用于渦輪葉片加工的冷卻系統

在航空領域，三個字母代表著頂尖的技術：MTU。這家總部位于慕尼黑的公司專門從事各種推力和功率等級的民用和軍用發動機研發、制造和維護。慕尼黑工廠不僅是行政總部，也是重要的生產基地。這里生產普惠公司的高效傳動風扇發動機部件，與傳統的發動機相比，這種發動機可節省約25%的燃料。

3臺頻率控制工藝泵，每臺泵的泵送能力為2000L/min，它們確保根據需求為加工機械提供節能的供應
 

這些發動機需求旺盛，因此MTU預計產量將會不斷增長。這一預測也是新建多層生產廠房的關鍵因素，從2024年年初開始，該廠房底層將實現低壓渦輪葉輪的高度自動化車削和銑削。

“為了確保新工廠的生產過程安全，必須確保清潔、溫度精確的冷卻液供應，”車間負責人Zeljko Leovac強調道，“只有采用中央冷卻系統才能實現經濟效益。如果每臺機器都配備自己的冷卻系統，廠房的空間需求就會太大。”

積累了積極經驗

Knoll Maschinenbau獲得此類中央冷卻系統的訂單有多種原因。Christina Braun負責采購中央冷卻系統以及低壓渦輪葉片生產的加工設備，目前擔任該項目的項目經理，她說道：“40年來，我們一直使用Knoll系統進行冷卻液凈化。幾年前，我們在鈦加工車間安裝了2套大型的Knoll中央設備，對此我們非常滿意。”

新生產車間是為生產由鎳合金制成的低壓渦輪葉片而設計的，這里每年可生產多達6000件部件，在最終生產階段，產量預計將達到12000件

新車間只加工高強度的Inconel 718材料。Braun解釋道：“我們希望將這些切屑按種類回收，然后進行再循環利用。”這是Knoll能夠滿足的一項重要要求，此外，Knoll還滿足了技術可用性至少達到99%、低維護成本、可持續性以及最小空間需求等要求。

該設備安裝在廠房的一個獨立建筑中，以確保生產區域盡可能保持安靜。Braun認為：“這已經在現有的ZKSS設備中得到了驗證。”約190m2的空間內，現在放置著一個40m3的污水罐和一個帶式刮板輸送機，以及一個同樣大的儲存，用于大型維護工作。除了泵、過濾器和其他組件外，這里還安裝了一個自動化的切屑容器站。

機床上的Knoll組件

但Knoll的服務從生產車間就開始了。更確切地說，車削和銑削中心上都安裝了Knoll增壓站，以實現刀具內部冷卻液的高效供應。

此外，這些機床還配備了回泵站，包括用于將冷卻液和切屑輸送到中央設備的切屑粉碎機。Knoll負責該項目的Lothar Schmid提到：“我們專門為切屑設計了粉碎機，并使用原始切屑進行了測試。”

在設計回泵站時，項目團隊同時考慮了輸送高度（到車間天花板以下）和冷卻液、切屑混合物的產生量。

為未來做好準備

新的MTU生產系統將分兩個階段進行擴建，最終將包含全部8個車削中心和7個銑削中心。目前的第一階段僅實現了半數產能。第二階段將在2036年之前實現。

中央冷卻系統已為最終擴展階段做好準備，儲罐容量約為40m3，最大流量為3300L/min。此外，一個備份的儲存罐，用于在維護期間緩存全部冷卻液。

所需的25µm過濾精度通過三個階段實現：首先，在污水罐中進行沉淀。然后，通過提升裝置流過3個間隙寬度為0.2mm的過濾器，最后，流過2個反沖洗過濾器。

豐富的特殊裝備

為了長期保證冷卻液和切削部件的高質量，需要額外的組件。例如，一個帶20μm過濾網的Knoll真空過濾器VL1000，用于凈化反沖洗介質。還有一個旁路式離心分離器，它可以防止細微顆粒在冷卻液中積聚。下游的磁性分離器還可以從冷卻液中清除管道磨損造成的鉻鎳鐵合金屑。此外，還有一個浮油分離器，用于去除不需要的潤滑劑成分。

帶來回報

冷卻液的維護還包括其精確的成分。因此，每周進行一次實驗室檢測是必不可少的。“整個生產系統只需檢測一次，”Leovac強調道，“對于分散式冷卻液系統，必須對每臺機器進行采樣，并在必要時進行調整，中央冷卻系統在這方面節省了大量維護工作。”

冷卻液的補充是自動進行的。在此過程中，將自來水或去離子水與冷卻液混合后進行定量添加。其他添加劑，如殺菌劑和消泡劑，也可以自動添加，以保持冷卻液的穩定性。

Leovac說，這對于“確保部件質量始終如一”而言至關重要。同樣重要的是保持溫度穩定，Knoll通過2個安全熱交換器將溫度保持在±1開爾文的范圍內。

回收切屑

如開頭所述，低壓渦輪葉片在切削過程中會產生大量切屑。對于純凈的鉻鎳鐵合金而言，這些切屑并非廢物，而是寶貴的原材料。因此，MTU與一家回收公司合作，該公司回收切屑，將其熔化，并作為原材料再次利用。

因此，Knoll設備規劃師的任務還包括確保將從冷卻液中分離出來的切屑自動填充到MTU提供的專用容器中。由于一個容器的容量不足以滿足40小時無人值守的周末運行需求，因此必須建立一個集裝箱轉運站，以便自動填充和緩沖多個容器。

自動化能力

“在此過程中，我們受益于以往項目的經驗，”Knoll銷售經理Gerhard Fink說道，“我們還為MTU的另外兩個中央工廠配備了類似的站點，并在此基礎上進行了進一步改進，以適應當前的情況。”在狹窄的空間內，讓叉車能夠輕松進入裝載和取貨站點并保持安全距離是一項特別艱巨的任務——但最終我們成功了。

幸運的是，規劃團隊獲得了來自Knoll自動化部門的專業知識，該部門專門從事輸送系統領域的工作。因此，最終實施的解決方案基于Knoll開發的滾輪輸送系統，該系統可容納多達7個容器（3個滿容器和3個空容器的緩沖區，以及1個填充站的位置）。

平等的合作關系

從設計到安裝中央冷卻液系統和容器站，Knoll和MTU的合作體現了雙方的高度投入。“Knoll一直滿足我們的要求。”Braun強調道。Leovae對冷卻液供應一年未出現故障感到特別高興：“自投入運營以來，該系統一直運行良好。我們對此非常感激。”

作者：Wolfgang Klingauf

來源：榮格-《國際金屬加工商情》

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