10研制新型离心风机叶轮拆卸工具

1、研制新型离心风机叶轮拆卸工具飞扬QC小组创新发展 追求卓越 前 言 我公司承建的阳江核电一期21000MW常规岛建安一体化工程，两台机组系统中设计多种大小不同的离心风机（约40台）。一般离心风机的叶轮与轴的连接为紧配合，键传动形式。受厂家制造、运输等因素影响，风机叶轮容易发生损坏，导致风机发生震动过大或流量不足等故障。创新发展 追求卓越小组名称飞扬QC小组小组所在部门机务工程公司课题名称研制新型离心风机叶轮拆卸工具课题类型创新型组长闫福峰小组注册号2014-YJJW -006学习课时人均40课时以上小组成立日期2014.03小组成员10人小组成员姓名职务学历小组职务小组分工闫福峰项目主任中专组

2、长全面负责丁元志副主任高中副组长方案制定孙勇副主任大专组员指导策划刘映虎技术组长大专组员技术指导屈言令班长高中组员组织策划金海鹏专工本科组员策划编写孔斌专工专科组员技术指导王宗顺技术员专科组员信息收集范少磊助理技术员本科组员信息收集王庆洁班组成员中专组员具体实施制表：金海鹏 2014.03.01 小组概况创新发展 追求卓越 选择课题1、设计现状 现阶段阳江核电项目拆卸离心风机叶轮的方法大致有三种：拉马法火烤法叶轮抽出工具三种方法对比分析表创新发展 追求卓越方法拆卸原理操作性拆卸时间经济性(大约费用)通用性安全可靠性1、拉马法用拉马的三个抓勾勾住叶轮衬套内侧，然后旋转顶杆，顶杆逐渐顶紧轴端面，叶

3、轮就被缓缓拉出。需1人扶住拉马，1人旋紧顶丝，至少需2个人才可完成操作。约20分钟1件手动三抓拉马价格约为800元，人力资源投入费用2人*200元/人=400元共需费用约1200元因风机叶轮结构特殊，普通拉马只适合拆卸开式叶轮，即使抓住闭式叶轮边缘的加强筋上也容易使叶轮发生变形。会对衬套及叶轮表面产生刮痕，严重的甚至拉坏叶轮，造成叶轮变形。2、火烤法使用气焊烤枪对风机叶轮衬套进行均匀加热，叶轮衬套受热膨胀，由于温差作用使叶轮衬套与轴产生膨胀间隙，再采用外力将叶轮拉出。需特种气割工1名，操作工3名，至少4个人才可完成操作，费时费力。约120分钟氧气乙炔及氧气带、氧气表等投入费用约为200元，人力

4、资源投入费用4人*200元/人=800元共需费用约1000元一般只使用于叶轮拆卸困难，无法正常拔出的情况下，且熔点较高材质的叶轮使用会将叶轮受热部位烤黑，影响美观，受热严重会烤坏叶轮及电机主轴。3、叶轮抽出工具用两个六角头螺栓将压板固定在叶轮衬套上，逐渐旋紧压板中心处的顶丝顶住轴端面，缓缓将叶轮顶出。1人即可完成操作，但部件设计尺寸较短，由于叶轮吸入口空间有限，在固定压板时存在一定的难度。约30分钟1件叶轮抽出工具采购价格约为600元，人力资源投入费用1人*200元/人=200元共需费用约800元适合相配套的同型号的叶轮拆卸使用，通用性约为10使用较为安全，几乎不会造成叶轮表面损伤。 选择课题

5、创新发展 追求卓越 确定课题 确立课题为： 研制新型离心风机叶轮拆卸工具创新发展 追求卓越 设定目标 具体指标：将直径在1m以内的叶轮拆卸通用性提高至80，且不会对电机主轴及叶轮组成部分构成损坏。创新发展 追求卓越8010 提出方案标准化第一阶段设计第二阶段制作第三阶段应用第四阶段检查改进第五阶段标准化图纸绘制方案提出对比选择确定方案会审批准对需改进部分改进优化现场试用工具改进效果检查材料准备制作加工部件组装是否初步拟定研制流程图创新发展 追求卓越 提出方案研制新型离心风机叶轮拆卸工具抓盘部分形状连接杆孔材料圆形长方形碳钢不锈钢合金钢长条孔圆孔顶针部分材料顶端构造直径M10M16M24平面顶端

