２０１４年・第３期 技术与研究 中国材料科技与设备（双月刊） 多用炉气氛搅拌风机的结构优化和设计改进 陈文荣 （万向钱潮股份有限公司，浙江杭州３１１２１５） 摘要：本司多用炉气氛搅拌电机结构原来为进口整体连轴式，出现故障时拆卸、维修和安装非常麻烦，造成大量人 工、时间和成本的浪费。通过分析和研究原来进口搅拌风机存在的缺陷和不足，对多用炉气氛搅拌风机进行结构优化和设 计改进，搅拌风机主体结构由“整体式”改成“分体式”结构，这样不仅拆卸、维修方便，节约了大量时间和成本，更保 证了产品热处理质量的稳定性，取得了明显的经济效益。 关键词：热处理；搅拌风机；结构优化；设计改进 中图分类号：ＴＧ１５５．１ 文献标识码：Ａ ０ 现状和问题分析 产品渗层的均匀性，根本上保证了产品的渗碳热处理质 量。多用炉气氛搅拌风机改进前主要由连轴电机，冷却水 近几年来，公司热处理车间陆续引进密封箱式多用炉生 箱，流量管道，保温石棉，风叶轮等构成。如图１所示 产线，安装调试完毕后投入正常使用，多用炉在生产加工过程 （改进前搅拌风机整体装配图）。 中，热处理工件产品质量、设备的运行稳定性方面都非常令人 １．２气氛搅拌风机故障原因分析 满意。由于热处理设备持续在高温环境下工作的特点，运行两 ・电机本身元件、线圈老化，导致电机故障，无法正 年之后发现多用炉的气氛搅拌风机经常出现故障，由于是整体 常运转； 式结构，拆卸、维修和安装非常不方便，且要停炉、降温再升 ・电机轴承温升过高（≥１００℃），导致轴承高温失效、 温，造成大量时间浪费，停炉维修对炉内产品的热处理质量也 卡死，无法运转； 会造成很大的影响，甚至会现批量报废的情况，给公司造成很 ・转动轴承声音异常，无法正常运转； 大的损失。另一方面，多用炉搅拌风机的零配件多为进口配 ・风扇主轴受腐蚀严重，无法正常运转。 件，从国外采购费用高、时间长，很大程度上影响产品及时产 ２ 气氛搅拌风机改进前存在的结 出。为解决上述问题，我们对多用炉设备的气氛搅拌风机整体 进行结构优化和设计改进，搅拌风机主体结构由“整体式”改 构缺陷和设计不足 成“分体式”，并实行零配件国产化，这样不仅拆卸维修方便、 ２．１电机和风扇主轴整体式连接。维修时无法 节约成本，又不影响产品质量和及时产出。 拆分 １ 多用炉气氛搅拌风机的整体构 由于搅拌风机为整体连轴式，即电机转轴与风扇轴为 成和故障分析 整体一根，无法拆分，这种情况下，如果电机出现故障无 法运转，则必须把整体电动机、主轴、风扇全部吊出，才 １．１气氛搅拌风机整体构成 能进行维修。在风机吊出前，必须停炉降温，多用炉停炉 气氛搅拌风机是密封箱式多用炉重要部件，它的风叶 降温时间需要２天，对风机进行维修或更换配件少则１天， 边上就是渗碳剂流量滴管，它的正常运作使密封箱式多用 多则２天，修理并安装风机后，再对炉子升温又需２天时 炉内的气体循环流动，确保了炉内碳势气氛、加热温度的 间，一般情况下前后需１周左右时间，这样势必造成较大 均匀性，使所有加工产品处于均匀碳势气氛中，确保所有 的停产损失和能耗损失，而且炉子温度一降一升的热胀冷 缩对炉墙、加热辐射管等元件损害较大，会直接导致炉墙 松动、间隙变大，严重影响炉墙的保温性能，辐射管也会 出现破损和整体使用寿命下降的情况。 ２．２电机位置离炉体位置太近，电机容易受高热 而损坏 由于电机位置离炉体位置太近，电机长期处于炉体的 ①②连轴电机；③砖却水箱；④流量管道；囝保温石棉；⑥风叶轮；⑦炉体 高温环境中，会加快电机元件的老化，缩短电机使用寿命， 图１改进前搅拌风机整体装配图 导致电机经常出现故障。电机一旦出现故障，就必须停炉 降温，对搅拌电机整体吊出维修，给产品生产、质量、成 本带来很大的影响。 ＊作者简介：陈文荣（１９７２一），男，工程师，主要从事热处理工艺和设备方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｅｎｒｏｎｇ一１９８８＠１６３．ｃｏｒｎ ・７４・ｈｔｔｐ：／／ｗ￣．ｃｒｎａｓｔｅｑ．ｃｏ￣ｒｆｌ 中国材料科技与设备（双月刊） 多用炉气氛搅拌风机的结构优化和设计改进 ２ｏ１４年・第３期 ２．３风机主轴承、辅助轴承没有润滑脂浸润。容 易磨损、碎裂和卡死 风机结构优化前，风机主轴、转动轴承直接和渗碳气 氛接触，没有润滑油脂浸润和润滑，轴承长期高温运转后， 没有油脂充分润滑，很容易出现磨损、碎裂和卡死，导致 搅拌风机无法正常运转，要更换轴承，又必须把搅拌风机 整体吊出，影响生产、质量和成本。 ２．４搅拌风机采用整体进口配件。采购比较困难 由于该搅拌风机是专利产品，国内市场上无替代品， 且南于是进口配件，价格也比较高，采购周期也比较长， 有时会严重耽误正常生产。 ３ 气氛搅拌风机结构优化和设计 改进的总体思路和方案 为了改变目前因气氛搅拌风机出现故障就必须停炉检 修的现状，同时为了维修方便，减少备件费用支出，保证 产品热处理质量，不影响正常生产，最大程度发挥密封箱 式多用炉的综合效率，必须对目前搅拌风机整体进行结构 优化和设计改进。搅拌电机总体结构优化思路是把它原来 的“整体式”结构改为“分体式”结构，采用电机主轴与 风叶转轴分离的结构，设计为电机支承体与风叶转轴支承 体两个单元，既相对独立义整体联动，便于拆卸、维修和 安装，从而有效避免了一有故障就必须停炉降温，对主轴 风机整体更换的情况出现，极大提高了维修效率，保证了 产品热处理质量。 改进后气氛搅拌风机总体装配图２所示。 ①电动机；⑦风机主轴；固冷却水箱；④流量管道；＠保温石棉 ＠风叶轮；⑦炉体；＠支承托槊；⑨支承架；＠联轴器 图２改进后搅拌风机总体装配图 ３．１电机的优化选用 用普通电机（Ｙ１１２ｍ一６，２．２ｋｗ）代替进口ＡＢＢ电 机，便于电机的维修和购买，同时也降低电机采购成本。 ３．２搅拌风机主轴材料、尺寸的优化设计 为尽可能降低材料成本，风机主轴采用分段不同材料 制造加工。风机主轴炉内部分由于长期处在高温、渗碳气 氛的环境中，容易产生变形、腐蚀，故采用耐高温、耐腐 蚀的直径０５６ｍｍ材料Ｇｒ２５Ｎｉ２０Ｓｉ２的不锈钢圆钢，而炉体 上半部分主轴处于低温、低腐蚀环境中，主轴采用直径 ７４ｍｍ普通冷拉型４５＃钢，两者通过接口配合，焊接牢固 后再表面精车成形，最大程度上降低主轴材料成本。另外， 通过加大风扇轴直径，轴直径增大至０５６ｍｍ，转动轴承换 成Ｚ６３１３，增强风扇主轴抗腐蚀能力，提高风扇轴在高温 中运转的使用寿命，如图３所示。 图３风机主轴 ３．３联轴器的优化设计 选用和设计结构简单、装卸方便、易修理的爪型弹性 联轴器。通过联轴器，把电机主轴和风扇主轴联结一起， 电机和风扇主轴通过联轴器联结，既整体联动又相互独立， 在出现电机故障需修理时，只需拆除电机与电机支承体问 的螺栓即可，不需要停炉降温，极大简化了拆卸程序，大 量节约了停炉维修时间，如图４所示。 孔 图４联轴器 ３．４支承架的优化设计 选用和设计为联轴器、电动机工作提供硬件支撑的支 承架，为联轴器运转提供保护和空间，同时支撑电动机重 量，起到承上启下的作用，如图５所示。 图５支承架 ３．５支承托架的优化设计 选用和设计用于安装轴承、高温油脂和支撑电机的支 承托架。支承托架主要用于安装两端面的辅助转动轴承， 里面充满耐高温油脂，耐高温油脂主要对上、下端轴承起 到持续润滑的作用，防止轴承干磨和碎裂，延长轴承使用 寿命；另一方面防止炉内渗碳气氛外泄，起到密封保护气 氛作用，如图６所示。 ｈｔｔｐ ｜｜ 咖．ｃｍａｓｔｅｑ．ｃｏｒｎ・７５・ ２０１４年・第３期 技术与研究 中国材料科技与设备（双月刊） 且 图６支承托架 ３．