CN101175606B - 超声波喷丸处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

在压应力的应用有助于减少高应力零件上的裂纹形成的发生率的情形中，需要超声波喷丸处理。超声波喷丸处理在现场应用中可被执行而不需要从机器上去除转子(14)。该系统包括：声学元件(44)，其激励喷丸室(20/22/32)内的喷丸介质。框架(12)可连接到装配的轮机转子零件(14)，且包括可与声学元件(44)配合的支撑结构(40)。框架(12)可与和轮机转子零件(14)一起限定和封住喷丸室的室工具(42)协作。

Description

超声波喷丸处理系统及方法

相关申请的交叉参照 

本申请要求受益于2005年5月12日提交的序列号为60/680039的美国临时专利申请，其全部内容合并于此以作参考。 

本发明背景 

本发明涉及仍处于外壳中的组装转子零件或单个零件的喷丸，尤其涉及燃气轮机、蒸汽轮机或水力机械的转子零件的超声波喷丸处理，其中喷丸硬化被认为是必要的或期望的。 

通常认为当零件被喷丸硬化时，特定材料的疲劳寿命被增强。喷丸导致残余压应力，其减缓裂纹的开始。使用极其广泛的喷丸技术包括大量(很多磅)的小尺寸金属的或陶瓷“丸”，其被推进到要喷丸的零件。在车间环境中，小丸可被清楚地容易地从零件清除以避免导入运转的轮机。 

如果转子零件在现场被修理或修改，零件可要求被再喷丸硬化，以引入压应力以在返回服役时抵抗裂纹。然而，在应用领域，传统的喷丸硬化处理广范围地散射弹丸在工作区域，且弹丸的小碎片不容易从轮机单元回收。残留在单元中的弹丸造成对轮机运转的威胁。 

除了传统的喷丸形式还存在如激光震动、水穴蚀等；然而，这些形式不是非常昂贵就是不能容易地在现场适用。 

超声波喷丸是一种可用的商用技术，其通常使用在车间环境中的固定的计算机控制的机器来喷丸处理固定形状的零件。该配置通常要求(1)零件具有最大尺寸(如片零件)，或(2)该机器具有较大的尺寸以处理所指定的零件。现有的在转子零件上喷丸的应用典型地执行单件的操作，包括转子旋转到喷丸装置或喷丸装置绕单个零件在水平面内操作。结果，现有应用不适于在原地使用。另外，现有应用缺乏装备移动性且典型地不能在垂直旋转的零件上操作。 

另外地，其它喷丸硬化方法(如传统的水喷射气蚀、激光)要求“瞄准线”，这样进行喷丸的介质(金属或陶瓷丸、水喷射、激光束)必须与要喷 丸的目标成直线或者能反弹和撞击其内的所关心的表面。多数处理中，瞄准线是不可能的，同时转子仍处于外壳中和/或转子装配仍处于完整状态。 

传统喷丸硬化的另外的担心是一些弹丸将残留在装配的转子或外壳中，返回服役时导致随后的其它零件如叶片、喷嘴或轴承的过早失效。因此所期望的是使得转子零件被喷丸而不分解且没有弹丸介质造成的潜在的污染。 

发明内容

在本发明的典型实施例中，用于装配的轮机转子零件的超声波喷丸处理的系统包括：声学元件，其激励喷丸室内的喷丸介质；和可连接到装配件的框架。该框架包括可与声学元件结合的支撑结构，其中所述框架与室工具可共同操作，室工具和装配件限定和封住所述喷丸室。 

在本发明的另一典型实施例中，用于执行装配的轮机转子零件的超声波喷丸处理的方法包括以下步骤：把框架连接到装配件；把激励喷丸室内的喷丸介质的声学元件固定到所述框架；用可选择地结合所述框架和装配件的室工具封住喷丸室，所述室工具与装配件限定和封住所述喷丸室；和启动所述声学元件。 

在本发明的又一典型实施例中，用于装配的轮机转子轮的超声波喷丸处理的系统，包括可连接到轮机转子轮且圆周地跨越燕尾槽中的至少三个的框架。所述框架包括形状与所述燕尾槽对应的连接件，用来轴向滑动连接件到所述转子轮。激励喷丸室内的喷丸介质的声学元件可固定到框架。至少两个插入件穿过所述框架和在所述连接件任一侧上的燕尾槽可选择地与转子轮配合，其中所述插入件和轮机转子轮限定和封住所述喷丸室。 