6、球面顶端碳钢不锈钢合金钢平面内嵌钢珠顶端固定形式材料螺纹固定采用螺母+垫片两端夹紧固定连接杆部分碳钢不锈钢合金钢创新发展 追求卓越工具初步设想图工作原理示意图123抓盘：整个工具的主支撑部件，在抓盘中心加工有1个内螺纹顶丝孔，抓盘两侧加工有2个对称布置的连接杆孔，起到反作用力臂的作用。连接杆：为全螺纹螺杆，通过连接杆将抓盘固定在叶轮衬套上，使之与叶轮连为一体。顶针；将外螺纹顶针旋过内螺纹抓盘，顶到电机轴头端面上，通过旋紧顶针，由于反作用力的作用，抓盘就会向远离轴头端面的方向移动，同时带动叶轮从风机轴头上退出，完成叶轮的拆卸工作。 提出方案创新发展 追求卓越方案的分析及论证抓盘部分抓盘形状圆形抓

7、盘长方形抓盘创新发展 追求卓越圆形抓盘长方形抓盘模型图便携性不实用面积较多，边缘为圆形，在使用时不方便一只手抓握面积较小，使用时长条形的容易一手抓握，便携性较好可操作性由于叶轮盘结构特殊，前盘吸入口操作空间有限，抓盘圆形截面面积较大，将吸入口覆盖，很难将手塞进完成连接杆及抓盘的安装工作。 抓盘截面面积较小，可从长边侧面处很容易的将手塞进吸入口，完成连接杆及抓盘的安装工作。方案的分析及论证创新发展 追求卓越拉力试验力学性能试验：根据抓盘在使用时主要受到弯力的作用，对上述两种形状钢板分别进行抗弯强度试验。选用直径=300mm的圆形及长300mm、宽50mm的长方形碳钢钢板，厚度均为=5mm，钢板两

8、端焊接固定在可靠位置，中心位置焊接吊环并挂上拉力计及手拉葫芦，逐渐拉紧手拉葫芦，观察钢板塑性变形情况，当钢板形变量为1mm时，记录拉力计值。结论：拉力值为785N结论：拉力值为780N创新发展 追求卓越方案的分析及论证均满足使用要求从便携性、可操作性及力学性能综合考虑，小组选择采用“长方形抓盘”方案。创新发展 追求卓越方案的分析及论证方案的分析及论证抓盘材料碳钢材料不锈钢材料合金钢材料价格较便宜创新发展 追求卓越价格一般价格较贵方案的分析及论证方案碳钢材料（Q235)不锈钢材料(304)合金钢材料(16Mn)力学性能试验：对三种材料分别进行抗弯强度试验。选用长1000mm、宽30mm、厚=10

9、mm的三种材料钢板，钢板一端焊接固定在可靠位置，另一端焊接吊环并挂上拉力计及手拉葫芦，逐步拉紧手拉葫芦，观察钢板塑性变形情况，记录拉力计值。试验人：金海鹏、屈言令、王庆洁、王宗顺、范少磊材质：Q235密度7.85g/cm材质：304密度：7.93 g/cm材质：16Mn密度7.82g/cm结果：拉力值为1280N结论：抗弯强度一般结果：拉力值为1200 N结论：抗弯强度一般结果：拉力值为1470 N结论：抗弯强度较好理论值复核：抽选 304不锈钢板屈服强度进行复核，经查找304不锈钢的弹性模量为193MPa公式：形变量=P*H*L3/E*b*h3板高为H,板厚为h,板宽为b，板长为L，板弹性模

10、量为E,外力为P形变量=5mm=P*30*303/193*1000*103经计算P=1191N实验值1200N与计算值1191N基本相同，实验结果有效。耐腐蚀性试验：使用浓度3%的盐酸溶液涂抹三种材质钢板，放置24小时后观察锈蚀情况试验人：金海鹏、屈言令结果：外观锈蚀严重结论：耐腐蚀性差，易生锈结果：外观无明显变化结论：耐腐蚀性好，不易生锈结果：外观有明显锈蚀结论：耐腐蚀性差，易生锈创新发展 追求卓越综合考虑：小组成员选择耐腐蚀较好的不锈钢材料方案创新发展 追求卓越方案的分析及论证方案的分析及论证抓盘连接杆孔对称长条孔对称单圆孔创新发展 追求卓越通用性采用长条孔设计，可根据叶轮衬套预留连接孔的

