一种新的主机鼓风机和IG风机风叶轮变形修复方法

黄建伟 肖文伟 胡志铳 黄名章 陈晓斌

摘    要：主机鼓风机和IG风机的马达需要经常检修，在拆解马达过程中如果受力不均匀或马达本身存在裂纹，则在补焊时会导致主机鼓风机或IG风机的风叶轮变形;或是在高转速和高压缩比情况下产生高温导致变形。在高转速状态下，变形的风叶轮猪嘴会碰撞到壳体，叶片会碰撞到壳壁。多年来，采用热矫正+冷矫正等的常规矫正办法，均无法恢复风叶轮的变形问题。本文采用更换轴芯或轴芯+轴板的新方法，完美的解决了这一难题，取得了较好的效果。

关键词：主机鼓风机;IG风机;叶轮

中图分类号：U664.86                              文献标识码：A

Abstract： The motors of main engine blower and IG fan are often overhauled， and the electrician has uneven force， wrong method or cracks in the process of disassembling the motor， which results in the deformation of the main engine blower or IG fan's impeller， or the deformation is caused by the high revolving speed and high compression ratio， and with the high revolving speed， the deformed impeller mouth will collide with the case body， and the blade will collide with case wall. Therefore， rectifying the deformed impeller seems an unsolvable problem. Because of its complicated structure， the deformation problem cannot be solved by the conventional hot correction， cold correction or pressure for many years.

Key words： Main engine blower; IG fan; Impeller

1     前言

主機鼓风机是辅助给主机新鲜空气的设备，IG风机是收集主机及锅炉废气的设备。船舶的主机鼓风机和IG风机是一种高精密、高转速的设备，转速可达到3600r/min以上;它的压缩比很高，会产生一定的温度;此外，主机鼔风机叶轮是铝合金制造，IG风机叶轮是不锈钢制造，在高转速和高压缩比的运转中，风叶轮容易产生裂纹导致变形;在修理电机中，由于转子轴和叶轮的轴芯孔是紧密套入，再加上在使用过程中油烟及气体的挥发物渗透到轴孔里面，使转子轴和叶轮的轴芯孔更加坚固，导致主机鼓风机和IG风机叶轮要进行加温来拆卸，在拆分过程中由于加温不均匀或抓爪顶压的位置不对，容易造成变形等。因此，如何把变形的风叶轮恢复回原始状态，是技术及施工人员的期盼。

2     传统的风叶轮变形修复方法

主机鼓风机或IG风机风叶轮由于转速高，使用时需要均匀平衡地旋转，绝不能有晃动、跳动旋转的现象，特别是IG风机风叶轮的晃动和跳动，会造成整台IG风机设备损坏的质量事故。因此，主机鼓风机或IG风机风叶轮无论是否修理过，在拆卸后的装复前都要经过专业的检测手段，来检验它是否存在不平衡和跳动的问题。

2.1   风叶轮的结构

主机鼓风机风叶轮通常采用铝合金材料，IG风机风叶轮采用不锈钢材料。主机鼔风机风叶轮及IG风机风叶轮看似简单，但它包含了几个不同曲线的面：鼔风机一端是凸形的半球面，与凸形的半球面连接的是一个气封环（俗称猪嘴），在鼔风机深处连接轴芯的是一个球面，这个球面和凸形的半球面是由很多块弧形的叶片支撑连接的，这两个球面中心就形成了螺旋状的叶片;在马达连接的一端是层叠的平面（见图1），层叠中共有三个平面。基于其复杂的结构和形状，如需校正任何一个风机风叶轮形状，都可能引起整个风叶轮的随动变形。

2.2    传统的风叶轮矫正方法

风叶轮的结构看似简单，但它汇集了几个不同曲线的面，同时在运作过程中要求很高。传统的矫正主机鼓风机和IG风机风叶轮的方法，是采用氧、乙炔气体方法：使用焊炬进行局部或点加热、用水来收缩矫正;再采用冷压的机器设备，通过火、缩、水、涨、压、收、顶等措施来矫正变形的风叶轮;矫正后的风叶轮，要经过专业的设备检测才能确定是否符合使用要求。

