CN102000849A - 用于压缩机的装置和工具 - Google Patents

Abstract

提供了一种用钻孔、攻丝、背锪孔加工和扩孔加工中的至少一种来加工至少一个孔的工具。该工具包括伺服马达切削装置(510)和齿轮箱(520)。该伺服马达切削装置和齿轮箱旋转切削工具，用来形成该孔。钻机单元滑架(600)适合于接合电动机器壳中的钩式配合槽(833)，并支撑该伺服马达钻机(510)和齿轮箱(520)。

Description

用于压缩机的装置和工具

相关申请的交叉引用

本申请要求序列号为61/170236、名称为“用于压缩机的装置和工具”并在2009年4月17日提交的美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明涉及压缩机，并具体地涉及用来修理或升级压缩机中部件的装置。

背景技术

在轴流式压缩机中，定子静叶(vane)在压缩机的各个级与旋转叶片(blade)或动叶(bucket)交替布置。定子静叶绕着压缩机轴线沿周向彼此间隔开，并且固定在压缩机的上半壳和下半壳上。上半壳和下半壳在压缩机中线处彼此连接，并且为每个压缩机级提供有定子静叶的完整圆周排列。当每个安装在转子上的旋转叶片以给定的旋转速度完成每个回转时，旋转叶片接受来自每个定子静叶的空气动力的激励脉冲。此脉冲可以由上游定子静叶的尾波(wake)或下游定子静叶的头波(bow wave)产生。也可能通过上游和下游定子静叶数的不同而在旋转叶片中产生激励。这些脉冲在旋转叶片中引起振动响应，该振动响应会有害于旋转叶片，导致因高周疲劳而失效。

典型地，对于给定的级而言，压缩机的上半壳和下半壳中的定子静叶或叶片数彼此在数量上是相等的。例如，在给定的压缩机的初始级S0中，压缩机的上半壳和下半壳中每个定子静叶的叶片数可能是24/24。在下一个级S1中，叶片数可能是22/22。第一个数代表在上半壳中的定子静叶的数量，而第二个数代表在相同级的下半壳中的定子静叶的数量。因此在S0和S1中，定子静叶的总数分别是48个和44个定子静叶。然而，由于旋转叶片的振动响应，在过去，曾在上半壳和下半壳之间使用不一致的静叶间隔。于是，在随后的级中提供了不同并交替的上半壳和下半壳叶片数，以减少或消除振动响应。例如，在一个压缩机中，级S0和S1分别具有24/23和23/24的静叶数。这些不一致的叶片数已在新型的设备制造中使用。

然而，有很大数量的压缩机在现场中使用，其中，对于给定的级而言，在压缩机上半壳和下半壳中的定子静叶数量是相等的。现场中某些其他的压缩机，在相邻级的压缩机上半壳和下半壳中具有不相等数量的定子静叶，该相邻级例如是S0和S1，在压缩机的上半壳和下半壳之间具有相等数量的叶片但叶片数是交替设置的。之前不认为在现场中改变叶片数是实际的，因为需要对现场中的转子进行昂贵的拆卸。

因为转子紧密地装配在压缩器的中段和尾段(或后段)，所以，到达叶片所在的区域或在预期的区域钻孔、攻丝和扩孔加工负载控制销孔(load dam pin hole)在几何学上是困难的。另外，目前已知的用于拆卸这些叶片的方法增加了在拆卸过程中可能破坏转子、定子叶片或相邻硬件的可能性。而且，到达在转子和转子叶片下面拆卸的定子叶片的距离延长并且接近该定子叶片受到限制，这产生了可能导致操作者受伤的人机工程学问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用钻孔、攻丝、背锪孔加工和扩孔加工中的至少一种加工至少一个孔的工具。该工具包括伺服马达切削装置和齿轮箱。该伺服马达切削装置和齿轮箱旋转切削工具来形成孔。钻机单元滑架(drill unit skid)适合于接合电动机器壳中的钩式配合槽(hook fit slot)，并支撑伺服马达钻机(servo motor drill)和齿轮箱。

根据本发明的另一个方面，提供了用钻孔、攻丝、背锪孔加工和扩孔加工中的至少一种在电动机器壳中加工出至少一个孔的工具。该工具包括伺服马达钻机和齿轮箱。钻机单元滑架设置成接合电动机器壳中的钩式配合槽，并支撑伺服马达钻机和齿轮箱。伺服马达钻机和齿轮箱旋转钻头以形成孔。

