一种基于工装定位的风洞轮毂拼吊装置、方法与流程

本发明涉及透平机械结构设计技术领域，具体而言，涉及一种基于工装定位的风洞轮毂拼吊装置、方法。

背景技术：

风洞项目压缩机是沈鼓集团为国家某重点项目工程开发研制的首套大型轴流式风洞压缩机，其转子部件是采用多段组装式空心结构，主要包括进、出气轴头，一二级轮毂、三四级轮毂。针对一二级轮毂、三四级轮毂来说，在设计结构上，主要是由轮毂支撑体1、外筒2、环形筋板14、开槽环板10、叶片座11、径向筋板13、密封环12等零件进行拼装、焊接、消应力拼装而成的，如图1所示为一二级轮毂的结构图。综合考虑一二级轮毂的整体尺寸以及加工余量的要求，由于要达到一二级轮毂的内、外径尺寸分别为φ1880mm和φ3720mm，高度尺寸为2020mm，然而轮毂支撑体的内圆与左、右端面以及外筒的外圆加工余量均为5mm；与此同时，在外筒圆周方向均与布置26个叶片座的内圆加工余量以及地面加工余量分别是5mm与6mm的设计要求。这就使得一二级轮毂在拼装组立时的尺寸精度与行位公差的要求是十分严格的，为保证一二级轮毂的最小粗加工余量不低于3mm的要求，在进行铆焊工艺制定时，要求一二级轮毂在拼装组立时的行位公差以及尺寸偏差不超过2mm，其具体要求为：一二级轮毂的支撑体与外筒的同轴度≤2mm，轴向高度偏差≤0.5mm；叶片座与支撑体内孔同轴度≤2mm，叶片座轴线与筒体轴线垂直度为0.5mm。另外考虑一二级轮毂的整体拼装焊接结构的设计特点，在一二级轮毂本体上并没有设计专用的吊装、翻转吊点结构，针对一二级轮毂本体无法直接利用吊点进行吊装或者翻转处理。由于一二级轮毂的立体尺寸较大，刚性较差，且各部尺寸以及形位公差要求十分严格，若按照常规方式采用地样拼装法以及焊接工艺吊环，势必无法保证一二级轮毂的拼装尺寸与加工余量要求，完成一二级轮毂在制造过程中的吊装以及翻转工艺要求。

现在亟需解决的技术问题是如何设计一种技术方案，以解决上述风洞项目中大型轴流式风洞压缩机的拼装起吊问题。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于解决上述现有技术中的不足，提供一种基于工装定位的风洞轮毂拼吊装置。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种基于工装定位的风洞轮毂拼吊装置，包括：

支撑体定位工装盘，与轮毂支撑体外圆、外筒的内圆的尺寸相匹配设置有第一两级定位止口，包括可拆卸固定安装在所述轮毂支撑体上的上工装盘(3)与下工装盘；

转换支架，设置于所述定位工装盘上，设置有第二两级定位止口；

轮毂定位盘，匹配轮毂叶片座内圆以及外筒的尺寸设置有第三两级定位止口，包括套装的定位轴芯与定位轴套，沿所述定位轴芯与所述定位轴套径向贯穿设置定位孔，定位孔内设置有定位销，所述定位销与所述定位轴芯配合长度限位；

在所述上工装盘与所述下工装盘上分别对称设置有吊耳。

上述方案中优选的是，所述支撑体定位工装盘上的第一两级定位止口的深度均为15mm，所述第一两级定位止口靠上部位分别倒5x15°稍面。

上述任一方案中优选的是，所述支撑体定位工装盘上的第一两级定位止口的间隙均为0.5mm～1mm。

上述任一方案中优选的是，所述转换支架的高度尺寸偏差为±0.5mm。

上述任一方案中优选的是，所述定位轴芯通过第一螺栓与挡板配合固定在所述轮毂的内圆上。

上述任一方案中优选的是，所述定位轴套止口的深度为10mm，所述定位轴芯止口的深度为20mm。

上述任一方案中优选的是，所述定位轴套与所述定位轴芯采用间隙配合，其配合间隙为0.4mm～0.5mm。

上述任一方案中优选的是，在所述定位轴套内表面与所述定位轴芯表面均涂有润滑剂。

上述任一方案中优选的是，所述定位轴套与所述定位轴芯之间采用所述定位销进行长度尺寸定位，拉长定位后的尺寸偏差为0.5～0.8mm，所述定位销外圆与所述定位孔的间隙为0.2～0.3mm，且所述定位销端面倒10x15°稍面。