传统的主机鼓风机或IG风机风叶轮在矫正之后，需进行动平衡检测试验，通常均无法达到精密的要求：要么是气封环（猪嘴）跳动，或者是凸形的半球面晃动;甚至是整个叶片骨架晃动，产生严重变形等。

2.3   传统矫正方法存在的问题

使用火、水矫正是传统使用的方法，对一些波浪形的变形构件，这种矫正方法比较有效;但对于铝合金的主机鼓风机叶轮及不锈钢的IG风机风叶轮，采用火、水矫正方法。无法通过动平衡的检测;另外，这种方法会影响铝合金及不锈钢的材质变化，特别是IG风机风叶轮，长期浸泡在惰性气体里面，经过火、水矫正之后，在使用过程中会产生断裂使整台设备报废，因此IG风机风叶轮的变形只能采用冷矫正方法。

3     新的风叶轮变形修复方法

多年来，采用热矫正+冷矫正或其他常规的矫正办法，均无法完全解决它的变形问题，当矫正不达标风叶轮就只能作报废处理。

无论是采用热矫正、冷矫正或热矫正+冷压矫正方法，都无法保证它不跳动、不摆动，而风叶轮不允许有任何的跳动和摆动。通过不断的研究和实践，本文介绍一种主机鼓风机和IG风机风叶轮变形的修复新技术。

3.1   造成跳动和晃动的原因

在主机鼓风机或IG风机风叶轮矫正或补焊过程中，影响跳动和晃动的原因主要有：（1）在解体时拉出风叶轮专用工具顶着猪嘴压拉，导致受力不均;（2）焊补时轴芯周围和球面型板产生裂纹;（3）补焊产生的气封环（猪嘴）的另外一边轴芯板变形;（4）叶轮碰撞到物体或拆马达连带风叶一起出来时摆放方法不对，产生受压变形。

3.2   新的风叶轮变形修复方法

对于主机鼓风机和IG风机风叶轮跳动和晃动的原因，经过多年的摸索和实践得出结论：风叶轮的中心线发生了偏差。对此，按传统的矫正方法是无法恢复的，只有通过更换轴芯或轴芯+轴板的新方法，才能达到使用要求：

（1）首先把变形的叶片或轮毂热矫正，矫正温度根据不同材料选用不同的温度，例如铝合金选用280 ℃～380 ℃、不锈钢选用390 ℃～410 ℃;

（2）制作特定工装工具，包括轮芯与边缘压调工装、转动测量数据工具、区域顶压装置、变角矫正夹具等。可使用木锤辅助敲打，但不允许使用铁锤来敲打;

（3）将整个风叶上车床，确定好整个风叶轮的加工基准线后，把原轴芯用车床车出来，在光车的时候注意将风叶轮中心孔原孔光大直径8～10 mm;

（4）如果在检测中，发现猪嘴和骨架整个晃动，那么把另一端平面层叠的轴板也车出来更换掉，目的就修正风叶轮的中心线，并不是去改变风叶轮的中心线，更不允许偏心;

（5）替换一截新的铝合金埲或不锈钢埲，新的轴芯要比旧轴芯大8～10 mm，因为在车掉旧轴芯时叶轮中心孔车大了，目的是重新开中心孔时更有保证;如果同时换轴芯板的，也同样替换一件铝合金板或不锈钢板;

（6）将铝合金埲或不锈钢埲上车床粗加工中心孔，预留足够的精加工余量，把中心孔开好后将机钪键槽位加工好，待换好轴芯或轴芯板焊接完毕之后再精加工;也可以先不进行粗加工，待换好轴芯或轴芯板焊接完毕之后，一次性机加工铝合金埲或不锈钢埲中心孔和机钪键槽位，换后才进行机加工，有利于更换装配和焊接;

