正圆柱螺旋叶轴向开孔及其实践

杨建远

(山东旭洋机械集团股份有限公司)

汽轴是蒸汽回转干燥机的核心部件之一，其结构能使干燥蒸汽在汽轴一侧进出，也可以依靠三头正圆柱螺旋叶上的轴向开孔结构实现物料蒸汽在该侧流通。众所周知，正圆柱螺旋叶制作复杂，而且在三头正圆柱螺旋叶上轴向开孔也没有好的方案。针对这一现状，笔者从正圆柱螺旋面结构特点入手，经过分析确定方案，最终实现轴向开孔的方案。

1 正圆柱螺旋面结构特点

圆柱螺旋面通常是指射线与轴线相交于射点，并同时绕轴做等速旋转和等速轴向移动时所形成的曲面。圆柱螺旋面的一直母线沿圆柱螺旋线运动，且始终与圆柱轴线相交成直角，这样的曲面称为正螺旋面(图1)[1]。正圆柱螺旋面是众多螺旋面的一种，是优先选用的空间曲面，具有不可展开的共性。有许多资料讲述了其近似展开方法[2，3]。在生产中，正圆柱螺旋叶具有正螺旋面的特性。它由线段绕轴作等速旋转和等速轴向移动所形成的曲面构成。

图1 正螺旋面

2 三头正圆柱螺旋叶轴向开孔的分析

汽轴由汽轴管、三头正圆柱螺旋叶及其外展叶片组焊而成。汽轴管径为φ450mm，它支承螺旋叶片，并传递动力给螺旋叶及其外展叶片(叶片外径φ2 250mm)。螺距500mm，螺旋外径为φ1 660mm。从汽轴一端看，螺旋叶上有内外相错的两组轴向开孔。内组轴向开孔的中心圆直径为DN800mm，开孔直径为φ168mm，开孔数量10个；外组轴向开孔的中心圆直径为DN1 300mm，开孔直径为φ168mm，开孔数量17个。

2.1 定位

螺旋初始段，由于端部空间充裕，轴向孔可以在汽轴管上作角度定位。但在螺旋内部，3个螺旋叶和汽轴管组成的空间，就无法角度定位。

2.2 划线

在螺旋叶面上，轴向孔的投影是不规则的闭合空间曲线。常规作图工具无法绘出这种曲线，因此，只能借助专用工具绘出该曲线。由于三螺头旋叶和汽轴管组成的空间狭小，划线会很不方便。

2.3 开孔

三头正圆柱螺旋叶轴向开孔的主要特点是：孔中心与汽轴管轴线平行，孔径较大，加工精度不高。若用机加工会非常困难，综合考虑，手工气割是较为经济的加工方法。

3 轴向开孔法一

3.1 加工方案

由于不能在三螺旋叶间作角度定位，经过分析，只能采用外端整体定位。红外线激光水平仪布置在汽轴外端，发射水平垂直激光。为了定位激光发射器的规迹(轴向孔)，调整轴向孔模拟器(图2)，使水平垂直激光恰好通过转盘的通孔结构。转动转盘，标记在螺旋叶面的激光规迹，手工割孔。

图2 轴向孔模拟器简图

轴向开孔的施工要求有：

a.施工场地要平整。

b.汽轴水平放置于托轮架上，便于转动，确保顺利标记定位角度。

c.红外线激光水平仪的布置有3个方面要求。一是红外线激光水平仪在汽轴轴线延长线方向布置；二是红外线激光水平仪发出的铅垂激光与汽轴轴线重合；三是保证红外线激光水平仪激光交线，到汽轴两端的垂直距离相等。

d.在每个定位角度点标定开孔高度，逐次标记开孔，直至贯通。

3.2 检验

汽轴正圆柱螺旋叶开孔是为了流通物料蒸汽，无须与其他部件配合，因此其精度要求不高。在加工好后，经过打磨，外观良好。用φ168mm钢管通过轴向开孔，测量钢管与汽轴中心距偏差小于3mm，符合工艺要求。

4 轴向开孔法二

检验轴向开孔，用相当孔径的钢管进行检验。对通过检验法进一步拓展形成新的开孔方案。

做两件如图3所示的平板模板，中心开孔径为φ325mm的孔。两模板套在汽轴管上，调整两模板，使两模板各孔中心分别共线，且平行于汽轴轴线。钢管通过模板孔，钢管到达螺旋叶面，依钢管外径划线，逐次开孔，直至贯通。

图3 平板模板

5 结束语

通过对正圆柱螺旋叶轴向开孔分析，提出外部整体定位的开孔方案。虽然需要制作轴向孔模拟器，而且还要使用红外线激光水平仪等附助设备，但按照施工要求施工，最终获得了合格产品。

[1] 赵然杭，刘健，王兴菊.螺旋面及其CAD[J].山东建筑大学学报，2001，16(1)：87～90.

[2] 王洪光.钣金展开技巧与实例[M].北京：化学工业出版社，2012.

[3] 汤柳堤.正螺旋面的近似展开——两种计算法展开图的比较[J].武汉化工学院学报，1986，8(1)：63～65.