CN116787061A - 带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于三元流叶片拼装装置及方法，为解决目前采用焊接方式加工叶轮时，存在叶片拼装时定位困难，型面精度不易保证，叶片加工工装均为专用工装，重复使用率低，制造维护成本高，以及制造过程中型面检验困难，缺少简便、准确的检验手段的技术问题，提供一种带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装装置及方法。装置包括上样板、下样板、底盘和转盘，底盘上可拆卸连接有对中盘，对中盘表面包括第一定位台阶面和第二定位台阶面，第二定位台阶面上设有定位凸台，使转盘能够相对底盘转动，上样板和下样板均安装在转盘上，底盘、转盘和对中盘同轴设置。

Description

带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装装置及方法

技术领域

本发明属于三元流叶片拼装装置及方法，具体涉及一种带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装装置及方法。

背景技术

随着设备大型化发展，一种带导叶结构的三元流压缩机叶轮，由于具有较好的气动性能而被广泛用于空分压缩机中。在压缩机制造行业中，叶片制造一般采用低成本的焊接方式，尤其是在制造大型三元流叶轮时，成本控制尤为重要，但同时，大型三元流叶轮焊接时的精度控制也成为最大难点。

目前，叶轮采用焊接方式加工制造时，主要存在如下问题；1)叶片为扭曲型面，拼装时定位困难，型面精度不易保证；2)离心压缩机的制造属于单件小批量生产，工装几乎均为专用工装，重复使用率低，总体的制造、维护成本高；

3)制造过程中型面检验困难，缺少简便、准确的检验手段。

发明内容

本发明为解决目前采用焊接方式加工叶轮时，存在叶片拼装时定位困难，型面精度不易保证，叶片加工工装均为专用工装，重复使用率低，制造维护成本高，以及制造过程中型面检验困难，缺少简便、准确的检验手段的技术问题，提供一种带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装装置及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装装置，其特殊之处在于，包括上样板、下样板、底盘和转盘；

所述底盘上可拆卸连接有对中盘；对中盘表面包括用于定位叶轮轮盖进气端端面的第一定位台阶面，以及第二定位台阶面，其中，第二定位台阶面靠近对中盘中心处，第二定位台阶面上设有用于定位叶片进气端端面的定位凸台；

所述转盘装配在底盘上，与底盘间隙配合，使转盘能够相对底盘转动，且对中盘位于转盘的外侧；

所述上样板和下样板均安装在转盘上；上样板和下样板平行设置，且上样板位于下样板的上方；上样板一侧末端轮廓与待测叶片位于第一预设位置处的型线相匹配，下样板同一侧末端轮廓与待测叶片位于第二预设位置处的型线相匹配；

所述上样板和下样板之间设有第一垫块，所述下样板和转盘之间设有第二垫块；

所述底盘、转盘和对中盘同轴设置，上样板和下样板延伸至转盘外部，位于对中盘上方。

进一步地，所述底盘为圆环形，且表面呈一级台阶状，一级台阶的两个台阶面通过竖直设置的过渡面相连；

所述对中盘呈圆环形，对中盘内表面与底盘表面两个台阶面之间的过渡面相抵；

所述转盘下端位于底盘的圆环形内孔中。

进一步地，还包括至少两个定位销；

所述定位销贯穿上样板和下样板，并与转盘相连；

所述上样板和下样板通过螺栓安装在转盘上。

进一步地，所述第一预设位置处为距叶片出气端顶部距离为出气端高度1/4-3/4处；

所述第二预设位置处为由叶片进气端端面起距离为叶片进气端高度1/2-4/5处。

本发明还提供了一种带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装方法，其特殊之处在于，采用上述带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装检测工装，包括以下步骤：

S1，在叶轮轮盖外圆上按叶片数量分度打点，确定所有叶片拼装的周向位置；

S2，在叶轮轮盖上安装所述带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装检测工装，取一个叶片，使对中盘的第一定位台阶面与叶轮轮盖的进气端端面相抵，定位凸台的上表面与该叶片的进气端端面相抵，同时，通过转盘将上样板和下样板旋转至该叶片处，经上样板和下样板与叶片相抵，定位叶片的空间位置，在叶轮轮盖上点焊固定该叶片；

S3，若所有叶片均为相同叶片，则通过转盘将上样板和下样板依次旋转至各叶片处，对每个叶片，经上样板和下样板与叶片相抵，定位各叶片的空间位置后点焊固定；

若所有叶片中包括不同叶片，则依次根据即将点焊固定的叶片，更换与叶片相对应的上样板和下样板，再通过转盘将上样板和下样板旋转至叶片处，经上样板和下样板与叶片相抵，定位叶片的空间位置后点焊固定；

