CN102094685A - 用于可旋转的圆柱形构件的自对齐式支承组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于可旋转的圆柱形构件的自对齐式支承组件。一种适于支承圆柱形构件的装置和方法。装置包括：具有上表面的底座，上表面具有半球形内凹形状，以及支承在底座的上表面上的支架。支架具有下表面和相对地设置的上表面，该上表面具有用于接触和可旋转地支承圆柱形构件的元件。支架的下表面接合底座的上表面，且具有与底座的上表面的半球形内凹形状互补的半球形凸出形状。装置进一步包括在底座的上表面处且凹入上表面中的贮存器，以及用于将润滑剂输送到润滑剂贮存器的特征。支架的下表面和底座的上表面在贮存器周围限定了围罩。

Description

用于可旋转的圆柱形构件的自对齐式支承组件
技术领域
本发明大体涉及适于支承物品的装备。更具体地，本发明涉及能够支承圆柱形构件，且特别是在例如制造、检查和/或维修涡轮机、发电机的转子和轴以及其它轴对称的构件期间能够支承大型的可旋转的圆柱形构件的自对齐式支承组件。
背景技术
取决于特定的运行条件，在蒸汽轮机、燃气轮机和喷气发动机中使用的转子可具有组装好的或整体式的构造。例如，大型蒸汽轮机通常具有由单独的转子组成的栓接构造，各个转子具有轴，轴具有整体地形成的轮子，轮子的边缘构造成用于安装轮叶(叶片)。针对各个单独的转子片段将位于其中的涡轮特定部分(例如高压级和低压级)，选择各个单独的转子片段的构造和组成。通常通过将一系列的盘和轴栓接在一起来构造用于燃气轮机和喷气发动机的转子。另一种转子构造涉及将由不同的材料形成的转子片段焊接在一起，从而形成可称为多合金转子(MAR)的转子。而且已经提出了整体式的多合金转子。
涡轮转子在热方面不利的环境中以高的旋转速度运行。虽然已经在合金方面取得了重大进步，以实现长的使用寿命，但是可能会发生磨损、腐蚀、震动、疲劳和/或过应力，从而使得需要进行定期检查，且如果需要的话要修理或更换转子或轴。例如在清洁、尺寸检查、非破坏性试验(NDE)、拆卸/组装和机械加工期间，涡轮构件的检查和维修通常需要将构件安装在车床中或者适于使构件绕其轴线旋转的类似装置中。通常用辊子从下方支承构件，辊子帮助支承构件的重量，而不干扰构件旋转的能力。通常对用于此目的的辊子进行硬化，以抵抗变形，且在构件的重量下保持公差。硬辊子的不易弯的性质需要长期和仔细的设置，以确保辊子与构件合适地对齐，包括使辊子的轴线精确地定向成平行于构件。例如，通常通过将轮廓染料(layout dye)施用到构件的表面上，且然后调节辊子以在染料中形成均匀的图案，来使硬辊子组件“发蓝(blued-in)”。作为一个备选方案，可使用足够顺从以更好地容忍未对齐的软辊子。在一些情形下，在未对齐的情形下使用软辊子，在这种情况下，辊子的表面是牺牲性的。虽然简化了设置，但是软辊子可能不能为诸如尺寸检查和机械加工等操作保持足够紧密的公差。
考虑到上述内容，期望的是在检查和维修期间支承转子时可简化使硬辊子与转子构件对齐的过程而不会降低硬辊子通常所需的尺寸精确性。
发明内容
本发明提供了一种适于以允许构件旋转的方式支承圆柱形构件的装置和方法。一个示例性但非限制性的实例是在清洁、尺寸检查、非破坏性试验、拆卸、组装和/或对构件进行机械加工期间支承涡轮转子构件。
根据本发明的第一个方面，该装置包括：具有上表面的底座，该上表面具有半球形内凹形状；以及支承在底座的上表面上的支架。支架具有上表面和相对设置的下表面，其中上表面具有用于接触和可旋转地支承圆柱形构件的一个或多个元件。支架的下表面接合底座的上表面，且具有与底座的上表面的半球形内凹形状互补的半球形凸出形状。该装置进一步包括在底座的上表面处且凹入该上表面中的润滑剂贮存器，以及用于将润滑剂输送到润滑剂贮存器的特征。支架的下表面和底座的上表面在润滑剂贮存器周围限定了围罩。