11、位置相应的对连接杆进行向内或外调整，可适用于不同大小叶轮的拆卸，具有一定的通用性。采用对称单圆孔设计，连接杆间距离不可调整，只能适用于拆卸相对应衬套预留孔尺寸的叶轮，通用性较差。可操作性装配部件时，可从侧面直接套进连接杆，操作比较简单安装连接杆单一，操作性一般创新发展 追求卓越方案的分析及论证方案一方案二采用正交试验法确定抓盘最佳尺寸：1）试验目的确定最佳抓盘长度、宽度、厚度2）评价指标抓盘抗弯强度3）确定因素抓盘长度、宽度、厚度3项因素4）确定水平经过小组成员通过资料查阅及一系列的理论计算，对每项因素确定了三个水平，见下正交表：序号抓盘长度宽度厚度1110262021223225313137

12、30创新发展 追求卓越方案的分析及论证选用L9(34)表序号A抓盘长度mmB宽度mmC厚度mm实验结果抗弯强度Nm11(110)1(26)1(20)222622(122)1(26)3(30)225833(131)1(26)2(25)223141(110)2(32)2(25)221652(122)2(32)3(30)223463(131)2(32)1(20)223371(110)3(37)3(30)224382(122)3(37)2(25)225593(131)3(37)1(20)2230位级之和(2226+2216+2243)(2226+2258+2231)(2226+2233+2230)因素

13、主次顺序ACB位级之和(2258+2234+2255)(2216+2234+2233)(2231+2216+2255)位级之和(2231+2233+2230)(2243+2255+2230)(2258+2234+2243)R(6747-6685)(6728-6683)(6735-6689)6）实施试验小组根据正交表设计的试验要求进行了9次不同条件因素组合的现场抗弯强度测试，结果如下表： 的正交表5）选定合适7）观察结果实验结果中第2号抓盘尺寸的抗弯强度最大，即初定最优水平为A2B1C38）分析计算从位级之和看，越接近平均值越合适，可以看出最好的工艺应该取A3B1C29）选定评定通过以上比较得出

14、，当抓盘长度=131mm、宽度=26mm、厚度=25mm时，抓盘抗弯强度最大，可作为最佳尺寸。创新发展 追求卓越方案的分析及论证创新发展 追求卓越方案的分析及论证顶针材料碳钢材料不锈钢材料合金钢材料顶针部分创新发展 追求卓越方案的分析及论证方案碳钢材料(20)不锈钢材料(304)合金钢材料(16Mn)力学性能试验1：根据顶针在使用时主要受到扭力的作用，对三种材料分别进行扭力试验。选用直径M=16的三种材料螺栓，将螺杆底部焊接在固定位置，力矩扳手设定力矩值250Nm,使用力矩扳手逐渐拧紧螺帽，观察螺栓形变情况。 结果：螺栓扭曲变形结论：抗扭强度较差结果：螺栓断裂结论：抗扭强度较差结果：螺栓未发生

15、形变结论：抗扭强度较好试验2：选用直径M=16的三种材料圆钢，使用切割机分别对其进行切割，每种材料切割5次，并记录每次割断所需时间。项碳钢材料不锈钢材料合金钢材料1次35秒49秒52秒2次41秒43秒54秒3次37秒46秒56秒4次39秒48秒51秒5次38秒44秒52秒结果：平均时间为38秒结论：金属刚度较差结果：平均时间为46秒结论：金属刚度较好结果：平均时间为53秒结论：金属刚度最好顶针使用时需逐渐顶紧电机轴头端面，会受到很大的压力及扭力，这就对材料的力学性能要求很高，所以小组综合考虑选择合金钢材质的顶针方案。创新发展 追求卓越方案的分析及论证创新发展 追求卓越方案的分析及论证顶轴端构造

