产品良好的流体输送性能。
本发明涉及的卧式贯流泵使用环境为较为苛刻的石油化工行业，输送化工流体的接触部位需要使用耐腐蚀性材料，同时该泵结构尺寸较大，直径约为6米，总高度约3.5米，单台价格在500万左右，泵的内部连接结构采用耐腐蚀材料铸造成型，如图1中铸造导流叶片2为耐腐蚀铸件。外部筒体采用板材焊接框架结构，为降低产品制造成本（耐腐蚀材料价格较高），最终选择板材框架结构采用普通碳钢材料，完成后在焊接板材框架结构内壁面焊接耐腐蚀压制蒙板，见图2中前端导流内蒙板和后端导流内蒙板。
本发明涉及的贯流泵导流壳为类锥形变截面曲面结构，导流壳分为两部分：前导流筒和后导流体，其框架结构均采用普通钢板材焊接而成，前导流筒与后导流体通过法兰螺栓连接。其中前导流筒主要包括大直径焊接支撑框架结构与内部的铸造导叶体，导叶体与支撑管两者通过焊接连接，后导流体只有焊接支撑管，前导流筒与后导叶体全部制造完成后，对两段连接法兰面进行机械加工。贯流泵的装配顺序为：后导流体与电机连接，电机轴与叶轮连接轴连接，完成后将叶轮安装到连接轴上，前导流筒与后导流体通过法兰面装配，最后通过螺栓连接固定，前导流筒端部锁紧叶轮连接轴，最终形成完整的导流壳。
本发明涉及的主要部件为贯流泵的前导流筒，结构如图2所示，包括前端导流内蒙板7，板材框架结构8，铸造导流叶片2，后端导流内蒙板9，法兰板10五部分组成，是典型的铸造件与焊接件混合结构体，其中接触流体的部位：前端导流内蒙板7、铸造导流叶片2、后端导流内蒙板9，法兰板10均为特殊耐腐蚀材料；板材框架结构8为普通材料板材。五部分结构均采用焊接连接成为一体。
本发明涉及的贯流泵为耐压结构体，其中前导流筒与后导流体的连接法兰外圆直径约4.5米，连接法兰连接强度要求较高，同时连接法兰还要承受前导流筒重力作用引起的弯矩，因此在产品设计过程中，对法兰厚度的最小值要求为35mm。由于连接法兰使用的板材为特殊的耐腐蚀材质，目前采购的该特殊耐腐蚀材质板材厚度受制造技术与设备的限制，其最大厚度为42mm，造成连接法兰板材毛坯最大厚度与设计厚度之间余量较小。
由于受耐腐蚀板材、铸造件及焊材的性能的限制，产品整体焊接完成后不允许进行消应力退火处理。
根据设计要求，为保证贯流泵最优的流体输送性能，叶轮与导流壳内腔型面配合间隙、叶轮与铸造导流叶片配合间隙及叶轮与后导流体之间配合间隙需要装配到最佳尺寸范围内。因此，在前导流筒制造过程中，为保证铸造导流叶片在前导流筒中的准确位置，需要在装配中保证法兰基准面B到导流叶片中基准平面线之间的距离H2符合设计要求，如图7所示；为保证前导流筒与叶轮的装配精确度，需要保证导流叶片轮毂端面A到连接法兰基准面B之间的距离H1和两基准平面的平行度均符合设计要求，如图7所示；为保证前导流筒与后导流体装配的精度，需要保证前导流筒的法兰内孔中心与铸造导流叶片轴毂中心的同心度。
现有的前导流筒的加工制造中，连接法兰板为耐腐蚀材料法兰板，受法兰毛坯板材采购厚度（42mm）和制造宽度2米的影响，法兰在制造工艺中采用4块扇形拼焊成整圆，完成后与轴向筋板再次焊接，两次焊接导致法兰板发生翘曲变形，为保证板材框架结构与铸造导流叶片组对前具有好的定位基准，需要对连接法兰整体进行一次粗加工，作为后续组对基准平面，粗加工后连接法兰余量进一步减少，后续在铸造导流叶片的叶片连接板与前端导流内蒙板及后端导流内蒙板焊接后，法兰会再次受整体结构焊接变形的影响，引起翘曲变形，在产品焊接后整体精加工的过程中，经常出现法兰板厚度整体或局部精加工余量不足的情况，即在满足端面精加工距离H1、H2尺寸的前提下，连接法兰厚度无法满足设计要求，导致出现产品报废，给企业带来沉重的经济损失。