附图说明

图1是为了使上半压缩机清楚而有部分移除的示意图，显示了不同的压缩机级；

图2是其间带有旋转叶片或动叶的级S0和级S1的透视图，显示这些级的压缩机上半壳和下半壳中的不同叶片数；

图3是示意性侧视图，显示了在压缩机级的上半体和下半体中均具有相等定子静叶数的压缩机；和

图4是上半压缩机的拆卸的示意图；

图5是根据本发明的一个方面的，可以用来对用于负载控制销的孔进行钻孔、攻丝、背锪孔加工和扩孔加工的工具的截面图；

图6是根据本发明的另一个方面，可和图5的工具一道使用的钻机单元滑架的截面图；

图7是根据本发明的还有一个方面的，图5的工具安装在图6的钻机单元滑架上的截面图；

图8是根据本发明的一个方面的，该工具在转子下面展开的截面图；

图9是根据本发明的一个方面的，可与图5、图6的工具一道使用的动力和控制系统的简图。

零部件清单

10    压缩机

12    转子

14    动叶或叶片

16    定子静叶

18    上半壳

20    静叶

22    动叶

24    静叶

26    动叶

28    入口导叶

30    上半壳

32    下半壳

34    螺栓固定的凸缘

500   钻机

510   马达

520   齿轮箱

600   钻机单元滑架

610   空气歧管

620   空气供应接头

630   钻孔行程执行机构

640   钩式配合部滑座

650   真空口

660   开口

810   延伸臂

815   联接器

833   钩式配合部

910   动力源

920   控制系统

930   连接线

940   真空系统

具体实施方式

参见图1，显示了总体上标为10的压缩机的上半体。压缩机10包括用来绕压缩机的轴线旋转的安装有动叶或叶片14的转子12，和固定在上半壳18上的定子静叶16。可以理解，转子的叶片14绕转子轴线沿周向彼此间隔开，并且定子静叶16类似地绕该轴线沿周向彼此间隔开。该静叶和动叶形成压缩机的不同级。例如，静叶20和动叶22构成压缩机的级S0，而静叶24和动叶26构成级S1。入口导叶28也在图1中显示。

参见图2，示意性地显示了级S0的定子静叶20和级S1的定子静叶24。安装在转子12上的动叶22被显示为布置在定子静叶20和24之间。定子静叶20和24以及其他级的定子静叶典型地连接在上半壳和下半壳上，上半壳和下半壳分别在图3和4中示意性地显示为30和32。压缩机的上半壳和下半壳可在水平中线处通过螺栓固定的凸缘34而彼此固定，该螺栓固定的凸缘34使得能够在定子保持于下半壳中的情形下，将上半壳30从下半壳32上拆卸下来。为了清楚起见，图2中所示定子静叶20和24的上半体和下半体被显示为彼此分开。

压缩机和其关联的部件在其使用寿命期间可能需要修理或升级。在一些应用场合中，可能需要用具有新的形状或轮廓的静叶和/或成组构造来代替定子静叶。一些已知的工艺目前需要拆卸转子，这极大地增加了停机时间和成本。根据本发明的一个方面，一种装置利用反复的工艺(iterative process)来拆卸单个的定子叶片，同时转子在原处。此原位(in-situ)工艺非常有助于升级或修理压缩机，因为之前已知的方法要求拆卸转子。

图5-7显示了根据本发明数个方面的装置，其可以用钻孔、攻丝、背锪孔加工和扩孔加工中的至少一种来加工压缩机壳中的负载控制销孔，同时转子在原处或原位。该装置或工具可被设计成利用叶片所在的钩式配合部区域，以便在使用期间定位和导航该工具。该钩式配合部或“T”形槽是压缩机壳上的被设计成用来引导和保持定子静叶或固定部件处在压缩机中其相对位置上的区域。该钩式配合部可以是布置在压缩机壳的向内表面上的一排或一系列的周向凹槽，并跨过压缩机的不同级。此钩式配合部在压缩机的不同部分中可以具有不同的尺寸，并且可被设计成用来容纳分段的叶片以及单独的叶片。该钩式配合部沿轴向和径向来定位固定部件，用于相对于转子上的旋转叶片来正确定位。