附图说明

图1示出了具有连接的超声波喷丸处理系统的轮机转子轮的截面； 

图2示出了用于固定所述系统到转子轮的装配过程； 

图3示出了转子轮的冷却槽； 

图4示出了插入件的靠近的视图； 

图5示出了从喷丸室释放或去除喷丸介质的工具； 

图6示出了具有连接的声学元件的系统；和 

图7示出了确保所有喷丸介质被从喷丸室去除的典型结构。 

具体实施方式

参考图1和2，用于装配的轮机转子零件的超声波喷丸处理的系统，包括可连接到装配的轮机转子零件的框架12。在图1和2中所示的转子零件是轮机轮14的截面。典型的轮机轮14包括多个燕尾槽16，其容纳轮机叶片(未示出)的对应形状的燕尾。框架12包括燕尾形连接件18，其轴向滑动到转子轮14上的燕尾槽16内。螺栓或其它合适的固定结构把框架12固定在槽16内。 

如图2所示，至少一个插入件20，可能是两个或三个，被选择性地与框架12和转子轮14配合。更特别地，如图3所示，转子轮14包括冷却通道，其被圆周地绕转子轮14延伸的冷却槽22和被开口到冷却槽22的各个燕尾槽16内的孔24限定。框架12设置有多个孔26，其对应各个燕尾槽16之间的间隔彼此间隔开。框架12定位在转子轮14上，这样孔26被设置与燕尾槽16对齐。这样，插入件20包括枢接轴28，其可延伸穿过框架12内的孔26且通过孔24进入冷却槽22。 

如图4所示，插入件20通常由枢接轴28形成，其包括插入腿30和枢轴腿32。在装配过程中，插入腿30和枢轴腿32一般地对齐，以限定用以插入孔26和框架12的直轴。在枢接轴28插入框架12和燕尾槽16内的孔24之后，调节机构34被启动以相对插入腿30枢转枢轴腿32，这样枢轴腿32配合转子轮14的冷却槽22。任何合适的传动装置或类似的可用于在调节结构被旋转时促使枢轴腿32枢转。这样，包括枢接轴28的插入件20和转子轮14用于限定和封住喷丸室。在优选实施例中，继续参考图4，临近的插入件20的枢轴腿32被枢转以预设的顺序配合到冷却槽22内，且包括各自的槽36，以协作地限定喷丸室的部件38。 

当插入件20被固定到框架12且枢轴腿32被固定在冷却槽22内时，喷丸室被用转子轮14限定，其被整个封住，因此喷丸室内的喷丸介质被防止溢出喷丸室。在其它例如没有冷却槽的配置中，插入件可以是不必要的，其中封住的喷丸室可通过适当的工具或类似的来限定。 

一旦框架12被固定就位，且插入件20被定位和设置以限定喷丸室，该单元准备执行超声波喷丸处理。框架12包括与喷丸室连通的支撑结构40，其容纳系统使用和操作的各种工具。图5示出了结合有支撑结构40的用来 传递预设量的喷丸介质到喷丸室的典型工具42。工具42是指普通的喷丸介质可以被以多种方式导入喷丸室的工具，包括通过具有活塞的工具灌注进该室等。 

在传送喷丸介质到喷丸室后，传送工具42被去除，且声学元件44(参见图6)被结合支撑结构40且被启动，以激励喷丸室内的喷丸介质。声学元件44的使用和操作是已知的，其进一步的细节将不被描述。 

喷丸处理完成后，声学元件44被去除，且用于从喷丸室去除喷丸介质的去除工具43(图5)被连接到支撑结构40。用于去除喷丸介质的工具43包括用于确保预设量的喷丸介质被从喷丸室去除的结构。例如，去除工具43可协同如图7所示的栅格框架48。栅格框架48经由去除工具43容纳喷丸介质且包括多个孔49，每个用于一定数量的喷丸介质。这样，操作者可快速地和容易地产生视觉判断是否所有喷丸介质已从喷丸室被去除。在一典型实施例中，去除工具43利用真空结构来从喷丸室去除喷丸介质。 

尽管在这里的说明提供了轮机转子轮的超声波喷丸处理的应用的细节，但本发明不是必然地想要限制到该应用。相反，该系统和方法适用于在蒸汽、燃气或水力轮机转子零件上的超声波喷丸，其中压应力的作用是想要的，以减少高应力零件上的裂纹形成的发生率。该处理系统和方法允许使用超声波喷丸在现场应用中被执行而不需要从机器去除转子。在替换的典型实施例中，该系统可被用于喷丸处理轮机桶燕尾的锁线片(lock wire tabs)的区域。在该例中，喷丸室被燕尾柱周围的工具限定和封住，且喷丸介质的激励可以上述的相同方式执行。 