上述任一方案中优选的是，相邻两所述吊耳垂直设置，所述上工装盘、所述下工装盘分别与所述吊耳焊接并分别通过第二螺栓固定在所述轮毂上。

本发明的第二目的在于提供一种应用上述任一优选技术方案所涉及的基于工装定位的风洞轮毂拼吊装置的轮毂拼吊方法。

本发明的第二目的通过如下技术方案实现：一种风洞轮毂拼吊方法，采用如权利要求1-7中任一项所述的拼吊装置，包括如下步骤：将所述轮毂安装在所述轮毂支撑体上；在所述轮毂上顺次安装叶轮；在所述轮毂支撑体上安装支撑体定位工装盘；将装配有支撑体定位工装盘的所述支撑体安装在所述外筒内；在所述吊耳的吊环孔设置卸扣，并用钢丝绳连接天车。

上述方案中优选的是，所述拼吊过程包括平吊过程与翻转过程，其中，平吊过程中，相邻两吊耳分别通过卸扣连接两钢丝绳，两钢丝绳分别固定在天车的两点；翻转过程中，两等长钢丝通过卸扣分别与所述上工装盘、下工装盘上相对的两个所述吊耳连接，分别通过天车的主、辅钩吊转所述轮毂。

上述任一技术方案中优选的是，上述基于工装定位的风洞轮毂拼吊方法中还包括所诉轮毂的轴芯通过螺钉与挡板配合，将所述轮毂紧固安装在所述轮毂支撑体上。

本发明提供的基于工装定位的风洞轮毂拼吊装置及方法的有益效果在于：通过在大型轴流式风洞压缩机上设置本发明的基于工装定位的风洞轮毂拼吊装置，并限定各结构件的尺寸，解决了风洞项目压缩机轮毂支撑体与外筒的同轴定位与高度定位、轮毂叶片座与内筒的同轴定位与径向定位问题。通过上工装盘、下工装盘分别与轮毂螺栓把合方式以及吊耳结构实现了轮毂整体的吊装、翻转。

附图说明

图1为一二级轮毂的结构剖视示意图；

图2为本发明的基于工装定位的风洞轮毂拼吊装置优选实施例的轮毂支撑体与外筒的工装定位拼装结构示意图；

图3为本发明的基于工装定位的风洞轮毂拼吊装置图2所示优选实施例轮毂叶片座与外筒的工装定位拼装的结构示意图；

图4为本发明的基于工装定位的风洞轮毂拼吊装置图2所示优选实施例轮毂叶片座与外筒的工装定位拼装的另一结构示意图。

附图标记：

1-轮毂支撑体；2-外筒；3-上工装盘；4-下工装盘；

5-转换支架；6-定位轴芯；7-定位轴套；8-定位销；

9-吊耳；10-开槽环板；11-叶片座；12-密封板；

13-径向筋板；14-环形筋板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例保护范围的限制。

实施例1

为解决上述背景技术中风洞项目中大型轴流式风洞压缩机的一二级轮毂在拼装组立以及一二级轮毂本体无法直接利用吊点进行吊装或者翻转处理的缺陷，参照附图1-附图4，本实施例提供一种基于工装定位的风洞轮毂拼吊装置，该装置包括：支撑体定位工装盘，上述支撑体定位工装盘与轮毂支撑体1外圆、外筒2的内圆的尺寸相匹配设置有第一两级定位止口，包括可拆卸固定安装在轮毂支撑体1上的上工装盘3与下工装盘4；转换支架5，设置于定位工装盘上，具有第二两级定位止口；轮毂定位盘，匹配轮毂叶片座内圆以及外筒的尺寸设置有第三两级定位止口，包括套装的定位轴芯6与定位轴套7，沿定位轴芯6与定位轴套7径向贯穿设置定位孔，定位孔内设置有定位销8，定位销8与定位轴芯6配合长度限位；在上工装盘3与下工装盘4上分别对称设置有吊耳9。