在拆卸燃气轮机的轴向压缩机部分中的定子静叶后，可安装负载控制销作为升级选项。根据本发明的方面，在转子处于原处或“在原位”时，可以对用于负载控制销的孔进行钻孔、攻丝、背锪孔加工和扩孔加工，以用于安装负载控制销。该销的用途是在用于定子静叶的关键性位置处沿周向平等地分配空气动力载荷。该工具可能用于任何电动机器，包括但不局限于压缩机、燃气轮机或汽轮机。

图5显示了根据本发明的一个方面的钻机500的截面图，其可以在转子处在原处或“在原位”的情形下，用来钻孔、攻丝、背锪孔加工和/或扩孔加工压缩机壳中的负载控制销孔，从而极大地减少停机时间和成本。钻机500可利用马达510和齿轮箱520来旋转钻头或切削工具530，进行攻丝、背锪孔加工和扩孔加工。马达510可以是电力驱动的、液压驱动的或气动驱动的。钻机500可以用液压动力或气动动力(例如压缩空气)在“Z”平面内来促动钻机，从而产生用来钻削和穿透压缩机壳的运动。

钻机单元500可包括通过转接器盘连接在直角齿轮箱520上的电动伺服马达510。此单元提供动力，用于在负载钻削过程中执行所有的切削操作。所有的切削操作、钻孔、背锪孔加工、扩孔加工和攻丝通过使用连接在此钻机单元上的切削工具来完成。此单元也可装备两个液压的双向作用缸来提供必需的力，以施加压力给该钻机、锪孔刀和丝锥，用来穿过该壳材料来推进和收回工具。

除推进和收回的双向作用缸之外，此单元还可有两个液压缸，其提供在钻孔操作期间径向地保持此单元所要求的夹紧力。此夹紧通过在钻孔、锪孔和攻丝期间促动该缸在钻机单元上施加径向向内作用力以保持它靠在该钩式配合部上来实现。该单元可能包括另一个液压缸，其连在定位销或止位销(shot pin)上，该销在被促动时通过定位在钻机单元安装座内或在之前钻的孔内来提供钻机单元的圆周定位。

图6显示了钻机单元滑架600的透视图，其可与钻机500相结合。钻机单元滑架600可以与钩式配合槽一起使用，用来相对于压缩机在轴向“X”平面内定位和保持自身，并将孔在“Y”方位并相对于水平连接点沿周向地精确定位在所需的位置。钻机单元滑架单元600包括空气歧管610、许多送风软管接头620、气动的或液压的钻孔行程(stroke)执行机构630、钩式配合部滑座640和真空口(vacuum port)650。

提供了中央开口660用来容纳钻机500。钻机500靠置在钻孔行程执行机构630上并设置成在“Z”平面内运动。真空口650可与真空装置相连，并用来排出钻孔过程期间产生的材料。

钻机单元滑架600用作钻机单元的所有器件所用的安装夹具。其中一些值得注意的特征是钩式配合部滑座或底座640和夹紧执行机构。该底座可用于两个功能，其沿着钩式配合部833引导滑架600并沿轴向定位钻机500，并且，当激励夹紧执行机构时，这些底座用作在径向方向上施加推压作用的止挡件。底座640在尺寸上设置为对于所需要的滑动运动有足够的间隙，但不足以允许该单元在径向或轴向上脱离钩式配合部区域。滑架600也可配备两个连接点，用来销连接操作者控制杆/推杆810和真空系统。环可放置在该单元的每个末端，以连接供操作者在所有操作期间沿着钩式配合部来推和拉该单元的控制杆/推杆。在前端，该环可用来连接真空连接装置，用来移除各种加工期间产生的切削碎片和切屑。

可通过在任一端配合该杆和真空连接装置并穿过所有的工件插入球端销钉并因此而将该杆和真空连接装置连接到滑架上，来实现销连接过程。滑架也用作用于容纳为该单元提供动力的液压管线的保护性软管的连接点。这可以防止在该单元的操作中液压软管无意中从该单元上断开并保护液压管线不受刻痕和磨损。

图7显示了安装在钻机单元滑架600上的钻机500的透视图。钻机500和钻机单元滑架600可以使用工件架，用于在钻孔、攻丝、背锪孔加工或扩孔加工时在周向上锁定并保持钻机500和钻机单元滑架600，并且所有这些都可在转子处在原处或在原位的情形下实行。该组合的单元也可设有控制单元或可编程的逻辑控制器(PLC)(未示出)。该PLC控制切削功能和用于钻孔操作的逻辑，并且基于操作者在操作者面板(未示出)上的选择来限制钻孔、攻丝、背锪孔加工和扩孔加工活动，例如钻头的进给速度和旋转。此功能防止出现不希望的情况，比如在钻孔模式下运转丝锥。

