張春娟

（陜西鼓風(fēng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司，西安 710611）

1 引言

陜鼓生產(chǎn)制造的能量回收透平發(fā)電裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)：TRT），是一種將高爐爐頂煤氣具有的壓力能和熱能，通過(guò)膨脹作功轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電或驅(qū)動(dòng)其它設(shè)備進(jìn)行能量回收的一種裝置。第一級(jí)靜葉為全靜葉可調(diào)的TRT，靜葉角度的開(kāi)度大小是由動(dòng)力油站提供動(dòng)力的伺服作動(dòng)器來(lái)控制完成的，伺服作動(dòng)器能否準(zhǔn)確地調(diào)整控制TRT的靜葉角度，是滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)風(fēng)機(jī)性能要求的關(guān)鍵點(diǎn)，這也是TRT 裝配工序的技術(shù)關(guān)鍵。

2 結(jié)構(gòu)介紹

本文介紹的TRT 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為伺服作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)、一級(jí)靜葉可調(diào)；可調(diào)的靜葉通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、搖柄機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向圈體（上下半水平剖分件）與伺服作動(dòng)器連接，從而控制靜葉角度的開(kāi)度，具體見(jiàn)圖1所示。導(dǎo)向圈體與搖柄機(jī)構(gòu)組成導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與安裝在機(jī)殼上的伺服作動(dòng)器連接在一起，伺服作動(dòng)器是由動(dòng)力油站提供的12MPa的動(dòng)力油控制作直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)作小行程的圓周往復(fù)運(yùn)動(dòng)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)因?qū)蛉w運(yùn)動(dòng)而不停轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)靜葉作往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不斷滿(mǎn)足工況調(diào)整需要。從而可以看出：靜葉角度的準(zhǔn)確控制，取決于各個(gè)機(jī)構(gòu)的匹配，如何有效匹配就成為T(mén)RT的裝配難點(diǎn)，也是風(fēng)機(jī)運(yùn)行性能好壞的決定因素。

圖1

3 存在問(wèn)題

在TRT的裝配中，我們?cè)陟o葉角度的最小角的狀態(tài)下，以導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的下半件為基準(zhǔn)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的初始匹配，最終導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上、下半扣合，再通過(guò)微量調(diào)整伺服作動(dòng)器來(lái)完成機(jī)構(gòu)的精確匹配。在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)圖中給出伺服作動(dòng)器的總行程，第一級(jí)靜葉角度的最大角、中間角、最小角；以上參數(shù)對(duì)技術(shù)工人的操作來(lái)說(shuō)，沒(méi)有可操作性，因此轉(zhuǎn)換以上參數(shù)，找到便于技術(shù)工人操作的參數(shù)，是我們急需解決的問(wèn)題。

4 解決辦法

4.1 建立幾何模型

為了解決此問(wèn)題，我們對(duì)相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行了分析。兩大機(jī)構(gòu)(曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu))的相互配合實(shí)現(xiàn)了對(duì)靜葉角度的控制，這需要找出整個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的關(guān)鍵件，通過(guò)對(duì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)圖紙的分析，找出導(dǎo)向圈體是兩大機(jī)構(gòu)的共同載體。從圖1 可以看出：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的滑塊安裝在導(dǎo)向圈體內(nèi)孔槽內(nèi)，搖柄機(jī)構(gòu)中的座架安裝在導(dǎo)向圈體外圓上有一定角度的小平面上，因此導(dǎo)向圈體是我們解決問(wèn)題的關(guān)鍵件；分析導(dǎo)向圈體在整個(gè)TRT 運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)特性，成為解決此問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)。