目前针对大尺寸的铸焊同体构件，法兰厚度相关研究的专利与论文较少，现有的专利主要集中于法兰平面度的加工与检测方面。
发明内容
本发明的目的是提供一种大尺寸贯流泵的前导流筒制造方法，通过该工艺方法，可减少法兰在制造过程中的焊接变形次数，从而减小法兰的变形量，来提升法兰最终精加工过程的余量，保证最终产品法兰精加工后厚度满足设计要求，同时该工艺方法实现简单，成本、工期增加少，可有效降低导流筒整体制造工艺的难度，提升产品成品率，该工艺方法可适合类似大尺度薄板焊接法兰结构产品的生产制造。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种大尺寸贯流泵的前导流筒制造方法，包括板材框架结构的加工、板材框架结构与铸造导流叶片的安装、板材框架结构与蒙板的安装和前导流筒的机械加工；
在所述板材框架结构的加工中，以校平后和整体粗加工后的加厚辅助工艺法兰为基准平面，由轴向筋板和环向筋板焊接搭建所述的板材框架结构，且加厚辅助工艺法兰和轴向筋板采用断续点焊固定；板材框架结构整体以加厚辅助工艺法兰的端面和内外圆面为参照进行找正，然后对加厚辅助工艺法兰的端面和内外圆面进行二次加工，再以加厚辅助工艺法兰为基准，粗加工板材框架结构的内线型到设计尺寸；
在板材框架结构与铸造导流叶片的安装过程中，以加厚辅助工艺法兰为组对基准平面，将铸造导流叶片组对到板材框架结构内；
在板材框架结构与蒙板安装以后，在板材框架结构安装内支撑工装，然后去除加厚辅助工艺法兰；再以铸造导流叶片的叶片轮毂中心及端面为基准找中心与找平面，二次加工板材框架结构中轴向筋板的法兰连接端面；接着，将安装防变形工装的耐腐蚀材料法兰与轴向筋板的法兰连接端面组对并焊接，然后拆除板材框架结构的内支撑工装和耐腐蚀材料法兰上的防变形工装，得到机械加工前的导流筒组焊件。
本发明的制造方法中，耐腐蚀材料法兰和加厚辅助工艺法兰分别进行分瓣拼焊和拼焊后的校平，其中耐腐蚀材料法兰要求平面度≤2mm，加厚辅助工艺法兰要求平面度≤5mm。
本发明的制造方法中，焊接好的板材框架结构、拼焊得到的耐腐蚀材料法兰和拼焊后的加厚辅助工艺法兰分别进行消应力退火处理。
在板材框架结构与铸造导流叶片的安装过程中，铸造导流叶片的叶片连接板与轴向筋板以及环向筋板相连，并确保加厚辅助工艺法兰的法兰基准面与叶片轮毂端面的平面度≤3mm，且法兰基准面和叶片轮毂端面的距离留有加工余量。
在铸造导流叶片安装到板材框架结构后，以铸造导流叶片的叶片轮毂中心及端面为基准找中心与找平面，二次加工板材框架结构内线型面到最终尺寸。
所述蒙板包括前端导流内蒙板和后端导流内蒙板，前端导流内蒙板和后端导流内蒙板与板材框架结构贴合焊接，并对焊缝进行无损检测。
所述内支撑工装安装在板材框架结构内距离加厚辅助工艺法兰端面200mm-300mm的位置。
在对耐腐蚀材料法兰和轴向筋板组对与焊接时，确保法兰内孔中心和叶片轮毂中心的同心度≤2mm，并在焊接后对焊缝进行逐层超声波振动消应力处理。
前导流筒的机械加工包括：以铸造导流叶片的叶片轮毂中心及端面为基准找中心与找平面，留量粗加工耐腐蚀材料法兰板连接端面与内外圆面、前端导流内蒙板和后端导流内蒙板，以及在耐腐蚀材料法兰上钻连接孔。
前导流筒的机械加工还包括在完成导流筒封闭打压试验后，对耐腐蚀材料法兰连接端面与内外圆面、前端导流内蒙板和后端导流内蒙板的精加工。
本发明的有益效果是：（1）在制造过程中引入普通钢加厚辅助工艺法兰，保证了整体工艺的完整性，同时加厚法兰提升了法兰自身在焊接过程中的抗变形能力；