根据本发明的第二个方面，使用装置的底座和支架通过支架的接触元件来支承圆柱形构件，且在润滑剂贮存器内提供充分的润滑剂压力，以便以流体的方式使支架的下表面与底座的上表面分离，以使支架及其接触元件能够与圆柱形构件自对齐。
根据本发明的另一个方面，一种更宽地支承圆柱形构件的方法需要将圆柱形构件支承在支承于底座上的支架上方，使底座和支架一起升高，以使圆柱形构件与支架接合，且在支架和底座之间提供充分的润滑剂压力，以便以流体的方式使支架的下表面与底座的上表面分离，且从而使得支架能够与圆柱形构件自对齐。
本发明的一个重要优点在于，通过润滑剂及由支架和底座限定且在支架和底座之间的半球形表面界面的组合所提供的分离和自对齐作用，允许将各种构件用作用于接触圆柱形构件的机构。例如，该装置可以采用硬辊子作为接触元件，其中自对齐能力起到简化辊子与圆柱形构件的对齐的作用，而不会降低用硬辊子通常所获得的尺寸精确性。本发明的自对齐能力进一步允许使用以别的方式可能不实用的其它接触元件，例如，限定用于支承圆柱体的托架的刚性V形块或静压轴承。在各种情况下，对于诸如尺寸检查、机械加工和其它精确操作等操作(在此期间可能需要使圆柱形构件旋转)，接触元件都能够保持充分紧密的公差。
根据下列详细描述将更好地理解本发明的其它方面和优点。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的涡轮转子修理站的透视图。
图2是图1的修理站的支承组件的更加详细的透视图。
图3和4是分别在升高和降低位置上的图2的支承组件台的透视图。
图5是图2至4的支承组件的支架和底座组件的透视图，其显示了根据本发明的一个实施例的装备有用于支承转子构件的V形块的支架。
图6是显示了组件的内部构件的图5的支架和底座组件的透视图。
图7是类似于图5和6、但根据本发明的另一个实施例装备有辊子而非V形块的支架和底座组件的透视图。
图8是示意性地显示了支承在V形块上的各种直径的圆柱体的图5和6的支架和底座组件的端视图。部件列表：10 站  11012 构件  11214 马达  11415 驱动轴  11516 组件  11618 组件  11820 平台  12022 框架  12224 台  12426 系统  12628 单元  12830 支架单元  13032 杆  13234 轴承  13436 底板  13638 轨  13840 表面  14042 安装块  14244 耳轴  14445 螺栓  14546 贮存器  14652 块  15254 配件  15456 端口  15658 V形块  15860 垫板  16062 接头  16264 辊子  16466 轭状物  166
具体实施方式
图1描绘了根据本发明的一个实施例的涡轮转子修理站10。转子构件12描绘成安装在站10中，以便进行检查、维修，或者进行在制造期间或在构件12维修好返回之后可能要求的一些其它操作。构件12描绘成直径相对较大的转子，但是具有小得多的直径的转子和转子轴(图2和8)也在本发明的范围内。虽然将参照可以是构造成用于安装在蒸汽轮机、燃气轮机、喷气发动机等中的转子和轴的转子构件来描述本发明，但是除转子之外的圆柱形构件也在本发明的范围之内，包括发电机转子、钢轧辊、碎煤器等。此外，尽管特别适于支承旋转的构件，但是根据以下内容，将显而易见的是修理站10也能够支承及防止偏心受载构件的旋转(例如在将轮叶(叶片)安装到转子上期间)。
将站10描绘为具有装备有驱动轴15的马达14，驱动轴15适于联接到构件12上，以使得马达14能够使构件12绕其旋转轴线旋转。与马达14相对，描绘了用于对抗由于转子12的旋转而产生的轴向力的推力轴承组件16。用支承组件18将构件12支承在马达14和推力轴承组件16之间，而且图1中描绘的全部装备都显示为安装在平台20上。站10可为维修中心内的固定设施，或者可与其平台20构造在一起，以具有便携式能力。