根据风洞项目大型轴流式风洞压缩机的一二级轮毂特殊的结构形式，本实施例中一二级轮毂支撑体1与外筒2工装定位拼装包括两方面，第一是一二级轮毂的支撑体与外筒的工装定位，第二是叶片座与外筒的工装定位的拼装定位。其中，一二级轮毂支撑体1与外筒2的工装定位拼装的工艺要求是：轮毂支撑体1与外筒2的同轴度小于或等于2mm、轮毂支撑体1与外筒2的加工余量为5mm。根据上述工艺要求，本实施例中在轮毂支撑体1与外筒2进行拼装时设计制造了支撑体定位工装盘，在支撑体定位工装盘上设置第一两级定位止口，再通过支撑体定位工装盘的第一两级定位止口定位的方式确保支撑体1与外筒2的同轴度与加工余量要求。支撑体定位工装盘包括可拆卸固定安装在轮毂支撑体1上的上工装盘3与下工装盘4。上工装盘3与下工装盘4通过把合结构件与外筒2把合，外筒2通过紧固件配合第一两级定位止口与轮毂支撑体1可拆卸固定连接。上工装盘3与下工装盘4与外筒的把合处设置有转换支架5，转换支架5设置有第二两级定位止口，确保安装的加工余量与安装的稳定性。

如图3，叶片座与外筒的工装定位的拼装定位结构中，在轮毂定位盘的左右两端上分别设置第三两级定位止口，再将图3左侧定位轴套7与右侧定位轴芯6通过定位销8进行拉长，调整至叶片座的径向定位尺寸564.5进行柱销定位，第三两级定位止口分别与叶片座底面以及轮毂支撑体1的开孔止口定位。定位轴芯6部分采用第一螺栓与挡板将其牢牢拧紧固定在轮毂支撑体1的内圆上，这样通过轮毂定位盘的止口定位方式确保叶片座与外筒2的同轴度与加工余量要求。

进一步地，上述一二级轮毂支撑体1与外筒2的工装定位的尺寸要求如下：支撑体定位工装盘上的第一两级定位止口的深度均为15mm，且第一两级定位止口靠上部位分别倒5x15°稍面，其功能是工件在装配时起到引导装配的作用；②支撑体定位工装盘上第一两级定位止口的间隙均为0.5mm～1mm，这样可以确保轮毂支撑体1与外筒2的在拼装组立后的同轴度最大偏差为2mm；③结合设计图纸尺寸要求，在支撑体定位工装盘上设置相同尺寸(外筒2端面与轮毂支撑体1端面高度差)的转换支架5，该转换支架5的高度尺寸偏差为±0.5mm，这样可以确保外筒2在拼装组立时的尺寸偏差为±0.5mm，同样，在转换支架5上设置第二两级定位止口结构，功能与上述①、②中第一两级定位止口相同。

上述叶片座与外筒2的工装定位的拼装定位尺寸要求如下：①定位轴套7的止口的深度为10mm，定位轴芯6的止口的深度为20mm，第三两级止口与外筒2组立的间隙为0.2～0.3mm；②定位轴套7与定位轴芯6采用间隙配合，其配合间隙为0.4mm～0.5mm；表面粗糙度为ra3.2，且在两者接触表面涂有黄油，这样可以确保定位轴套7与定位轴芯6装配时能够顺利。③定位轴套7与定位轴芯6之间采用定位销8进行长度尺寸定位，拉长定位后的尺寸偏差为0.5～0.8mm，定位销8的外圆与销孔的间隙为0.2～0.3mm，且定位销8的端面倒10x15°稍面，起到确保定位销8引导安装的作用。④用定位销8进行拉长与缩短是充分考虑一二级轮毂整体拼装后如何进行定位工装的拆除，采用定位销8安装、拆除方便。

本实施例中，一二级轮毂的整体吊装与翻转的吊装方式是在上工装盘3、下工装盘4的端面上采用焊接方式对称布置4个等高的吊耳9，如图4所示，在工装盘上，通过焊接方式与4个吊耳9焊接，在通过12-m30螺栓把合方式与轮毂连接。吊耳9采用50mm钢板，上面设有φ60mm工艺吊环孔，其相对两个吊耳9按照2800mm距离平行布置，相邻两个吊耳按照1400mm距离垂直布置，该吊环孔通过卸扣与钢丝绳连接，配合天车实现一二级轮毂的吊装与翻转。在平吊时，采用两根等长的钢丝通过卸扣分别与相邻的两个两耳连接，通过天车实现对轮毂的平吊方案；在翻转时，采用两根等长的钢丝通过卸扣分别与上工装盘3、下工装盘4相对的两个吊耳9连接，通过天车的主钩、辅钩实现对轮毂的翻转方案。

