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1、大型迷宫压缩机制造及装配技术大型迷宫压缩机制造及装配技术顾忠荣 无锡压缩机股份有限公司摘要摘要：迷宫压缩机作为一种高技术新型压缩机，具有广泛的应用前景，其设计结构简单， 但是加工和装配的要求极高，精湛的加工和装配工艺是实现迷宫压缩机优良性能的前提。 本文对迷宫压缩机关键零部件的加工和装配的工艺路线进行了阐述，为今后更大的机型提 供制造和装配经验。 关键词关键词：迷宫压缩机；制造；装配；工艺迷宫压缩机是一种非接触式无油润滑新型往复压缩机，它的结构设计简单却拥有活塞环式压缩机无法比拟的优势。迷宫压缩机的活塞与气缸之间、填料与活塞杆之间采用不接触的迷宫密封方式，避免了活塞与气缸的摩擦，运行时压缩容积
2、部分不含润滑油也不会产生粉尘磨屑，可以保证生产气体清洁；同时迷宫压缩机对压缩介质中含有的杂质颗粒也不敏感，具有很高的安全可靠性。迷宫压缩机由于密封副不接触，不用像活塞环式压缩机那样频繁更换摩擦元件，其易损件少，使用寿命长，经济性能优良。迷宫压缩机具有比普通活塞环压缩机更宽的工作温度区间，迷宫活塞既可逾越非金属活塞环允许的最高工作温度安全运行，亦可高于气缸有油润滑压缩机的压缩机油闪点正常工作，还可在低于普通金属材料为防冷脆而限定的最低工作温度下正常工作，经过几十年的发展，迷宫活塞的运行温度可在-160270或更高。迷宫压缩机是易燃易爆烃类气体及氧气装置、超高温或超低温工况时，或压缩绝对干燥气体时
3、的首选压缩机型1。迷宫压缩机先进的结构设计和优良的技术性能，对压缩机各零部件的热处理、加工精度、装配精度等提出了极高的要求。1 关键零部件的加工技术关键零部件的加工技术大型迷宫压缩机采取立式结构，关键的零件如曲轴箱、气缸等的结构及形状与传统的往复压缩机不同，以下部分关键零件的加工进行详细的工艺分析。1.1 曲轴箱加工曲轴箱加工大型迷宫压缩机曲轴箱内部中空，有加强筋支撑，壁厚一般为 30mm。在加工过程中为保证零件加工精度，主要遵照“粗、精分开，基准统一”的工艺原则，同时根据加工条件限制灵活调整基准面并设计新型工装，经过多次工艺试验和攻关，本曲轴箱加工顺利完成，各项精度都达到要求。曲轴箱加工工艺
4、过程分为以下三个阶段进行：（一）粗加工阶段：由五面体加工中心和数控落地镗床完成划各面加工线加工中心粗加工底面、顶面和两侧各面及孔粗铣两端各面粗镗两端轴承孔数控落地镗床粗镗各滑道孔和导向轴承定位孔去应力处理。（二）半精加工阶段：由五面体加工中心完成划各面加工线半精铣侧底面。铣对同侧个表面及镗孔，钻、攻必要螺孔装上工艺法兰，精铣出工艺基准面工件调面，半精铣另侧底面，半精铣顶面，铣对同侧个表面及镗孔，半精镗两端轴承孔精铣对两端面，钻、攻对个螺孔煤油渗漏试验水腔水压试验。（三）精加工阶段：由数控落地镗床完成精铣对左右侧底面精铣对两端面总长精镗对两端面轴承孔，确保两端孔同轴度装上弯板式轴承座、专用镗轴、
5、镗刀盘，与落地数控镗床主轴连接精镗中间轴承孔，确保三孔同轴度工作台转过 90，精铣顶面精镗四列平行滑道和导向轴承定位孔，保证滑道孔中心与轴承孔中心位于同一平面并且保证垂直度、滑道孔中心与导向轴承定位孔中心同轴度和各列孔心距钳工交给那个中间轴承孔防转销槽攻螺孔、除毛刺内腔水压试验清洗、整理最终检验。1.2 气缸体加工气缸体加工传统往复活塞式压缩机气缸大都为回转件，每只气缸有一个气缸孔及填料孔，7 级精度，一般车床加工可达到。而大型迷宫压缩机气缸外形为长方体结构，尺寸也较大，其各列气缸孔及相对应的填料孔沿中心截面垂直并列布置，填料孔与缸径同轴度要求高，各气缸内表面布满螺纹迷宫密封槽，缸径底部通气孔