该PLC也可具有内置的逻辑，用来以一定的方式自动地脉冲式促动钻孔操作，这种方式使得将钻孔操作打断成短脉冲，以控制钻屑的长度。此逻辑可帮助为真空系统(未示出)排出钻屑。太大的钻屑不能通过普通的真空吸尘操作来移除。该工具可与任何电动机器一起使用，包括但不局限于压缩机、燃气轮机或汽轮机。

图8显示了在压缩机中的转子12下展开的工具500和滑架600的截面图。压缩机的下半壳32包括一系列的钩式配合槽833。钻机单元滑架600沿着钩式配合槽833滑动或导航，并且可定位在转子12之下的任何所需的位置。一个或多个延伸臂810可用一个或多个联接器815连接在一起，并且臂810连接在钻机单元滑架600上。臂810可以被手动地操纵以定位钻机500和滑架600，或者，可以在机器和/或控制器的帮助下移动或控制该臂。

图9显示了可与钻机500和/或钻机单元滑架600一起使用的动力和控制系统。动力源或动力供应装置910通过连接线930而连接在工具500和/或600上。该动力源可包括电力(例如AC和/或DC电力)、气动动力(例如压缩空气)、液压动力或任何其他合适的动力源。连接线930可为用于动力传输的任何合适的器件(例如，导电的电缆/电线、压缩空气软管/管线，等等)。控制系统920可用来控制和/或促动动力源910和/或工具500，600，并且可包含计算机控制装置或手动控制装置。在一个例子中，控制装置可以是具有允许操作者控制工作过程的图形界面的便携式计算机。在另一个例子中，控制器件可能是简单的一组手动操作的开关或控制杆，其启用或停用动力源910和/或工具500，600的不同特征。控制系统920可通过任何合适的通信媒介(例如，有线或无线的通讯线路、电缆，等等)连接在动力源910和/或工具500，600上。真空系统940可连接在钻机单元滑架600或转子500上，以帮助移除切削碎片。

根据本发明的数个方面，此方法或工艺起始于，利用在该安装夹具与该压缩机壳的钩式配合部之间的对准块，将该安装夹具安装到左侧水平接头上。这就对准了钻机单元和钩式配合部，以便将该装置进给到压缩机壳的“T”形槽或钩式配合部中。另外，该安装夹具设定了在加工期间将要在每一半壳中钻出的所有(例如8个)孔的定位。该夹具通过利用位于夹具基座上的孔来做到这点。此孔用来限定待钻出的第一个孔的位置。每个随后的孔基于此第一个孔的位置。这通过促动在钻机单元上的短销进入安装夹具中的该孔来实现。该短销将该钻机单元的位置沿周向定位到待加工出的孔处，并且夹紧缸在加工期间在所有的操作(钻孔、背锪孔加工和攻丝)过程中提供向上的力，以便将该钻机单元保持就位在该钩式配合部中。

在将钻机单元装配到该夹具上之前，将钻头安装到该钻机单元中。由于锁定到钻头卡盘中所必须的长度和加工，该钻头是定制的。一旦安装，该单元就被促动，以用于进行前后运动和旋转。一旦经过证实，就将它安置在安装夹具上。该夹具配备有用以在进给到机器内之前悬置该钻孔单元的锁定装置。采用此锁定装置有几个原因。钻机单元重，并且通过将其悬置在此位置，就使得对于操作者而言换工具更容易。

操作者解锁释放并滑动该钻机单元进入钩式配合部中，并促动短销来将该钻机单元定位在第一个孔的位置。该短销利用位于钻机安装座的基座上的孔来定位该钻机单元。一旦处在该定位孔中，操作者促动液压夹将该钻机单元保持靠在钩式配合部的底部上。这有助于确保该单元在钻孔、锪孔和攻丝操作期间不会滑动或移动。一旦该钻孔单元锁定就位，操作者就能够从吊架式按钮台上选择其想要执行的功能。根据所需要的操作，操作者可以选择钻孔、锪孔或攻丝、推进和收回。第一个操作是钻出其中一个孔。操作者钻第一个孔，然后使用此孔来定位下一个孔的位置。重复此钻孔操作，直到钻出所有8个孔。显然，基于特定的应用，可钻出任何数量的孔，并且可以选择多于或少于8个孔。