S4，逐一对各叶片进行焊接成型，且在各叶片焊接成型过程中，抬起并转动转盘，使上样板和下样板依次与各叶片相抵，对相抵处的缝隙宽度进行判断，若超出预设要求，则在焊接成型过程中进行焊接调整，直至达到预设要求，完成拼装；若满足预设要求，则直接焊接成型，完成拼装。

进一步地，还包括步骤S5，拼装后检测，

完成拼装后，依次抬起并转动转盘，使上样板和下样板依次与各叶片相抵，对相抵处的缝隙宽度进行检测，若检测结果符合预设拼装要求，则确认该三元流叶片合格；否则，人工修整该三元流叶片至合格。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装装置，通过对中盘的第一台阶面和第二台阶面上的定位凸台，能够对叶轮轮盖和叶片的进气端端面进行定位，通过上样板和下样板能够对叶片的型线进行检测确认，还可通过更换两个垫块调整上样板和下样板的位置，借助该拼装装置，能够完成三元流大叶片和叶轮轮盖焊接过程中的检验，使得拼装焊接过程中，可根据检验结果调整后续焊接顺序和参数，控制焊接变形。另外，由于压缩机叶轮材料强度高，修型困难，采用该拼装装置能够避免或减少焊后修型，降低了工人的劳动强度，提升了制造过程的控制能力，同时，也大大减少了修型周期。

2.本发明的三元流叶片拼装装置中，对中盘与底盘可拆卸连接，可根据叶片和叶轮轮盖情况针对性更换对中盘。另外，上样板和下样板也可根据叶片的不同进行相应更换，使拼装装置能够适用于不同情况下的叶片拼装，适用性广。

3.本发明的拼装方法，基于上述拼装装置，可以完成带导叶结构的三元流大叶片的拼装，解决了焊接前的叶片拼装精度问题，保证了叶轮制造质量。

4.本发明的拼装方法，降低了模具制造成本和模具制造周期，底盘和转盘可以组合使用，不同的叶型只需更换上样板和下样板即可，大大降低了模具设计、制造周期。尤其对于单件小批量产品，大大降低了模具的制造成本。

5.本发明拼装方法中采用的拼装装置易于操作、易于维护、可推广性强，十分适合轴流压缩机叶轮类单件小批量产品的制造。

附图说明

图1为本发明带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装装置实施例的结构示意图；

图2为本发明拼装方法中采用本发明拼装装置进行拼装的示意图。

其中：1-上样板、2-下样板、3-底盘、4-转盘、5-对中盘、501-第一定位台阶面、502-第二定位台阶面、503-定位凸台、6-第一垫块、7-第二垫块、8-定位销、9-叶轮轮盖、10-叶片、11-螺栓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

本发明提供了一种带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装装置及拼装方法，用于该类压缩机全焊接叶轮叶片10定位、拼装、焊接工艺过程控制、焊后叶片10型线检验等，可有效保证该类叶轮的制造质量要求。可快速、准确的完成不同型线三元流叶片10的拼装和检验工作，且大部分结构件为通用件，解决了单件小批量产品模具多、制造周期长，以及工装维护成本高等问题。

三元流叶片拼装装置中各部件的设计数据来源于三元流叶轮轮盖9尺寸、叶片10尺寸和叶片10的型面数据，具体包括上样板1、下样板2、底盘3和转盘4。底盘3为圆环形，且表面呈一级台阶状，一级台阶的两个台阶面通过竖直设置的过渡面相连，对中盘5也呈圆环形，对中盘5内表面与底盘3表面两个台阶面之间的过渡面相抵，对中盘5可拆卸连接在底盘3上，对中盘5表面包括用于定位叶轮轮盖9进气端端面的第一定位台阶面501，以及第二定位台阶面502，其中，第二定位台阶面502靠近对中盘5中心处，第二定位台阶面502上设有用于定位叶片10进气端端面的定位凸台503，转盘4装配在底盘3上，转盘4下端位于底盘3的圆环形内孔中，与底盘3间隙配合，使转盘4能够相对底盘3转动，转盘4既能够相对底盘3转动，又能从底盘3上直接抬起，操作方便。对中盘5位于转盘4的外侧。

上样板1和下样板2均通过螺栓11安装在转盘4上，上样板1和下样板2平行设置，且上样板1位于下样板2的上方，上样板1一侧末端轮廓与待测叶片10位于第一预设位置处的型线相匹配，下样板2同一侧末端轮廓与待测叶片10位于第二预设位置处的型线相匹配，通过上样板1和下样板2与型线匹配的轮廓对能够对叶片10的型线进行检测。另外，为了进行定位，还设置有至少两个定位销8，定位销8贯穿上样板1和下样板2，并与转盘4相连。

上样板1和下样板2之间设有第一垫块6，下样板2和转盘4之间设有第二垫块7，通过第一垫块6和第二垫块7调整上样板1和下样板2的竖直位置。底盘3、转盘4和对中盘5同轴设置，上样板1和下样板2延伸至转盘4外部，位于对中盘5上方。