6、为多个圆弧面相切而成的腰圆形孔，故迷宫压缩机气缸的机械加工不能依照传统往复活塞压缩机气缸的加工方法来实现。大型迷宫压缩机连体气缸的制造方法主要步骤为：利用普通机床对迷宫机连体气缸进行粗加工；数控落地镗镗对阀孔并铣对腰形通气孔；在五面体加工中心 HF-4M 上进行关键的缸径与填料孔精加工及迷宫槽的加工。气缸底部通气孔为多个圆弧面相切而成的腰圆形孔。原工艺方案要求设计为铸造成形，但实际发现铸成的通气孔形状虽相似，表面粗糙度及相对位置却有偏差，为此气孔稍留余量由机械加工完成。在生产过程中，设计做了专用球头铣刀，利用数控落地镗由数控程序控制走圆弧插补，铣腰形通气孔，达到图纸设计要求。1.3 活塞部件加
7、工活塞部件加工迷宫机活塞在气缸中工作时，虽然与气缸不接出，无磨损，但与气缸有相对运动，承受周期变化的气体力与往复惯性力，还受到一定的侧向力，同时由于温度分布不均匀而产生热应力。因此，活塞材料应具有高强度、耐磨性、致密性和比重轻、导热性好及稳定性。活塞上下盖内腔径向截面由多条线段（直线或圆弧）组成，加工时在数控机床上加工型面，由专用样板进行粗、精加工的检测，提高了零件的尺寸及几何精度，并保证了零件的重量要求。活塞外圆螺旋迷宫槽实在部件组装后在车床上加工，保证活塞与活塞杆的高度同轴。由于立式结构，活塞杆作上下垂直的往复运动，为了保证装上活塞后，在工作环境中活塞杆始终保持精度，达到活塞与气缸间保持一
8、定均匀的径向间隙的目的，活塞杆必须具有很高的刚性。活塞杆的一端与活塞相连，另一端与十字头采用双螺母相连。活塞杆机械交给那个工艺过程如下：铣二端面划线钻中心孔粗车外圆超声波探伤调质处理试件检验二次半精车二次去应力车对总长，修整中心孔精车，留磨量粗磨外圆至镀前尺寸喷镀碳化钨精磨外圆对图磁粉探伤车梯形螺纹滚丝铣键槽去毛刺，清洗，整理最终检验。1.4 导向轴承的加工导向轴承的加工导向轴承部件为迷宫压缩机所特有，主要由壳体、轴承套、多道刮油环等组成，它对活塞杆的精确导向和活塞稳定运动起着十分重要的作用，其尺寸精度和形位公差要求极高，对此我们制定了一套切实可行的工艺：防止合金轴承变形，增加线切割工序；合金
9、轴承粗加工后紧配合压入外壳中，与壳体一体精加工；保证同轴度，增设工艺法兰，便于内外圆同时加工，同时注意粗、精加工工序余量，严格控制变形。导向轴承壳体机械加工工艺过程如下：粗车端面、外圆与内孔车端面、外台阶划线钻孔、攻丝拧上丝堵，水腔水压试验压入轴承套精车端面、外圆、外台阶与内孔、内台阶钻斜油孔、攻丝去毛刺、清洗最终检验。2 迷宫压缩机的装配技术迷宫压缩机的装配技术2.1 装配难点装配难点迷宫压缩机为了保证运动副之间在微小的间隙下相对运动而又不接触，要求往复运动件的相对运动为稳定的对中性良好的运动，给压缩机的装配带来了加大的困难。2.1.1 立式封闭结构迷宫压缩机为立式封闭结构，其曲轴箱和气缸是
10、两个封闭的整体，使得曲轴、中间轴承、连杆、十字头、活塞、活塞杆等的安装及曲轴与连杆、连杆与十字头、十字头与活塞杆、气缸体与曲轴箱等的连接装配十分困难。2.1.2 气缸与曲轴箱的同轴度迷宫压缩机对活塞杆（组件）精确导向定心要求极高，因而决定了气缸体与曲轴箱滑道的同轴度要求也极为严格。因此，在装配过程中，需严格保证气缸体各列缸径中心与相应十字头滑道孔间的同轴度。2.1.3 各列活塞与相应气缸的径向间隙迷宫压缩机的密封方式为非接触式迷宫密封，各列活塞与相应的气缸在微小间隙下相对运动又不接触。各列活塞与相应气缸的径向间隙是否合适，是机组能否正常运行的先决条件之一，在装配过程中，要严格控制各列活塞与相应