（7）装配新的轴芯时要保持铝埲（或不锈钢埲）与风叶的垂直度，使用角尺测量新的铝埲（或不锈钢）与风叶平面的垂直度;如果要换层叠的轴板时就先把板换掉，焊接完轴板后再来换轴芯;

（8）轴芯或轴板更换完毕后，再次检查轴芯和风叶平面的垂直度;然后使用熔化极氩弧焊进行焊接，避免使用钨极氩弧焊;使用铝合金焊丝5356或5183铝焊丝、直径1.2 mm;在焊接铝埲前，将铝埲加温有利于熔合，但只对铝埲单独加温，不能对轴板加温，以免铝板平面变形影响轴芯的垂直度;选用的电源IGET PU/SE MIG-350II 焊機，电源极性为高流正接，使用高纯度99.99%的氩气填充焊接，完毕后进行保温处理。

焊接过程中的注意事项：

① 焊接前必须先烤除母材上面的水汽;

② 所有的焊接和定位焊必须严格按照WPS的要求执行，定位焊长度为30 mm、间距300～400 mm;为避免应力集中，每层焊道的断点位置应间隔50 mm;在焊接下一道焊缝前，必须仔细打磨焊道处以确保不会有夹杂、咬边和气孔后，再进行下一道的焊接;点焊起弧收弧时，要注意焊缝的成型应平滑过渡，如果因为起弧和收弧造成陡面，应用刮刀剔成平滑过渡，避免产生未熔合;

③ 由于铝板的膨胀系数大，焊接过程中容易产生变形，焊接前需用铝质码板做好加强;

④ 焊接过程中尽量采用大的工艺参数和焊接速度，焊枪应采取直线行走，焊枪倾斜角度不超过5°，焊丝伸出长度不超过10 mm。

如果是不锈钢，就使用二氧化碳焊接，焊丝采用不锈钢316L、直径1.2 mm的焊丝;选用的电源panasonic YD—500RX型二氧化碳焊机，电源极性为直流反接，熔池保护二氧化碳，药芯焊丝为GB/T17653TS 316 L-FM211（GFS-316 L）、直径1.2 mm、电流140-180 A、电压23～29 V，焊接速度140～210 mm/min、熔池保护气体流量15～20 L/min、控制层间温度≤150 ℃;

（9）把轴芯或轴芯板更换完毕及焊接完毕后，将整个风叶轮上车床，确定好整个叶轮的中心线，再精加工整个叶轮的中心线;并检测和修正猪嘴的圆心度;

（10）精加工完成后，进行动平衡检测试验。如产生不平衡应进行配重处理，配重的方法有：① 视察产生不平衡的相差重量，用一块等重量的铝板或不锈钢板加到失平衡的叶片或叶轮壁上;钻螺丝孔上螺丝，拧紧螺丝后把螺母焊牢，以防螺丝返松脱离损坏叶轮;② 视察产生不平衡的相差重量，用一块等重量的铝板或不锈钢板，加到失平衡的叶片或叶轮壁上，使用焊接方法直接焊牢固。

3.3   新的修复方法的优点

采用这种换轴芯或换轴芯+轴板的新的修复变形的方法，解决了传统修理方法无法解决的难题。这种方法主要有如下优点：（1）可以保证风叶轮的骨架不会变形、风叶的叶道不会产生偏差;（2）避免了因矫正而引起的脆裂、疲劳裂纹和缺损;（3）填补了无法精准修理的难题，动平衡试验结果100%符合高转速的精密要求。

4     结语

这种新的修复方法，解决了修复主机鼓风机或IG风机时风叶轮跳动和晃动变形无法修理的技术难题，缩短了修复时间，给各种相关设备调试创造了空间，给主机试机和IG系统运作调试赢得时间，为船东创造了效益。

参考文献

[1]唐建伟.铝合金技术研究[J].绿色环保建材，2018（6）.

[2]杨则云.高强度铝合金及其先进焊接技术研究现状及发展方向[J].电焊机，2018（3）.