（2）辅助工艺法兰厚度不受限制，所有表面可以加工，有利于提升焊接板材框架结构的组对精度；
（3）将轴向筋板与辅助工艺法兰粗加工后分离，再以叶片轮毂中心及端面为基准，组对耐腐蚀型法兰，组对后的法兰端面与轮毂端面平面度、高度可以得到很好保证。
（4）耐腐蚀法兰在整体工艺中受到的热变形影响减少，法兰最终精加工余量得到保证。
（5）采用新工艺方案后，整体制造过程中的各环节精度控制难度降低，同时最终法兰的厚度尺寸更容易保证，产品整体精度达到设计要求。该方案经过多台产品的制造验证，产品成品率可达100%，为企业带来了丰厚的利润。
附图说明
图1为本发明涉及的大尺寸贯流泵的结构示意图；
图2为贯流泵上的前导流筒结构示意图；
图3为前导流筒的前视图；
图4为图3中前导流筒结构的A向视图；
图5为前导流筒中铸造导流叶片的结构示意图；
图6为图5中的B-B剖视图；
图7为本发明所述方法涉及的加工基准及高度要求示意图；
图中标记：1、前导流筒，2、铸造导流叶片，2-1、叶片连接板，2-2、导叶片，2-3、叶片轮毂，3、叶轮轴，4、叶轮，5、后导流体，6、电机，7、前端导流内蒙板，8、板材框架结构，8-1、轴向筋板，8-2、环向筋板，9、后端导流内蒙板，10、法兰板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
本发明涉及的大尺寸贯流泵的结构如图1所示，包括前导流筒1、铸造导流叶片2、叶轮轴3、叶轮4、后导流体5、电机6，其中本发明所要加工的前导流筒1的结构可以参考图2所示，前导流筒包括前端导流内蒙板7、板材框架结构8、后端导流内蒙板9、法兰板10和铸造导流叶片2。在完成前导流筒1的制造以后，所述的法兰板10为耐腐蚀材料法兰，所述的耐腐蚀材料根据设备的使用工况和用户的设计要求在现有材料中选择。法兰板10即为本发明所述的前导流筒和后导流体之间的连接法兰。
本发明在前导流筒的制造过程中引入普通钢Q355材质的加厚辅助工艺法兰（厚度为80mm）替代较为特殊的耐腐蚀材料法兰，以完成导流筒焊接板材框架结构的组对、粗加工，将加工后的辅助工艺法兰作为新基准，进行焊接框架结构与叶轮铸件的组对与焊接。前导流筒全部焊接完成后，去除辅助工艺法兰，以叶轮轮毂中心及端面为基准，加工轴向筋板上的法兰连接端面。将耐腐蚀法兰与轴向筋板进行焊接，保证叶轮轮毂与耐腐蚀法兰的同心度以及法兰端面平面度，最后以叶轮轮毂中心及端面为基准，精加工耐腐蚀材料法兰端面与内外圆，保证耐腐蚀材料法兰设计要求厚度。具体的制造方法包括如下步骤：
（1）对法兰板分4瓣扇形等离子切割下料，下料时按照两种板材分别下料，分别是碳钢材料板材和耐腐蚀材料板材，对轴向筋板8-1、环向筋板8-2放余量下料；
（2）分别对两种板材4瓣拼焊缝位置进行坡口加工，而后将4块板材拼焊得到相应材料的法兰，并对耐腐蚀材料法兰无损检测；两种法兰焊接完成后整体进行校平，其中耐腐蚀材料法兰要求平面度≤2mm，加厚辅助工艺法兰要求平面度≤5mm；
（3）对拼焊好的加厚辅助工艺法兰加工上下平面与内外圆面，对耐腐蚀材料法兰加工内外圆，对步骤（1）得到的轴向筋板8-1、环向筋板8-2加工焊接坡口；
（4）以加厚辅助工艺法兰平面为基准平面，借助组对工装，将轴向筋板8-1、环向筋板8-2搭建为整体的板材框架结构8，其中加厚辅助工艺法兰与轴向筋板8-1采用断续点焊固定，其余框架结构位置采用全焊透结构，焊接过程采用合理的焊接顺序，保证板材框架结构8焊接变形量最小；