图2更加详细地显示了图1的支承组件18，其中大直径构件12由小直径构件12(例如轴)代替，以展现组件18的更多细节。组件18描绘成大体包括框架22、安装在框架22内的台24、用于使框架22内的台24升高和降低的促动系统26、安装在台24的顶部上的底座单元28，以及支承在底座单元28上的支架单元30。框架22可刚性地附连到平台20上，或者可由轴承(未示出)支承，以便以机械的方式使支承组件18及其构件与马达14和周围环境分离。
图3和4更加详细地描绘了框架22、台24和促动系统26，图3和4是没有构件12、底座单元28和支架单元30的支承组件18的孤立的视图。图3显示了由于促动系统26的操作而处在升高位置上的台24，促动系统26描绘成电促动的传动螺杆组件，但是其也可为另外的机械系统、液压系统或电气系统。部分地通过将台24联接到安装到框架22上的杆32上来保持台24的水平定向。在图1至4中，显示了四根杆32联接到具有轴颈轴承34的台24上，但可使用任意数量的杆32，例如台24的各端处各有一个。虽然促动系统26和杆32描绘成两个单独的单元，但也可预见的是，促动系统26可结合到杆32中。此外，框架22和台24可具有能够提高它们的机械完整性，同时(如果需要的话)最大程度地减小其重量的各种构造。这样，图1至4中所示的框架22、台24、促动系统26、杆32等仅用于说明的目的，且除了它们的支承及升高底座单元28和支架单元30来与构件12接合的功能之外，不限制本发明的范围。
图5和6显示了图1和2所示的底座单元28和支架单元30的更加详细的视图。底座单元28包括适于用螺栓固定到台24上的底板36。底板36具有与底板36整体地机械加工的升高的中心轨38，但是也可预见中心轨38可单独地制造并附连到板36上。中心轨38限定了底座单元28的上表面40，通过(上表面40)与支架单元30的下表面50(图6)接触，支架单元30支承在底座单元28的上表面40上。显示了一对安装块42栓接到中心轨38的相对端上，耳轴44(图8)自中心轨38朝向彼此延伸，以为支架单元30提供支承。耳轴44显示为由以螺纹的方式装入块52中的螺栓45的端部限定，这允许耳轴44以螺纹的方式与限定于支架单元30的相对端处的槽口或凹部52(图6和8)进行夹持接合，从而使得耳轴44能够将支架单元30固定到底座单元28上，且优选地在支承构件12的重量时使支架单元30在底座单元28上固定不动。或者，耳轴44可以液压的方式操作，以便接合和脱离凹部52。又一个备选方案是通过安装在底座单元28上且可操作以便接合支架单元30的端部和/或侧部的其它类型的夹具，将支架单元30联接到底座单元28上。
图6显示了限定半球形内凹形状的底座单元28的上表面40，贮存器46居中地形成于该半球形内凹形状内。如将在下面更加详细地论述，贮存器46意图包含流体，且更具体地讲是润滑剂，例如能够使支架单元30与底座单元28的表面40分离的液压流体、油或油脂。对于此目的必需的贮存器46的流体能力将取决于贮存器46的表面积和贮存器46可用的润滑剂压力。可通过配件54将滑润剂输送到贮存器46，显示了配件54位于支架单元30的两端处，但是各种其它位置也是可行的，包括向上通过台24和底座单元28。在贮存器46周围，底座单元28的半球形内凹上表面40优选地是连续的和平滑的，以提供与支架单元30的半球形外凸下表面50的均匀接触。
支架单元30的下表面50优选地具有与底座单元28的上表面40的半球形内凹形状互补的半球形凸出形状，从而使得上表面40和下表面50实现紧密的表面对表面接触。另外，这些表面40和50的周边提供了包围滑润剂贮存器46的表面对表面密封。当支架单元30被向下压到底座单元28上时，该表面对表面密封优选在构件12的重量下是液密的或者几乎是液密的，从而使得可对贮存器46内的润滑剂加压，以强制润滑剂从贮存器46中流出，且在底座单元28的上表面40和支架单元30的下表面50之间提供润滑膜。可收集从底座单元28的表面40和支架单元30的表面50之间排出的润滑剂，且可利用沿着支架单元30的侧面提供的沟槽/凸缘48使该润滑剂返回贮存器46。