上述基于工装定位的风洞轮毂拼吊装置中涉及的各个结构件的具体型号以及具体尺寸、材质的选择是根据该项目轮毂的整体重量考虑的，采用上述实施例中示出的结构件，例如吊耳9、12-m30螺栓的选择等，在一定程度上可减轻轮毂整体的重量。吊耳9在支撑体定位工装盘上的布置格局以及其他结构件在轮毂上布置的格局使轮毂在平吊、翻转的过程中能够保持平衡，避免由于结构件的布局的设置成的轮毂在平吊、翻转过程中产生偏重的现象，使轮毂的拼装、吊转过程能够顺利、准确进行。

实施例2

本实施例提供一种应用实施例1中基于工装定位的风洞轮毂拼吊装置的风洞轮毂拼吊方法，拼吊过程涉及轮毂的拼装与吊转，其中拼装包括轮毂的拼装、轮毂与叶轮的拼装；吊转过程包括轮毂的平吊过程、轮毂的翻转过程。本实施例提供的风洞轮毂拼吊方法包括如下步骤：s1，将所述轮毂安装在所述轮毂支撑体1上；s2，在所述轮毂上顺次安装叶轮；s3，在所述轮毂支撑体1上安装支撑体定位工装盘；s4，将装配有支撑体定位工装盘的所述支撑体1安装在所述外筒内；s5，在所述吊耳9的吊环孔设置卸扣，并用钢丝绳连接天车。通过上述步骤可实现对背景技术中风洞项目的大型轴流式风洞压缩机的轮毂进行拼装、吊转。

将轮毂安装在圆筒形支撑体1上，将第一叶片安装到轮毂上；用有线或无线的控制器控制驱动单元通过小齿轮与回转支承外齿圈或内齿圈的啮合，带动圆筒形轮毂支撑体1转动，使安装好的第一叶片转向其他方向，再安装第二叶片到轮毂上；用有线或无线的控制器控制驱动单元，通过小齿轮与回转支承外齿圈或内齿圈的啮合，带动圆筒形轮毂支撑体1转动，使安装好的第二叶片转向其他方向，在上再安装叶c到轮毂上；将所有叶片连接螺栓拧紧，轮毂的拼装工作完毕。对于双叶片轮毂，通过“将轮毂安装在圆筒形支撑体1上，将第一叶片安装到轮毂上；用有线或无线的控制器控制驱动单元通过小齿轮与回转支承外齿圈或内齿圈的啮合，带动圆筒形轮毂支撑体1转动，使安装好的第一叶片转向其他方向，再安装第二叶片到轮毂上”这几个步骤即可。而对于叶片数目多于三个的叶轮，再进行多次将安装好的叶片转向其他方向，安装下一个叶片的步骤即可实现轮毂的拼装。

通过使用上述本实施例提供的基于工装定位的风洞轮毂拼吊装置、方法，有效解决了背景技术国家某项目所需的大型轴流式风洞压缩机的拼装、吊转的技术难题，达到了一二级轮毂的整体尺寸以及加工余量的要求。克服了一二级轮毂本体上并没有设计专用的吊装、翻转吊点结构，无法直接利用吊点进行吊装或者翻转处理的困难。为国家项目提供了有效的技术支持，提高了大型轴流式风洞压缩机的研发水平。

一二级轮毂的整体吊装与翻转的吊装方式是在上工装盘3与下工装盘4的端面上采用焊接方式对称布置4个等高的吊耳，在定位工装盘上，通过焊接方式与4各吊耳焊接，在通过12-m30螺栓把合方式与轮毂连接。其吊耳9上采用50mm钢板，上面设有φ60mm工艺吊环孔，其相对两个吊耳9按照2800mm距离平行布置，相邻两个吊耳按照1400mm距离垂直布置，该吊环孔通过卸扣与钢丝绳连接，配合天车实现一二级轮毂的吊装与翻转的作用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。