（5）将焊接好的板材框架结构8连带焊接工装与带工装的拼焊耐腐蚀材料法兰分别进行消应力退火处理，耐腐蚀材料法兰上的工装可以避免退火过程中法兰的扭曲变形；
（6）将板材框架结构8与焊接工装进行分离，耐腐蚀材料法兰板与工装分离；
（7）对耐腐蚀材料法兰其中1个平面进行整体100%见光加工，该面用于后期与轴向筋板8-1组对；
（8）板材框架结构8整体在车床找正，找正过程参照加厚辅助工艺法兰端面与内外圆面，完成后对加厚辅助工艺法兰端面与内外圆二次加工，再以加厚辅助工艺法兰为加工基准，粗加工板材框架结构内线型到尺寸；
（9）加工铸造导流叶片2的叶片连接板2-1与叶片轮毂2-3；
（10）以加厚辅助工艺法兰为组对基准平面，借助辅助工装，将铸造导流叶片2组对到板材框架结构8内，叶片连接板2-1与3根轴向筋板8-1和1根环向筋板8-2配合相连，见图4所示；如图7所示，组对过程保证法兰基准面B与叶片轮毂2-3的端面A的平面度≤3mm，法兰基准面B与叶片轮毂的端面A之间的距离H1以及与叶片中基准平面线的距离H2处于合理范围，以保证留出合理的加工余量；
（11）将叶片连接板2-1与轴向筋板8-1、环向筋板8-2焊接连接；
（12）以铸造导流叶片2的叶片轮毂2-3中心及端面为基准找中心与找平面，并二次加工板材框架结构8的内线型面到最终尺寸；
（13）将压制好的耐腐蚀前端导流内蒙板7与后端导流内蒙板9，借助工装与板材框架结构8贴合后进行焊接，焊缝做无损检测，不允许渗漏；
（14）在板材框架结构8内距离加厚辅助工艺法兰端面200mm-300mm范围内安装内支撑工装，完成后将加厚辅助工艺法兰与轴向筋板8-1的连接焊点打磨开，去除加厚辅助工艺法兰；
（15）以铸造导流叶片2的叶片轮毂2-3中心及端面为基准找中心与找平面，二次加工板材框架结构8上轴向筋板8-1与法兰的配合连接端面，保证整体加工到同一平面，同时保证加工后的轴向筋板8-1在随后与耐腐蚀材料法兰焊接完成后，前导流筒1中的法兰板10在保证自身设计厚度满足要求的前提下，仍有足够余量来保证H1和H2两处尺寸公差范围，完成后修磨轴向筋板8-1的法兰焊接坡口；
（16）在耐腐蚀材料法兰非加工端面安装防变形工装，然后将法兰已加工端面与轴向筋板8-1修磨后的坡口端面进行组对，组对要求法兰内孔与叶片轮毂2-3同心度≤2mm,组对完成后，采用合理的焊接顺序，完成轴向筋板8-1与耐腐蚀材料法兰的焊接，焊接过程对焊缝进行逐层进行超声波振动消应力处理，最后将耐腐蚀材料法兰上的防变形工装与板材框架结构8中的内支撑工装拆除；
（17）以铸造导流叶片2的叶片轮毂2-3中心及端面为基准找中心与找平面，完成后留量粗加工耐腐蚀材料法兰的连接端面、前端导流内蒙板7及后端导流内蒙板9，之后对耐腐蚀材料法兰钻连接孔；
（18）采用辅助工装封板，按设计要求对前导流筒1两侧进行封闭打压试验，打压试验要求规定时间内导流筒1不滴、不漏。如出现滴漏，需要对滴漏位置处焊缝进行二次修补焊接，直到打压满足要求为止。
（19）以铸造导流叶片的叶片轮毂2-3中心及端面为基准找中心与找平面，精加工耐腐蚀材料法兰的连接端面，保证耐腐蚀材料法兰的法兰基准面B与叶片轮毂2-3端面A的平面度以及高度距离为H1，同时兼顾法兰厚度；精加工前导流筒1的前端导流内蒙板7与后端导流内蒙板9到最终线型尺寸，并保证表面粗糙度；
（20）导流筒1精加工后，采用辅助工装封板，再次按设计要求对前导流筒1两侧进行封闭打压试验，打压试验要求规定时间内导流筒1不滴、不漏。如出现滴漏，需要对滴漏位置处焊缝进行小范围修补焊接，直到打压满足要求为止。