通過(guò)長(zhǎng)期的工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，我們采用建立幾何模型的辦法有效解決了此問(wèn)題，即將導(dǎo)向圈體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程假定為勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)靜葉角度在最大角、中間角、最小角的三種狀態(tài)下，導(dǎo)向圈體運(yùn)動(dòng)到此三種位置的狀態(tài)下進(jìn)行幾何模型的建立，結(jié)合圖紙給出的已知條件：伺服作動(dòng)器的總行程，第一級(jí)靜葉角度的最大角、中間角、最小角和導(dǎo)向圈體的幾何尺寸，建立如圖2的幾何模型，通過(guò)相似三角形的特性，將以上參數(shù)轉(zhuǎn)化為式（1）和式（2），就可以計(jì)算出導(dǎo)向圈體外圓在第一級(jí)靜葉角度從最大角旋轉(zhuǎn)到中間角，或從中間角旋轉(zhuǎn)到最小角時(shí)的運(yùn)動(dòng)變量值，此運(yùn)動(dòng)變量值便于技術(shù)工人的操作，從而解決了TRT 行程匹配中的操作難題。

其中：

L 為伺服作動(dòng)器總行程；β1為第一級(jí)靜葉角度的最大角；β2為第一級(jí)靜葉角度的中間角；β3為第一級(jí)靜葉角度的最小角；A、B 值可從導(dǎo)向機(jī)構(gòu)圖中查到。

從式（1）、式（2）可以計(jì)算出X1、X2值，即可知道第一級(jí)靜葉角度在最大角、中間角、最小角的狀態(tài)下導(dǎo)向圈體運(yùn)動(dòng)的相對(duì)位置。操作人員根據(jù)X1、X2值，以下半導(dǎo)向圈體中分面部位為基準(zhǔn)，確定導(dǎo)向圈體在靜葉角度極限位置時(shí)的變化量為X1、X2值，X1是靜葉角度關(guān)到最小時(shí)的量，X2是靜葉角度開(kāi)到最大時(shí)的量。以上過(guò)程為設(shè)計(jì)要求值的相關(guān)計(jì)算過(guò)程，實(shí)際的匹配操作只須將導(dǎo)向圈體運(yùn)動(dòng)到X1或X2值位置，再將TRT的一級(jí)靜葉角度確定為最小角或最大角，在此時(shí)將各個(gè)機(jī)構(gòu)的相互位置確定，就完成行程的初始匹配。操作過(guò)程簡(jiǎn)單、直觀、可行。

4.2 幾何模型的應(yīng)用（以某TRT 產(chǎn)品為例）

已知數(shù)據(jù)：第一級(jí)靜葉角度的最大角β1=60°,中間角β2＝45°，最小角β3=20°，伺服作動(dòng)器總行程 L=120mm；A=830mm，B=1020mm；按照?qǐng)D2 幾何模型建立圖3的簡(jiǎn)單幾何模型圖。利用以上數(shù)學(xué)公式計(jì)算:

通過(guò)計(jì)算得出X1=61.03mm、X2=36.62mm，即可知道第一級(jí)靜葉角度從中間角關(guān)到最小角時(shí)導(dǎo)向圈體運(yùn)動(dòng)值為61.03mm；第一級(jí)靜葉角度從最大角關(guān)到中間角時(shí)導(dǎo)向圈體運(yùn)動(dòng)值為36.62mm。將導(dǎo)向圈體向關(guān)的方向運(yùn)動(dòng)61.03mm，第一級(jí)靜葉角度定為20°，將導(dǎo)向圈體向開(kāi)的方向運(yùn)動(dòng)36.62mm，第一級(jí)靜葉角度定為60°，即完成行程匹配操作。

5 結(jié)論

在TRT 產(chǎn)品的行程匹配過(guò)程中，工程技術(shù)人員通過(guò)建立幾何模型，并利用公式可快速計(jì)算出X1、X2值，技術(shù)工人依據(jù)X1、X2值即可完成行程的初始匹配，最終在檢測(cè)靜葉角度時(shí)微量調(diào)整伺服作動(dòng)器來(lái)達(dá)到最佳匹配效果。通過(guò)在20 多臺(tái)產(chǎn)品中應(yīng)用此建立幾何模型的方法，解決了TRT的行程匹配問(wèn)題，均能滿(mǎn)足圖紙的精度要求。從而可以看出，在工程技術(shù)領(lǐng)域中建立幾何模型的方法能解決實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)難題，是一種有效可行的方法。

圖3