尽管本发明已描述了现在认为最实用和优选的实施例，应理解本发明不限于公开的实施例，而且相反，期望覆盖包括在所附的权利要求的范围和精神内的各种修改和相等的配置。 

Claims (13)

1.一种用于装配件的超声波喷丸处理的系统，所述系统包括：

声学元件，其激励喷丸室内的喷丸介质；

可附着于装配件的框架，所述框架包括可与所述声学元件配合的支撑结构，其中所述框架可与室工具协作，所述室工具和所述装配件限定和封住所述喷丸室；

与所述框架支撑结构配合的喷丸插入工具，所述喷丸插入工具传递预设量的喷丸介质到所述喷丸室内；和

与所述框架支撑结构配合的喷丸去除工具，所述喷丸去除工具从所述喷丸室去除喷丸介质，其中所述喷丸去除工具包括计数器，所述计数器确保预设量的喷丸介质从所述喷丸室被去除。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述计数器包括栅格框架，所述栅格框架包括用于各预设量的喷丸介质的孔。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述装配件包括轮机转子轮，所述轮机转子轮包括多个燕尾槽，且其中所述框架包括形状与所述燕尾槽对应的燕尾连接件，用于轴向滑动连接到所述转子轮。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述室工具包括至少一个选择性地与所述框架和所述轮机转子轮配合的插入件，其中所述转子轮还包括冷却通道，其被绕所述转子轮圆周地延伸的冷却槽和被开口到所述冷却槽的每个燕尾槽中的孔限定，并且其中所述插入件可延伸穿过所述框架且穿过所述孔进入所述冷却槽。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述插入件包括具有插入腿和枢轴腿的枢接轴，所述枢轴腿相对于所述插入腿可选择性地枢转，其中所述插入腿和所述枢轴腿可延伸穿过所述框架且穿过所述孔，并且所述枢轴腿可随后枢转以配合所述冷却槽。

6.如权利要求5所述的系统，包括两个插入件，所述插入件可延伸穿过所述框架且进入所述燕尾连接件的相对侧上的冷却槽内，其中所述插入件的枢轴腿可枢转以配合所述燕尾连接件的相对侧上的冷却槽且协作地限定一部分所述喷丸室。

7.一种用于执行装配件的超声波喷丸处理的方法，所述方法包括：

把框架连接到装配件；

把激励喷丸室内的预设量的喷丸介质的声学元件固定到所述框架；

用可选择地配合所述框架和装配件的室工具封住所述喷丸室，所述室工具和所述装配件限定和封住所述喷丸室；

启动所述声学元件；以及

从所述喷丸室去除喷丸介质，并且对所述喷丸介质进行计数以确保所述预设量的喷丸介质从所述喷丸室被去除。

8.如权利要求7所述的方法，还包括，先于所述固定步骤，传递预设量的喷丸介质到所述喷丸室内。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述装配件包括轮机转子轮，所述转子轮包括多个燕尾槽，且其中所述框架包括形状与所述燕尾槽对应的燕尾连接件，所述连接步骤通过在所述转子轮的燕尾槽中的一个内轴向滑动所述燕尾连接件而实现。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述室工具包括至少一个插入件，且其中所述转子轮还包括冷却通道，其被绕所述转子轮圆周地延伸的冷却槽和被开口到所述冷却槽的每个燕尾槽中的孔限定，所述封住步骤包括延伸所述插入件穿过所述框架且穿过所述孔进入所述冷却槽。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述插入件包括具有插入腿和枢轴腿的枢接轴，所述枢轴腿相对于所述插入腿可选择性地枢转，所述封住步骤还包括延伸所述插入腿和所述枢轴腿穿过所述框架且穿过所述孔，且随后枢转所述枢轴腿以配合所述冷却槽。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述封住步骤包括延伸两个插入件穿过所述框架且进入所述燕尾连接件的相对侧上的冷却槽内，和枢转所述插入件的枢轴腿以配合所述燕尾连接件的相对侧上的冷却槽且协作地限定一部分所述喷丸室。

13.一种用于装配的轮机转子轮的超声波喷丸处理的系统，所述转子轮包括多个燕尾槽用来容纳轮机桶的桶燕尾，所述系统包括：

可连接到所述轮机转子轮且圆周地跨越所述燕尾槽中的至少三个的框架，所述框架包括形状与所述燕尾槽对应的连接件，用来轴向滑动所述连接件到所述转子轮；

声学元件可固定到所述框架，所述声学元件激励喷丸室内的喷丸介质；和

至少两个插入件穿过所述框架和在所述连接件任一侧上的燕尾槽可选择地与转子轮配合，所述插入件和所述轮机转子轮限定和封住所述喷丸室。

Images