16、平面顶端球面顶端内嵌钢珠顶端创新发展 追求卓越方案的分析及论证结论：紧力较大，摩擦力大结论：紧力较小，摩擦力小结论：紧力最小，摩擦最小摩擦力试验耐磨性安全可靠性操作性试验：将M16螺母1件及3mm厚的不锈钢板1件焊接固定在可靠位置，分别使用现场加工的M16的平端面、圆形端面及带钢珠端面的螺栓旋过螺母顶在钢板上，并逐渐拧紧，感受三种情况的受紧力情况。试验人：金海鹏、屈言令、王宗顺平面顶端球面顶端内嵌钢珠顶端属于点摩擦形式，摩擦阻力较小，耐磨性较差属于平面摩擦形式，摩擦阻力较大，耐磨性较好属于滚动摩擦形式，摩擦阻力较小，耐磨性较好摩擦面积较小，但摩擦系数较高，使用过程中，会轻微磨损轴头端面摩擦面积

17、较大，且摩擦系数较高，使用过程中，会严重磨损轴头端面摩擦面积较小，且摩擦系数非常小，滚动摩擦形式在使用过程中，不会磨损轴端面摩擦阻力教小，使用时较省力，操作性一般摩擦阻力大，使用时较费力摩擦阻力最小，使用时非常省力，操作性较好 从耐磨性、安全可靠性及操作性综合考虑，小组选择内嵌钢珠顶端的顶针。创新发展 追求卓越方案的分析及论证创新发展 追求卓越方案的分析及论证顶针直径M10M16M20最大扭矩59 N.m257 N.m502 N.m操作性直径小，操作性较好直径较小，操作性一般直径较大，操作性较差力学性能试验：对施工准备区待维修的2台直径约为1000、1500mm、1800mm的风机叶轮进行拆卸

18、，使用拉马及力矩扳手进行模拟扭力试验。试验人：金海鹏、屈言令、王庆洁、王宗顺、范少磊结果：拆卸直径=1000mm的叶轮所需扭力122Nm；卸直径=1500mm的叶轮所需扭力145Nm卸直径=1800mm的叶轮所需扭力176Nm结论：拆卸直径越大的叶轮所需扭力越大；直径小于1000mm所需扭力不大于122Nm结论从最大允许扭矩、操作性及力学性能考虑，小组选择M16的顶针。综合考虑，小组决定顶针选择M14的扳口，顶针顶轴端选用5的钢珠，采用钻孔嵌入即可。创新发展 追求卓越方案的分析及论证2.4 顶针长度的确定经查阅阳江核电风机相关资料，直径小于1000mm的叶轮衬套距吸入口距离区间约为30mm-1

19、00mm，顶针长度需大于吸入口最大距离。根据金属扭力强度计算公式可知:顶针尺寸越长，抗扭强度就会越差。因此，小组决定顶针的长度为最大吸入口深度+抓盘厚度+可操作裕量L=100mm+25mm+95mm=220mm，满足使用。创新发展 追求卓越方案的分析及论证连接杆材料碳钢材料不锈钢材料合金钢材料连接杆部分抗扭强度金属 硬度创新发展 追求卓越方案的分析及论证连接杆固定形式螺纹固定螺母+垫片两端夹紧固定原理采用连接杆外螺纹与抓盘连接孔内螺纹间的螺纹配合连接连接杆套进抓盘长条孔内，采用两端放置垫片及拧紧螺母的方式将连接杆固定在抓盘上紧固性会出现左右晃动现象，紧固性较差采用螺母夹紧，较为紧固通用性采用螺

20、纹形式连接，只能使用直径与抓盘连接孔直径相同的连接杆，通用性较差。可根据实际需要，在连接杆直径小于抓盘连接杆孔径的前提下，放置不同直径的连接杆，通用性较强。创新发展 追求卓越方案的分析及论证方案一原理采用连接杆外螺纹与抓盘连接孔内螺纹间的螺纹配合连接连接杆套进抓盘长条孔内，采用两端放置垫片及拧紧螺母的方式将连接杆固定在抓盘上紧固性会出现左右晃动现象，紧固性较差采用螺母夹紧，较为紧固通用性采用螺纹形式连接，只能使用直径与抓盘连接孔直径相同的连接杆，通用性较差。可根据实际需要，在连接杆直径小于抓盘连接杆孔径的前提下，配置不同直径的连接杆，通用性较强。创新发展 追求卓越方案的分析及论证方案二创新发展