11、气缸的径向间隙。2.2 主要件装配工艺验证与关键部件的技术处理主要件装配工艺验证与关键部件的技术处理该主机的主要零件的结构与以往的压缩机有很大的不同，从曲轴箱、气缸、曲轴、连杆、十字头到活塞（组件） ，每个部件的装配都是一个全新的课题。通过严格设计装配工艺方案和生产现场问题的及时处理，不断调整装配工艺方案，逐步完善了装配工艺过程。2.2.1 曲轴的装配曲轴通过中间轴承和主轴承与曲轴箱定位，通过大头瓦与连杆连接，这些部件与曲轴径向、轴向间隙和贴合面积都需要调整。考虑到曲轴箱为封闭结构，不见得装拆极不方便，特做了工装曲轴架。将曲轴置于曲轴架上，测量中间轴承、主轴承、连杆大头瓦与曲轴径向间隙和贴和面
12、积，调整结束后，打上记号。由于曲轴箱为封闭结构，曲轴无法直接吊装入，经讨论做了工装曲轴箱座，将曲轴箱油泵端向下竖起，固定在曲轴箱座上。装配时，先将中间轴承座装在曲轴上，然后用行车将曲轴组件的电机端吊起，在曲轴、曲轴箱的油泵端装上导向工装，然后将曲轴吊入曲轴箱，曲轴到位后，将中间轴承与曲轴箱固定，然后将曲轴箱整件吊下，放平，安装其它部件。2.2.2 十字头的装配十字头与滑道的配合间隙对活塞杆的导向定心有很大的影响，所以，在十字头安装前，先要测量十字头与滑道的径向间隙和贴合面积，并做好记号。十字头是通过螺纹与活塞杆连接的，活塞杆头部是一段螺纹，十字头的连接处本身没有螺纹，是通过两个螺母将活塞杆锁死
13、，再由螺母上的台阶与十字头之间的紧配合实现定心的。因为曲轴箱是封闭结构，所以十字头内外螺母的安装比较困难，特别是内螺母的安装，我们只能设计专用工具将内螺母预先安放在十字头组件内部，把组件吊装入曲轴箱，等到安装活塞时再拆下工具将十字头与活塞连接起来。2.2.3 导向轴承的装配导向轴承能否安装到位，将会对活塞（组件）的精确导向定心、活塞在气缸内运动时与气缸壁的间隙产生重要影响。所以，导向轴承在安装前，外圆要与曲轴箱选配，内孔要与活塞杆选配，并作好记号。导向轴承与曲轴箱的定位孔在轻车结束后再配钻。2.2.4 气缸与曲轴箱的连接迷宫压缩机对活塞杆（组件）精确导向定心要求极高，因而决定了气缸体与曲轴箱滑
14、道的同轴度要求也极为严格。而在装配过程中，定位气缸体与曲轴箱的两个定位销孔也是现场配钻的，所以在打定位销以前，必须先找准气缸体与曲轴箱滑道的同轴度。按照装配方案，先进行气缸的预安装：预先做两根芯棒和两套定位工装，定位工装分别以曲轴箱滑道和导向轴承孔定位。安装时，先将定位工装安装到位，然后将气缸与曲轴箱连接好。芯棒装入定位工装，将百分表固定在芯棒上，盘动芯棒，根据百分表显示的数据调整气缸与十字头滑道的同心度，调整完毕后，打出气缸与曲轴箱的定位孔，孔径小于图纸孔径。最后再将气缸与曲轴箱连接好，拧紧，然后将活塞杆（组件）吊装入曲轴箱，连接好。调整活塞与气缸壁的间隙，调整完毕后，复铰定位销孔，孔径仍小
15、于图纸孔径。空载试车完毕后，检查活塞与气缸壁、活塞杆与导向轴承、十字头与滑道等，最后打出图纸尺寸的定位销孔，最终完成气缸与曲轴箱的连接。2.2.5 活塞径向间隙的调整活塞与气缸壁的径向间隙为迷宫式压缩机最为重要的尺寸，是关系到机组能否正常运行的关键。在间隙调整的过程中，我们改进了工艺，先不安装 O 型圈，气缸与曲轴箱的连接螺栓不松开，用塞尺检测各列气缸不同方向的间隙，再用压板跳整的方式，调整出活塞与气缸壁的径向间隙。考虑到十字头与滑道、活塞杆与导向轴承都有径向间隙，所以在间隙调整过程中，不仅要测量自由状态下活塞与气缸壁的间隙，还要在将活塞一端用塞尺塞住的状态下测量另一端与气缸壁的间隙，以了解活塞与气缸壁的最大和最小的间隙。由于各零件都存在加工误差，所以很难将活塞与气缸的间隙调整到理想状态。我们采用多次调整，然后采用其中与理想数据最为接近的一组作为最终数据，打出气缸与曲轴箱的定位销，确保间隙不改变。参考文献参考文献1 高其烈. 压缩机行业技术进展史话侧记. 压缩机技术，2009（1）