采用上述拼装装置对三元流叶片进行拼装和检测，包括拼装检测、焊接成型过程中检测及拼装后检测，具体方法如下。

根据叶轮轮盖9和叶片10的高度确定上样板1和下样板2在空间直角坐标系Z轴方向(叶轮轴线方向)的位置范围，依据现有底盘3、转盘4、第一垫块6和第二垫块7的高度等尺寸，确定上样板1和下样板2的最终位置，上样板1的位置一般选择在距叶片10出气端顶部距离为出气端高度1/4-3/4处，下样板2的位置一般选择在由叶片进气端端面起距离叶片10进气端1/2-4/5高度处。

上样板1和下样板2的一侧与叶片10型线匹配的轮廓数据通过三维软件在叶片10造型上根据确定的第一预设位置处和第二预设位置处进行截取，数据经防干涉处理后形成上样板1和下样板2侧面轮廓的型线数据。上样板1和下样板2的空间高度通过底盘3、转盘4、第一垫块6、第二垫块7的高度共同确定及保证。另外，上样板1和下样板2的位置由定位销8保证，可根据拼装精度要求控制定位销8对应销孔的制造精度。上样板1和下样板2一侧轮廓的型线数据可从叶片10压力面截取。

叶片10进气端通过对中盘5上的定位凸台503进行定位，叶片10进气端端面被定位的位置一般选择在叶片10中性面进气端中部，根据该被定为端面在叶片10三维造型所在空间直角坐标系Z轴的位置，可确定该位置对应的叶片10轴向高度，且该位置即为定位点。

对中盘5的作用主要有三个：1)对叶轮轮盖9进行对中定位，保证叶轮轮盖9、转盘4、底盘3和对中盘5的同心；2)通过抬高第一定位台阶面501所在的台阶，对叶轮轮盖9进行抬高，可使其与底盘3、转盘4、第一垫块6和第二垫块7配合，共同实现第一预设位置和第二预设位置的确定；3)通过定位凸台503对叶片10进气端端面定位。

转盘4将上样板1、下样板2、第一垫块6、第二垫块7和底盘3相连，转盘4可以沿圆周方向转动，通过上样板1和下样板2定位和检验叶片10的型线，转盘4的具体尺寸可根据实际拼装检测需求进行设计，转盘4外径一般小于等于250mm，设计小巧，转动灵活。

定位销8和螺栓11将上样板1、下样板2、第一垫块6、第二垫块7精准相连，组成叶片10型线检验组合体，该叶片10型线检验组合体只需更换上样板1和下样板2，即可适用于不同叶轮的叶片10拼装，也适可用于同一叶轮不同型线叶片10的拼装。

定位销8的结构能够保证叶片型线检验组合体和转盘4紧固相连并随之旋转。定位销8有严格的同心度和垂直度要求，一般公差精度为±0.05mm，与转盘4的配合面精度要求为±0.02mm，保证了整个装置的精度。

进行拼装时，先在叶轮轮盖9的外圆上按叶片10的数量分度打点，确定所有叶片10拼装的周向位置。然后，在叶轮轮盖9上安装拼装装置，通过对中盘5的第一定位台阶面501对叶轮轮盖9的进气端端面定位，通过定位凸台503对叶片10的进气端端面定位，用上样板1和下样板2定位叶片10的空间位置，点焊固定叶片10。相同叶片10拼装时，旋转转盘4，使上样板1和下样板2旋转至相邻叶片10之间，通过上样板1和下样板2依次对各叶片10进行定位，不同叶片拼装时，还需更换上样板1和下样板2。通过这样的方法依次拼装并点焊固定所有叶片10。然后完成所有叶片10的焊接成型，焊接过程中可采用本发明的拼装装置对叶片10的型线进行检验，将上样板1和下样板2依次置于相邻两叶片10之间，使其与叶片10贴合，检验叶片型线变形情况，判断上样板1、下样板2与叶片10的缝隙，检查叶片10型线变形情况，若不满足加工要求，可以在焊接成型过程中进行调整。

本发明还可以在焊接拼装完成后对叶片10的型线进行检验，与焊接成型过程中的检测方法相同，通过上样板1和下样板2对叶片10的型线进行检测，间隙必须符合拼装要求。

通过本发明与其他拼装工装的对比，本发明的装置及方法适用性更强，制造成本更低，底盘3和转盘4可为固定件，第一垫块6、第二垫块7、对中盘5都可根据现场需求设计为标准件，使用方便，大大降低了模具制造成本和模具制造周期，有效的保证了产品制造周期。另外，本发明的拼装装置和方法，适用性广，可推广性强，包含了拼装、定位、过程检验及焊后检验，满足了产品的设计要求。可以完成焊接过程中的检验，根据检验结果能够实时调整焊接工艺，控制焊接变形，焊后不需修型即可满足设计要求，提升了制造过程控制能力。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装装置，其特征在于：包括上样板(1)、下样板(2)、底盘(3)和转盘(4)；