21、 追求卓越方案的分析及论证3.3 连接杆尺寸的确定连接杆作用是将抓盘固定在叶轮衬套上，衬套在风机叶轮前盘的吸入口内侧，经查阅阳江核电风机相关资料，直径小于1000mm的叶轮衬套距吸入口距离区间约为30mm-100mm，连接杆的长度决定了安装的可操作性。连接杆尺寸小于前盘吸入口深度，会造成抓盘无法塞进吸入口，即使可以塞进吸入口，在固定抓盘时也存在一定的难度。根据金属扭力强度计算公式可知:连接杆尺寸越长，抗扭强度就会越差，且不能大于顶针长度，以免干涉顶针紧固。因此，小组决定连接杆的长度为最大吸入口深度+抓盘厚度+可操作裕量顶针长度220mmL=100mm+25mm+55mm=180mm220mm，

22、满足使用。经查阅阳江核电风机相关资料，直径小于1000mm的叶轮衬套设置的两个拆卸螺栓孔尺寸有8mm、10mm、12mm三种，为了提高新型离型风机叶轮拆卸工具的通用性，达到本次QC活动的目标要求，因此小组决定分别设计M8、M10、M12三种规格的连接杆各2件，并设计相配套的M8、M10、M12的螺母、垫片各4件，螺母选择8.8级合金钢材质，垫片选择耐锈蚀不锈钢材质。 确定最佳方案创新发展 追求卓越新型离心风机叶轮拆卸工具抓盘部分顶针部分连接杆部分合金钢材料不锈钢材料对称长条孔长方形抓盘嵌钢珠顶端M16合金钢材料螺母+垫片两端夹紧固定 制定对策开始步骤1图纸设计步骤2材料准备验收合格步骤3加工制

23、作尺寸检验合格组装结束YES验收合格步骤4现场应用对策实施流程图NO创新发展 追求卓越 制定对策创新发展 追求卓越对 策目 标措 施完成时间地点负责人图纸准备绘制图纸图纸经过会审，宣布FU将施工图纸和施工措施上报相关部门审核05.02项目部金海鹏材料准备寻找及外购材料的尺寸、数量、材质等进行检查验收合格1、利用施工余料。2、列出材料清单，提交到物资公司进行采购。3、对材料进行联合验收05.20物质公司金海鹏加工制作加工加工表面光滑，内外螺纹均匀，各部件尺寸偏差均符合要求抓盘部分抓盘长、宽、高加工（偏差1mm）抓盘中心顶针孔钻孔（偏差0.1mm）抓盘两侧长条连接孔钻 孔、加工（偏差0.1mm）2

24、. 顶针部分顶针长度下料、加工（偏差1mm）顶针外螺纹加工（偏差0.1mm）顶针扳口加工（偏差1mm）连接杆部分连接杆长度下料、加工（偏差1mm）连接杆外螺纹加工（偏差0.1mm）05.25预制车间屈言令王庆洁组装各部件连接紧固，可灵活更换不同型号的连接杆及调整两连接杆间的距离，螺纹部位旋转顺畅，顶针内嵌钢珠紧固，滚动无卡涩1、镶嵌顶针钢珠2、抓盘与连接杆进行组装3、抓盘与顶针进行组装05.25预制车间屈言令王庆洁现场试用试用能正常灵活使用，不会对叶轮造成损坏。进行现场安全技术交底应用于2MX厂房油系统排烟风机的叶轮拆卸业主、厂家及我方质检人员的共同见证06.052MX厂房屈言令王庆洁 对策实

25、施一FOR USE 图纸准备：方案确定后，小组对其进行了整理并绘制了工具的尺寸加工图，上报项目部进行图纸会审，经批准宣布FOR USE后，予以实施。创新发展 追求卓越 对策实施二材料名称用途材质规格型号数量到货日期合格验收人六角螺母连接杆用高强合金钢M84件2013.07.20刘映虎六角螺母连接杆用高强合金钢M104件2013.07.20六角螺母连接杆用高强合金钢M124件2013.07.20不锈钢垫片连接杆用304M84件2013.07.20不锈钢垫片连接杆用304M104件2013.07.20不锈钢垫片连接杆用304M124件2013.07.20 施工余料中可利用材料清单材料名称用途材质规