一旦钻出所有的孔，就可移走钻机单元，并且操作者可从吊架式按钮台上选择锪孔操作。安装分离心轴(split arbor)，用于背锪孔加工操作。该心轴是分离的，这是由于钻机单元的有限量的行程范围。分离心轴的第一半锁定在钻机单元中，并且该单元以如同钻孔操作期间同样的方式进给到钩式配合部中。一旦该单元处在第一个孔的位置并锁定就位，该钻机单元就被促动或推进到满行程，使得可以连接心轴的第二半。这通过穿过之前钻的孔进给该心轴的第二半来实现。一旦就位，就用帽螺钉来上紧该心轴。接着，将锪刀连接到心轴上。此心轴锪刀的布置设计成使得当锪刀在旋转(切削)时，旋转方向将其保持锁定就位。然后，将钻机单元收回到“完全”收回的位置。这是设置锪孔操作的深度的方式。当该单元完全收回时，锪孔平面处在正确的深度。这是一个重要的深度，因为此表面设置负载销的位置以及负载销与定子叶片之间的关系。然后，推进该钻机单元到满行程，并且移走锪刀和心轴。然后，该钻机单元被松开并被移到下一个孔位置。可以重复此加工，直到锪完所有的孔。一旦锪完所有的孔，可能从机器上移走钻机单元，以更换工具。

下一个操作是孔的攻丝。操作者从吊架式按钮台上选择攻丝操作。当钻机单元悬置在安装夹具上时，将定制的丝锥装载并锁定到钻机单元中。该丝锥设计成配合到卡盘中，并且它往前推攻丝切屑，不像常规丝锥那样。然后，将该钻孔单元进给到该机器中，并推进到最后一个(例如第8个)孔的位置，以开始攻丝加工。在最后一个孔处开始攻丝操作，这是由于短销在该加工期间需要未攻丝的或平滑的孔来根据它定位。该攻丝操作始于最后一个孔，并且朝着第一个孔向后工作。一旦对该最后一个孔攻丝，就将该钻机单元向后拉，以对下一个(例如第7个)孔进行攻丝，这样重复，直到所有的孔被攻丝。然后，拆卸该钻机单元并将其安装到上半壳上，在这里，可以重复所有的操作。

可以理解，拆卸压缩机的上半壳来增加、修理或升级压缩机，并不需要从下半壳32上拆下转子12。这就使得能够在现场或在原位改进压缩机。

尽管已结合目前被认为是最实用和优选的实施例来描述了本发明，但是可以理解，本发明并不局限于所公开的实施例，相反，本发明旨在覆盖所附权利要求所包括的精神和范围之内的各种修改和等同的设置。

Claims (10)

1.一种用钻孔、攻丝、背锪孔加工和扩孔加工中的至少一种来加工至少一个孔的工具，所述工具包括：

伺服马达切削装置(510)；和

齿轮箱(520)；

其中，所述伺服马达切削装置和所述齿轮箱旋转切削工具，以形成所述至少一个孔。

2.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述伺服马达切削装置(510)是电力驱动的、液压驱动的和气动驱动中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的工具，还包括：

钻机单元滑架(600)，所述钻机单元滑架适合于接合电动机器壳中的钩式配合槽(833)，并用于支撑所述伺服马达切削装置(510)和所述齿轮箱(520)。

4.根据权利要求3所述的工具，所述钻机单元滑架(600)还包括：

空气歧管(610)；

钻孔行程执行机构(630)；

至少一个钩式配合部滑座(640)，用来接合所述钩式配合槽；和

动力供应装置(910)，其用于供给所述工具以动力。

5.根据权利要求4所述的工具，其特征在于，所述钻孔行程执行机构(630)是电力驱动、液压驱动和气动驱动中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的工具，其特征在于，所述动力供应装置(910)包括压缩空气、液压系统和气动系统中的至少一种。

7.根据权利要求4所述的工具，其特征在于，所述电动机器选自压缩机、燃气轮机和汽轮机中的一种或多种。

8.根据权利要求3所述的工具，还包括真空口(650)，其用来连接到真空系统(940)，所述真空口用来帮助除去切削碎片。

9.根据权利要求3所述的工具，其特征在于，所述至少一个孔被钻出，以用于负载控制销。

10.根据权利要求3所述的工具，其特征在于，所述工具用于钻孔、攻丝、背锪孔加工和扩孔加工用于所述负载控制销的所述至少一个孔。

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