《工業(yè)設(shè)計》電話淺析“碳環(huán)”加工設(shè)計

　　碳環(huán)密封屬于浮動密封的一種，碳環(huán)密封需要增加隔離器，通常使用氮氣，氮氣耗量控制在一定的范圍內(nèi)，主要應(yīng)用于易燃的有毒介質(zhì)，本篇文章介紹一篇碳環(huán)的論文。

　　【摘 要】碳環(huán)有很好的耐磨性、自潤滑性、耐高溫性被廣泛應(yīng)用于各種蒸汽透平的軸端密封，碳環(huán)裝配前要通過手工對其進(jìn)行刮削或研磨來獲得與主軸的裝配間隙。由于碳環(huán)機(jī)械強度低、易脆，手工研刮碳環(huán)裝配間隙較難控制，通常情況是間隙過大，透平運行機(jī)制時造成軸封出現(xiàn)較大漏氣，因此提出用機(jī)加工方法加工碳環(huán)來達(dá)到裝配間隙精度，降低軸封漏氣。

　　【關(guān)鍵詞】碳環(huán) 碳環(huán)密封 碳環(huán)機(jī)加工 工裝夾具

　　1前言

　　上世紀(jì)70年代初引進(jìn)的年產(chǎn)300kt合成氨裝置，功率在100kW以下的透平使用較為普及，通過3O年的運行，反映出的問題主要是運行中透平兩端氣封漏蒸汽。蒸汽的泄漏，增大了透平的蒸汽消耗，提高了運行成本，同時造成了對環(huán)境的污染。隨著能源的緊缺和價格的上漲，為降低透平軸封漏氣造成的經(jīng)濟(jì)損失，如何降低透平軸封漏氣問題顯得更為重要。

　　2問題分析

　　透平軸端密封結(jié)構(gòu)如圖l所示。壓力側(cè)(缸內(nèi))參數(shù)為壓力3.2MPa、溫度321℃蒸汽順序進(jìn)入四組碳制形成的密封腔逐級節(jié)流降壓實現(xiàn)密封目的。因此要求在組裝前，通過人工研刮碳環(huán)內(nèi)徑來控制與主軸的間隙在技術(shù)要求數(shù)值范圍內(nèi)，才能確保碳環(huán)在工作狀態(tài)起到密封作用。由于碳環(huán)機(jī)械強度低、脆性強，人工研刮存在一定的難度，碳環(huán)間隙很難達(dá)到技術(shù)要求數(shù)據(jù)，同時為了防止間隙過小工作狀態(tài)出現(xiàn)碳環(huán)熱膨脹抱軸，密封間隙的控制通常取高限，結(jié)果是造成在工作狀態(tài)下軸封產(chǎn)生漏氣。

　　3加工工藝制定

　　由于密封碳環(huán)間隙是通過研刮碳環(huán)內(nèi)孔直徑來實現(xiàn)的，考慮碳環(huán)材料有一定的硬度和新備件碳環(huán)留有加工余量，提出用機(jī)加工來替代人工研刮碳環(huán).提高碳環(huán)加工精度，確保密封間隙滿足技術(shù)要求，達(dá)到降低碳環(huán)氣封泄漏的目的。通過對碳環(huán)材料性能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，制定出下述加工工藝：

　　(1)套類零件“碳環(huán)”屬于非金屬復(fù)合材料機(jī)械用碳石墨材料，導(dǎo)熱性好，溫急變好，線膨脹系數(shù)小，相對密度小，但機(jī)械強度低，較脆。可通過控制加工速度、進(jìn)刀量和加強冷卻的方法來保證。

　　(2)氣封零件內(nèi)孔加工的難度較大，如圖2所示，密封碳環(huán)由三塊120。半圓形面組成，正常機(jī)加工難以滿足加工精度，需設(shè)計專用工裝才能實現(xiàn)加工精度。

　　(3)透平轉(zhuǎn)軸上的密封碳環(huán)相對位置精度必須采用工序集中的方法，在一次安裝中端面及內(nèi)孔同心度應(yīng)達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。

　　4加工方法的確定

　　碳環(huán)的加工精度將直接影響使用性能和壽命，零件表面的加工方法多種多樣，但要獲得實際要求的公差等級，必須對設(shè)備條件、生產(chǎn)類型、技術(shù)水平等方面綜合考慮。通過類比分析，選取技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理的加工方法。

　　4.1裝夾方式

　　由于碳環(huán)材料的特殊性，工件不能采用三爪自定心卡盤或四爪單動卡盤直接裝夾，可采用其他方法或方式獲得。

　　4.2加工基準(zhǔn)的選取

　　根據(jù)碳環(huán)外形特點，技術(shù)要求，位置精度要求，將制作的專用夾具以正確的位置安裝在機(jī)床上，在按照六點定位原理在夾具中定位夾緊加工碳環(huán)，確保碳環(huán)的位置精度，來確定加工基準(zhǔn)。該方法具有下述優(yōu)點：

　　(1)用夾具裝夾工件，定位精度高且穩(wěn)定;

　　(2)加工同型號一批工件時，不必逐個找正定位，就能保證加工的技術(shù)要求且批量加工。

　　5工裝設(shè)計

　　由于三辨碳環(huán)環(huán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其幾何尺寸公差和形狀公差的要求高，為了使加工后碳環(huán)幾何尺寸公差和形狀公差符合圖紙精度要求，工裝夾具的設(shè)計應(yīng)滿足下述設(shè)計原則。

　　5.1保證工件符合要求

　　要保證工件達(dá)到圖紙上所要求的精度定位基準(zhǔn)最好跟設(shè)計基準(zhǔn)重合，夾緊力要跟支承點對應(yīng)，防止工件變形，夾具的加工精度要滿足工件的要求。

　　5.2保證使用安全

　　車床夾具是在高速旋轉(zhuǎn)情況下工作，所以夾具上連接件必須牢固可靠，以防旋轉(zhuǎn)時甩出。夾具跟機(jī)床連接要有定位臺階，防止因切削力過大剪斷連接螺栓而造成事故。

　　在上述設(shè)計思想的指導(dǎo)下，設(shè)計出如圖3所示夾具。該夾具的優(yōu)點是：當(dāng)把工件裝入夾具中，使工件對機(jī)床和刀具有一個相對正確的位置;工件的定位是靠工件上的定位基準(zhǔn)和夾具中的定位裝置相接觸來實現(xiàn)的。但在安裝夾具的時候，考慮碳環(huán)材料的脆性特點，在輔助壓墊與碳環(huán)端面接觸面上鋪墊質(zhì)軟的四氟墊圈，防止壓板壓緊后造成碳環(huán)表面缺損和產(chǎn)生壓痕。夾具和工件裝配見圖4。

　　6效果

　　現(xiàn)場裝置維修應(yīng)用上述工裝加工的碳環(huán)，通過裝機(jī)運行檢驗，解決多年來透平軸封漏氣問題，目前在全公司得到推廣。效果是明顯的，主要體現(xiàn)在下述幾個方面：

　　(1)機(jī)加工的碳環(huán)精度比人工研刮的高，氣封間隙完全能滿足圖紙技術(shù)參數(shù);

　　(2)軸封漏氣問題的解決，減少了透平蒸汽消耗且降低透平運行費用，改善了運行環(huán)境;

　　(3)廢品率低，節(jié)約了備件費用;

　　(4)加工時間短，減少了透平維修時間，提高了生產(chǎn)力。

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