６改进后气氛搅拌电机各结构组成件的作用 ・电动机——一输出搅拌风机动能装置； ・风机主轴一联结电机主轴和风扇，提供风扇旋转 动力； ・联轴器——联结电机主轴单元和风扇主轴单元； ・支承架一为联轴器、电动机工作提供硬件支撑； ・支承托架一一安装辅助转动轴承、高温油脂和提高 电机安装高度的载体； ・冷却水箱…～为风机主轴和轴承运转提供循环水 冷却； ・风叶轮——旋转时，对渗碳气氛充分搅拌，使碳势 和温度在炉内均匀分布。 ３．７改进后搅拌电机主要结构件材料 ・联轴器——４５＃钢，经调质处理，保证其有足够的 强度、．・支承架…一 －ＱＴ６ＯＯ 铸铁，热胀冷缩系数／铸铁，热胀冷缩系数小，不易 Ｊ、，不易 ５变形； ・支承托架一ＱＴ６０ｏ铸铁，热胀冷缩系数小，不易 变形； ・风机主轴一一炉内部分采用Ｇｒ２５Ｎｉ２０Ｓｉ２不锈钢网 钢，具有耐高温、耐腐蚀作用；炉体外端部分采用４５＃钢 圆钢，材料成本低； ・风叶轮——Ｇｒ２５Ｎｉ２０Ｓｉ２材料，具有耐高温、耐腐 蚀作用。 ４ 多用炉搅拌风机结构优化和设 计改进后的效果分析 多用炉搅拌风机经过结构优化和设计改进后，经过近 二年的运行，前后对比发现，主要取得了以下的效果和 优点： ４．１采用分体式结构后，风机拆卸、维修、安装 简单方便，维修效率高 如果电机出现故障，只需把整电机主轴从联轴器上拆 卸即可，再把新的电机轴和联轴器配合就可以了，修复速 度很快，时间也很短，马以可以正常使用。这样，就避免 了电机一ｍ现故障，就必须停炉、降温，风机整体吊 、 维修再整体安装的情况。 ４．２节约了大量的停炉、降温、维修和升温时间 南于改进后风机的拆卸、安装方便，原来需一周左右 的维修时间，现在最多只需几个小时就可以修复，义不用 停炉、降温和重新升温，节省了大量的时间成本。 ４．３维修时。不耽误热处理产品的及时产出 改进前，电机一旦出现运行故障，就必须停炉、降温、 维修和升温，前后需一周左右，很大程度影响了产品的产 ，导致交货不及时，甚至给顾客和公司造成很大损失。 改进后，由于拆卸方便，维修时间不超过几个小时，不用 专门停炉、降温，可正常进行热处理生产，不会耽误产品 的及时产出。 ４．４维修时。炉内产品热处理质量得到有效保证 风机改进后，由于拆卸和维修时间短，不必经过停炉、 降温、修复再升温的过程，炉内的产品可以正常热处理加 工，产品也不会出现返工、甚至报废的情况，产品热处理 质量得到了有效的保证。 ４．５配件采购方便、成本降低 风机改进后，主要构件都采用了国产化，采购非常方 便，不用等待很长的采购周期；同时国产电机、配件比进 口的电机、配件价格便宜很多，原来修复和更换电机需 １８０００元，现在只需４０００多元，配件成本大幅下降。 ４．６搅拌风机整体使用寿命得到有效延长 由于对风机的整体结构进行了优化和改进，电动机整 体位置抬高，不再处于高温的环境中，使用寿命大幅延长； 改进后风机辅助转动轴承处于耐高温油脂浸润中，在长期 运转过程中，不会出现由于缺油脂润滑而出现的磨损、断 裂甚至卡死的情况，提高了轴承的使用寿命。 绢 匕结论 通过对多用炉气氛搅拌风机的结构优化和设计改进， 风机由“整体式”结构改进为“分体式”结构，并对组成 的构件进行了一系列的优化设计。结构优化和设计改进后， 气氛搅拌风机不仅维修拆卸方便、降低了维修成本，同时 又保证了产品质量和及时产出。多用炉搅拌风机改进二年 多时间以后，基本没有出现搅拌风机故障，即使出现故障 维修也非常方便，每台多用炉每年可节约维修成本１Ｏ万余 元，又节约了大量的维修时间。由于多用炉气氛搅拌风机 结对优化和设计改进取得的经济效益明显，目前正在逐步 推广到网带炉、双推连续炉和自动推杆炉等其它热处理设 备匕。 参考文献： Ｅ１］成大先．机械设计手册［Ｍ］．化学Ｔ业出版社：１９９９．９ ［２］王先逵．现代制造技术手册［Ｍ３．国防工业出版 社：２００１．７ Ｅ３］盂少农．机械加工工艺手册［Ｍ３．