所述底盘(3)上可拆卸连接有对中盘(5)；对中盘(5)表面包括用于定位叶轮轮盖(9)进气端端面的第一定位台阶面(501)，以及第二定位台阶面(502)，其中，第二定位台阶面(502)靠近对中盘(5)中心处，第二定位台阶面(502)上设有用于定位叶片(10)进气端端面的定位凸台(503)；

所述转盘(4)装配在底盘(3)上，与底盘(3)间隙配合，使转盘(4)能够相对底盘(3)转动，且对中盘(5)位于转盘(4)的外侧；

所述上样板(1)和下样板(2)均安装在转盘(4)上；上样板(1)和下样板(2)平行设置，且上样板(1)位于下样板(2)的上方；上样板(1)一侧末端轮廓与待测叶片(10)位于第一预设位置处的型线相匹配，下样板(2)同一侧末端轮廓与待测叶片(10)位于第二预设位置处的型线相匹配；

所述上样板(1)和下样板(2)之间设有第一垫块(6)，所述下样板(2)和转盘(4)之间设有第二垫块(7)；

所述底盘(3)、转盘(4)和对中盘(5)同轴设置，上样板(1)和下样板(2)延伸至转盘(4)外部，位于对中盘(5)上方。

2.如权利要求1所述一种带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装装置，其特征在于：所述底盘(3)为圆环形，且表面呈一级台阶状，一级台阶的两个台阶面通过竖直设置的过渡面相连；

所述对中盘(5)呈圆环形，对中盘(5)内表面与底盘(3)表面两个台阶面之间的过渡面相抵；

所述转盘(4)下端位于底盘(3)的内孔中。

3.如权利要求1或2所述一种带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装装置，其特征在于：还包括至少两个定位销(8)；

所述定位销(8)贯穿上样板(1)和下样板(2)，并与转盘(4)相连；

所述上样板(1)和下样板(2)通过螺栓(11)安装在转盘(4)上。

4.如权利要求3所述一种带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装装置，其特征在于：所述第一预设位置处为距叶片(10)出气端顶部距离为出气端高度1/4-3/4处；

所述第二预设位置处为由叶片(10)进气端端面起距离为叶片(10)进气端高度1/2-4/5处。

5.一种带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装方法，其特征在于，采用权利要求1至4任一所述带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装检测工装，包括以下步骤：

S1，在叶轮轮盖(9)外圆上按叶片数量分度打点，确定所有叶片(10)拼装的周向位置；

S2，在叶轮轮盖(9)上安装所述带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装检测工装，取一个叶片(10)，使对中盘(5)的第一定位台阶面(501)与叶轮轮盖(9)的进气端端面相抵，定位凸台(503)的上表面与该叶片(10)的进气端端面相抵，同时，通过转盘(4)将上样板(1)和下样板(2)旋转至该叶片(10)处，经上样板(1)和下样板(2)的末端与叶片(10)相抵，定位叶片(10)的空间位置，在叶轮轮盖(9)上点焊固定该叶片(10)；

S3，若所有叶片(10)均为相同叶片(10)，则通过转盘(4)将上样板(1)和下样板(2)依次旋转至各叶片(10)处，对每个叶片(10)，经上样板(1)和下样板(2)的末端与叶片(10)相抵，定位各叶片(10)的空间位置后点焊固定；

若所有叶片(10)中包括不同叶片(10)，则依次根据即将点焊固定的叶片(10)，更换与叶片(10)相对应的上样板(1)和下样板(2)，再通过转盘(4)将上样板(1)和下样板(2)旋转至叶片(10)处，经上样板(1)和下样板(2)的末端与叶片(10)相抵，定位叶片(10)的空间位置后点焊固定；

S4，逐一对各叶片(10)进行焊接成型，且在各叶片(10)焊接成型过程中，抬起并转动转盘(4)，使上样板(1)和下样板(2)依次与各叶片(10)相抵，对相抵处的缝隙宽度进行判断，若超出预设要求，则在焊接成型过程中进行焊接调整，直至达到预设要求，完成拼装；若满足预设要求，则直接焊接成型，完成拼装。

6.如权利要求5所述一种带导叶结构的压缩机叶轮用三元流叶片拼装方法，其特征在于，还包括步骤S5，拼装后检测：

完成拼装后，依次抬起并转动转盘(4)，使上样板(1)和下样板(2)依次与各叶片(10)相抵，对相抵处的缝隙宽度进行检测，若检测结果符合预设拼装要求，则确认该三元流叶片合格；否则，人工修整该三元流叶片至合格。