用于涡轮叶片加工的冷却系统

在航空领域，三个字母代表着顶尖的技术：MTU。这家总部位于慕尼黑的公司专门从事各种推力和功率等级的民用和军用发动机研发、制造和维护。慕尼黑工厂不仅是行政总部，也是重要的生产基地。这里生产普惠公司的高效传动风扇发动机部件，与传统的发动机相比，这种发动机可节省约25%的燃料。

3台频率控制工艺泵，每台泵的泵送能力为2000L/min，它们确保根据需求为加工机械提供节能的供应
 

这些发动机需求旺盛，因此MTU预计产量将会不断增长。这一预测也是新建多层生产厂房的关键因素，从2024年年初开始，该厂房底层将实现低压涡轮叶轮的高度自动化车削和铣削。

“为了确保新工厂的生产过程安全，必须确保清洁、温度精确的冷却液供应，”车间负责人Zeljko Leovac强调道，“只有采用中央冷却系统才能实现经济效益。如果每台机器都配备自己的冷却系统，厂房的空间需求就会太大。”

积累了积极经验

Knoll Maschinenbau获得此类中央冷却系统的订单有多种原因。Christina Braun负责采购中央冷却系统以及低压涡轮叶片生产的加工设备，目前担任该项目的项目经理，她说道：“40年来，我们一直使用Knoll系统进行冷却液净化。几年前，我们在钛加工车间安装了2套大型的Knoll中央设备，对此我们非常满意。”

新生产车间是为生产由镍合金制成的低压涡轮叶片而设计的，这里每年可生产多达6000件部件，在最终生产阶段，产量预计将达到12000件

新车间只加工高强度的Inconel 718材料。Braun解释道：“我们希望将这些切屑按种类回收，然后进行再循环利用。”这是Knoll能够满足的一项重要要求，此外，Knoll还满足了技术可用性至少达到99%、低维护成本、可持续性以及最小空间需求等要求。

该设备安装在厂房的一个独立建筑中，以确保生产区域尽可能保持安静。Braun认为：“这已经在现有的ZKSS设备中得到了验证。”约190m2的空间内，现在放置着一个40m3的污水罐和一个带式刮板输送机，以及一个同样大的储存，用于大型维护工作。除了泵、过滤器和其他组件外，这里还安装了一个自动化的切屑容器站。

机床上的Knoll组件

但Knoll的服务从生产车间就开始了。更确切地说，车削和铣削中心上都安装了Knoll增压站，以实现刀具内部冷却液的高效供应。

此外，这些机床还配备了回泵站，包括用于将冷却液和切屑输送到中央设备的切屑粉碎机。Knoll负责该项目的Lothar Schmid提到：“我们专门为切屑设计了粉碎机，并使用原始切屑进行了测试。”

在设计回泵站时，项目团队同时考虑了输送高度（到车间天花板以下）和冷却液、切屑混合物的产生量。

为未来做好准备

新的MTU生产系统将分两个阶段进行扩建，最终将包含全部8个车削中心和7个铣削中心。目前的第一阶段仅实现了半数产能。第二阶段将在2036年之前实现。

中央冷却系统已为最终扩展阶段做好准备，储罐容量约为40m3，最大流量为3300L/min。此外，一个备份的储存罐，用于在维护期间缓存全部冷却液。

所需的25µm过滤精度通过三个阶段实现：首先，在污水罐中进行沉淀。然后，通过提升装置流过3个间隙宽度为0.2mm的过滤器，最后，流过2个反冲洗过滤器。

丰富的特殊装备

为了长期保证冷却液和切削部件的高质量，需要额外的组件。例如，一个带20μm过滤网的Knoll真空过滤器VL1000，用于净化反冲洗介质。还有一个旁路式离心分离器，它可以防止细微颗粒在冷却液中积聚。下游的磁性分离器还可以从冷却液中清除管道磨损造成的铬镍铁合金屑。此外，还有一个浮油分离器，用于去除不需要的润滑剂成分。

带来回报

冷却液的维护还包括其精确的成分。因此，每周进行一次实验室检测是必不可少的。“整个生产系统只需检测一次，”Leovac强调道，“对于分散式冷却液系统，必须对每台机器进行采样，并在必要时进行调整，中央冷却系统在这方面节省了大量维护工作。”

冷却液的补充是自动进行的。在此过程中，将自来水或去离子水与冷却液混合后进行定量添加。其他添加剂，如杀菌剂和消泡剂，也可以自动添加，以保持冷却液的稳定性。

Leovac说，这对于“确保部件质量始终如一”而言至关重要。同样重要的是保持温度稳定，Knoll通过2个安全热交换器将温度保持在±1开尔文的范围内。

回收切屑

如开头所述，低压涡轮叶片在切削过程中会产生大量切屑。对于纯净的铬镍铁合金而言，这些切屑并非废物，而是宝贵的原材料。因此，MTU与一家回收公司合作，该公司回收切屑，将其熔化，并作为原材料再次利用。

因此，Knoll设备规划师的任务还包括确保将从冷却液中分离出来的切屑自动填充到MTU提供的专用容器中。由于一个容器的容量不足以满足40小时无人值守的周末运行需求，因此必须建立一个集装箱转运站，以便自动填充和缓冲多个容器。

自动化能力

“在此过程中，我们受益于以往项目的经验，”Knoll销售经理Gerhard Fink说道，“我们还为MTU的另外两个中央工厂配备了类似的站点，并在此基础上进行了进一步改进，以适应当前的情况。”在狭窄的空间内，让叉车能够轻松进入装载和取货站点并保持安全距离是一项特别艰巨的任务——但最终我们成功了。

幸运的是，规划团队获得了来自Knoll自动化部门的专业知识，该部门专门从事输送系统领域的工作。因此，最终实施的解决方案基于Knoll开发的滚轮输送系统，该系统可容纳多达7个容器（3个满容器和3个空容器的缓冲区，以及1个填充站的位置）。

平等的合作关系

从设计到安装中央冷却液系统和容器站，Knoll和MTU的合作体现了双方的高度投入。“Knoll一直满足我们的要求。”Braun强调道。Leovae对冷却液供应一年未出现故障感到特别高兴：“自投入运营以来，该系统一直运行良好。我们对此非常感激。”

作者：Wolfgang Klingauf

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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