机械工业出版 社：１９９１．９ Ｅ４］汪恺．技术制图与机械制图标准实用手册ＥＭ］．中同标 准出版丰十：１９９８．６ ［５］丁武学．高级装配钳Ｔ实用技术手册［Ｍ］．江苏科学技 术出版社：２００６．１ Ｅ６３钱大川．联轴器、离合器选型设计与制造工艺实用手册 ［Ｍ］．北京工业大学出版社：２００６．８ （下转８５页） 中国材料科技与设备（双月刊） 轻金属材料在核反应茎 堕旦 ２０１４年・第３期 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｍｅｔａｌｓ ｉｎ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｒｅａｃｔｏｒ ＸＩＡＯ Ｙａ ｇ¨，ＬＩ Ｈａｏ 一，ＬＩＵＸｕ—ｈｅ ，ＷＡＮＧ Ｓｏｎｇ—ｓＰ ，ＷＡＮＧ Ｊｕｎ—ＷＵ （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ—ｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＣＨＡＬＣＯ，Ｈｅ’ｎａｎ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，４５００４１’Ｃｈｉｎａ； ２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅ’ｎａｎ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，４５００４１’Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉ．ｉｇｈｔ ｍｅｔａ１ ｅｌｅｍｅｎｔｓ（Ｌｉ，Ｂｅ，Ｎａ，Ｍｇ，Ａ１）Ｃｌｏｓｅ ｔｏ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｌｌｏｙｓ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｃｌａｄｄｉｎｇ， ｍｏｄｅｒａｔｏｒ，ｎｅｕｔｒｏｎ ｓｏｕｒｃｅ，ｃｏｏｌａｎｔｓ，ｔｒｉｔｉｕｍ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｉｎ ｎｕｃｌｅａｒ ｆｉｓｓｉｏｎ ｏｒ ｆｕｓｉｏｎ ｒｅａｃｔｏｒ ｏｗｉｎｇ ｔＯ ｔｈｅｉｒ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｓｍａｌｉ ｎｅｕｔｒｏｎ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｄｕｃｅｄ ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｉｔｙ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｌｉｇｈｔ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｎｕｃｌｅａｒ ｆｉｅｌｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌｉｇｈｔ ｍｅｔａｌｓ；Ｎｕｃｌｅａｒ ｒｅａｃｔｏｒ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｛．Ｈ．Ｈ．｝｛．Ｈ．Ｈ．Ｈ．Ｈ．Ｈ．Ｈ・｝＿｛・Ｈ・｝｛・暑＿｛．｝÷｝÷｝÷｝｛・｝｛・Ｈ・｝＿｛・ｋ－Ｉ・Ｆ－］・｝＿｛・｝＿｛・Ｈ・｝｛・｝＿｛・｝＿｛‘｝｛‘Ｈ‘Ｈ。Ｈ。Ｈ’｝－÷｝÷｝｛．｝｛’Ｈ。｝＿ｉ．｝÷｝÷Ｈ‘｝－｛‘ｋ－Ｉ’ｋ－］。