26、格型号数量到货日期合格验收人不锈钢钢板制作抓盘3042000*30*301件2013.07.20刘映虎圆钢制作顶针高强合金钢16 L=2501根2013.07.20圆钢制作连接杆3048 L=2002根2013.07.20圆钢制作连接杆30410 L=2002根2013.07.20圆钢制作连接杆30412 L=2002根2013.07.20钢珠顶针用304=51件2013.07.20物资公司采购材料清单所需材料实物照片 =30mm的不锈钢板 16mm的圆钢 10、12mm的圆钢 8mm的圆钢 M8/M10/M12的六角头螺母及垫圈 5mm不锈钢珠 材料准备：小组成员根据最佳方案所需要的材料进行

27、整理，本着节约资源，降低成本的原则，在施工余料中寻找及采购，并列出材料采购清单，提交予物资公司进行采购。材料准备到位后，对材料的尺寸、数量、材质等进行检查验收均合格。创新发展 追求卓越 对策实施三加工制作及组装部件加工 部件抓盘 部件顶丝 部件连接杆、螺母及垫 部件组装 组装完成 创新发展 追求卓越 对策实施三部件名称数量目标要求设计尺寸mm实际尺寸mm实际偏差检查结论检查人抓盘1偏差1mm131*26*25131.6*26.4*25.20.4mm合格屈言令抓盘中心顶针孔1偏差0.1mm1616.070.07mm合格屈言令抓盘两侧长条连接孔2偏差0.1mm1212.090.09mm合格屈言令顶

28、针长度1偏差1mm220219.50.5mm合格屈言令顶针外螺纹1偏差0.1mm1615.020.08mm合格屈言令顶针扳口1偏差1mm14*1414.5*14.50.5mm合格屈言令连接杆长度6偏差1mm180179.30.7mm合格屈言令连接杆1外螺纹2偏差0.1mm1615.080.02mm合格屈言令连接杆2外螺纹2偏差0.1mm1615.010.09mm合格屈言令连接杆3外螺纹2偏差0.1mm1615.060.04mm合格屈言令螺母14偏差1mm88.30.3mm合格屈言令螺母24偏差1mm1010.60.6mm合格屈言令螺母34偏差1mm1212.40.4mm合格屈言令垫片14偏差1

29、mm88.80.8mm合格屈言令垫片24偏差1mm1010.70.7mm合格屈言令垫片34偏差1mm1212.50.5mm合格屈言令部件尺寸检查表创新发展 追求卓越 对策实施三项目目标要求检查结论检查人抓盘与顶针连接旋转顶针顺畅，无卡涩合格屈言令抓盘与连接杆连接连接紧固，可灵活更换不同型号的连接杆及调整两连接杆间的距离，使用时连接紧固合格顶针与钢珠连接顶针内嵌钢珠紧固，滚动无卡涩合格部件组装检查表目标检查：经检验，施工人员能够按照图纸设计尺寸进行下料，加工工艺优良，表面光滑，内外螺纹加工均匀，各部件尺寸偏差均符合要求。创新发展 追求卓越联合检查顶出叶轮旋紧顶针准备就绪安装顶针紧固连接杆连接杆及

30、抓盘就位拆卸叶轮顶端螺栓现场试用 对策实施四创新发展 追求卓越 效果检查序号系统型号叶轮直径选用工具(拉马/抽出工具/新型工具)投入人力拆卸用时1GRVWBF-350=350新型工具1人9min2GRVWBF-350=350新型工具1人11min3GHE9-19NO4A=456新型工具1人10min4GHE9-19NO4A=456新型工具1人12min5GGRNOEB-74-1=798新型工具1人14min6GGRNOEB-74-1=798新型工具1人16min7CETNAZY-74-1=900新型工具1人15min8CETNAZY-74-1=900新型工具1人18min目标值检查 自2014年6月小组制作了1套新型离心风机叶轮拆卸工具并投入到现场使用以来，小组先后共拆卸了8台直径