（21）对所加工的前导流筒整体进行尺寸检验、验收。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大尺寸贯流泵的前导流筒制造方法，包括板材框架结构的加工、板材框架结构与铸造导流叶片的安装、板材框架结构与蒙板的安装和前导流筒的机械加工；
其特征在于：在所述板材框架结构的加工中，以校平和整体粗加工后的加厚辅助工艺法兰为基准平面，由轴向筋板和环向筋板焊接搭建所述的板材框架结构，且加厚辅助工艺法兰和轴向筋板采用断续点焊固定；板材框架结构整体以加厚辅助工艺法兰的端面和内外圆面为参照进行找正，然后对加厚辅助工艺法兰的端面和内外圆面进行二次加工，再以加厚辅助工艺法兰为基准，粗加工板材框架结构的内线型到设计尺寸；
在板材框架结构与铸造导流叶片的安装过程中，以加厚辅助工艺法兰为组对基准平面，将铸造导流叶片组对到板材框架结构内；
在板材框架结构与蒙板安装以后，在板材框架结构安装内支撑工装，然后去除加厚辅助工艺法兰；再以铸造导流叶片的叶片轮毂中心及端面为基准找中心与找平面，二次加工板材框架结构中轴向筋板的法兰连接端面；接着，将安装防变形工装的耐腐蚀材料法兰与轴向筋板的法兰连接端面组对并焊接，然后拆除板材框架结构的内支撑工装和耐腐蚀材料法兰上的防变形工装得到机械加工前的导流筒组焊件。
2.根据权利要求1所述的大尺寸贯流泵的前导流筒制造方法，其特征在于：耐腐蚀材料法兰和加厚辅助工艺法兰分别进行分瓣拼焊和拼焊后的校平，其中耐腐蚀材料法兰要求平面度≤2mm，加厚辅助工艺法兰要求平面度≤5mm。
3.根据权利要求1所述的大尺寸贯流泵的前导流筒制造方法，其特征在于：焊接好的板材框架结构、拼焊得到的耐腐蚀材料法兰和拼焊后的加厚辅助工艺法兰分别进行消应力退火处理。
4.根据权利要求1所述的大尺寸贯流泵的前导流筒制造方法，其特征在于：在板材框架结构与铸造导流叶片的安装过程中，铸造导流叶片的叶片连接板与轴向筋板以及环向筋板相连，并确保加厚辅助工艺法兰的法兰基准面与叶片轮毂端面的平面度≤3mm，且法兰基准面和叶片轮毂端面的距离留有加工余量。
5.根据权利要求1所述的大尺寸贯流泵的前导流筒制造方法，其特征在于：在铸造导流叶片安装到板材框架结构后，以铸造导流叶片的叶片轮毂中心及端面为基准找中心与找平面，二次加工板材框架结构内线型面到最终尺寸。
6.根据权利要求1所述的大尺寸贯流泵的前导流筒制造方法，其特征在于：所述蒙板包括前端导流内蒙板和后端导流内蒙板，前端导流内蒙板和后端导流内蒙板与板材框架结构贴合焊接，并对焊缝进行无损检测。
7.根据权利要求1所述的大尺寸贯流泵的前导流筒制造方法，其特征在于：所述内支撑工装安装在板材框架结构内距离加厚辅助工艺法兰端面200mm-300mm的位置。
8.根据权利要求1所述的大尺寸贯流泵的前导流筒制造方法，其特征在于：在对耐腐蚀材料法兰和轴向筋板组对及焊接时，确保法兰内孔中心和叶片轮毂中心的同心度≤2mm，并在焊接后对焊缝进行逐层消应力处理。
9.根据权利要求1所述的大尺寸贯流泵的前导流筒制造方法，其特征在于：前导流筒的机械加工包括：以铸造导流叶片的叶片轮毂中心及端面为基准找中心与找平面，留量粗加工耐腐蚀材料法兰板连接端面与内外圆面、前端导流内蒙板和后端导流内蒙板，以及在耐腐蚀材料法兰上钻连接孔。
10.根据权利要求9所述的大尺寸贯流泵的前导流筒制造方法，其特征在于：前导流筒的机械加工还包括在完成导流筒封闭打压试验后对耐腐蚀材料法兰连接端面与内外圆面、前端导流内蒙板和后端导流内蒙板的精加工。
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