｝ （上接７６页） Ｔｈｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ａｂｏｕｔ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ Ｓｔｉｒｒｉｎｇ Ｍｏｔｏｒ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅ Ｆｕｒｎａｃｅ ＣＨＥＮ 一加 ｇ （Ｗａｎｘｉａｎｇ Ｑｉａｎｃｈａｏ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，３１１２１５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔｉｒｒｉｎｇ ｍｏｔｏｒ ｏｆ ｏｕｒ ｈｅａｔ－ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ａ ｕｎｉｔａｒｙ ｓｈａｆｔ． Ｗｈｅｎ ｉｔ ｈａｓ ａ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｔ’ｓ ｖｅｒｙ ｈａｒｄ ｆｏｒ ｕｓ ｔ０ ｆｉｘ ｔｈｅ ｓｈａｆｔ．Ｗｅ ｓｈｏｕｌｄ ｓｔｏｐ ａｎｄ ｃｏｏｌ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｈｅｎ ｃａｒｒｙ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｔＯ ｆｉｘ ｉｔ．Ａｌｓｏ ｗｅ’１１ ｐｕｔ ｉｔ ｂａｃｋ ｔｈｅｎ ｓｔａｒｔ ｔｈｅ ｈｅａｔ—ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍａｃｈｉｎｅ．Ｉｔ Ｓ ｖｅｒｙ ｈａｒｄ．Ｗｅ ｗａｓｔｅ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｔｉｍｅ．Ｔｈｉｓ ｌｅｓｓｏｎ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｎｅｗ ｍｏｔｏｒ ｔｈａｔ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ｕｎｉｔａｒｙ ｓｈａｆｔ ｔＯ ｐａｒｔｓ ＳＯ ｔｈａｔ ｗｅ ｃａｎ ｆｉｘ ｉｔ ｅａｓｉｌｙ． Ｗｅ ｏｎｌｙ ｕｓｅ ｌｉｔｔｌｅ ｔｉｍｅ ｔＯ ｆｉｘ ｉｔ ｗｈｅｎ ｉｔ ｃａｎ ｎｏｔ ｗｏｒｋ．Ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｇｕａｒａｎｔｅｅｓ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｐａｒｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｈｅａｔ－－ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍａｋｅｓ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｏ ｏｕｒ ｃｏｍｐａｎｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｅａｔ—ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；Ｓｔｉｒｒｉｎｇ ｍｏｔｏｒ；Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｈｔｔｐ：｝Ｉ 肘∞．ｃｍａｓｔｅｑ．ｃ帆・８５・