耳轴44及其相应的凹部52防止支架单元30非故意地从底座单元28的表面40移置。此外，耳轴44限定了这样的轴线：当不承受耳轴44的夹持负载时，支架单元30可围绕该轴线枢转。由于支架单元30变得承受构件12的重量，底座单元28的上表面40和支架单元30的下表面50的互补的半球形形状及其之间的润滑膜使支架单元30能够相对于底座单元28滑动和移动，从而使得支架单元30能够与构件12施加的载荷对齐。耳轴44将支架单元30的运动约束到这样的程度，即耳轴44严密地限制支架单元30的倾斜动作(在通过耳轴44的轴线且垂直于表面40的平面中)，同时允许有限程度的偏转(扭转)动作(绕着垂直于底座表面40的轴线)和滚动动作(绕着耳轴44的轴线)。
支架单元30设有一个或多个接触元件，该一个或多个接触元件能够支承转子构件12，优选地以便允许构件12在由支承组件18支承时旋转。如图1、2、5和6所描绘，接触元件包括V形块58。V形块58大体具有相对于彼此倾斜且由V形底部处的线性接头62分开的相对的垫板60。垫板60沿平行于由耳轴44限定的轴线的方向对齐，从而使得V形块58及其垫板60在底座单元28上保持基本居中。如在图1和2特别是图8中显而易见的，支架单元30在支承组件18上定向成使得构件12的轴线平行于垫板60之间的接头62，且在垫板60之间的接头62的正上方，而且当接触构件12时，垫板60大约对称地彼此相对。图8进一步说明了在支架单元30上容纳具有各种各样的直径的转子构件12的能力。为了使磨损最小化及促进与构件12的低摩擦接触，垫板60优选地由比被支承的构件12的材料更柔软的材料制成，其中，相信特别合适的材料是巴氏合金(Babbitt metal)、尼龙和层压胶布板。图5和6进一步描绘了V形块58装备有端口56，可从该端口56将合适的润滑剂(例如液压流体)引导到垫板60的表面上，以产生用作能够将构件12支承在垫板60上方的静压轴承的润滑剂膜。可预见的是可在没有垫板60的情况下使用静压轴承。
最后，图7是与图5中所示的类似、但是根据本发明的另一个实施例装备有辊子64而非V形块58作为接触元件的底座单元28和支架单元30的透视图。与图5中的V形块58的垫板60相同，辊子64沿着平行于由耳轴44限定的轴线的方向对齐，从而使得辊子64在底座单元28上保持基本居中。此外，辊子64的旋转轴线定向成横向于耳轴44的轴线，但平行于支承在支架单元30上的构件12的轴线，从而使得辊子64在接触构件12时大约对称地彼此相对。由于底座单元28的上表面40和支架单元30的下表面50的互补的半球形形状提供的自对齐能力(使得在由构件12施加的负载下辊子64的轴线能够与构件12的轴线自动对齐)，避免了使用硬辊子的缺点，从而允许用具有25C规格洛氏(Rockwell C)硬度或更大的硬度的非常耐磨的材料(例如合金钢)来制造辊子64。相信尤其优选的材料是具有30C规格洛氏硬度或更大的硬度的AISI 4140。辊子64的合适直径大体为约八英寸(约20厘米)，可预见更大或更小的直径。最后，图7显示了支架单元30装备有多个轭状物66，辊子64可支承于该轭状物66中，以容纳各种直径的转子构件12。
基于前述内容，应当理解的是，可使用许多种轴承和其它接触元件来代替V形块58(具有静压轴承56和/或垫板60)和辊子64。此外，可使用各种材料来构造底座单元28和支架单元30，其中非限制性的实例为碳钢和结构钢，例如ASTM A36。
在使用时，将支承组件18及其底座单元28和支架单元30调节到马达14的中心线上，用润滑剂贮存器64内的流体以液压的方式使支架单元30及其接触元件(V形块58、辊子64等)升高，而且在将构件12的重量置于支架单元30及其接触元件上之前，通过驱动轴15将构件12联接到马达14上。然后从贮存器46中释放液压力，从而允许支架单元30在底座单元28上稳定而对齐。然后耳轴44移动成与凹部52接合，以将支架单元30固定在底座单元28上，且优选地使支架单元30在底座单元28上固定不动。
虽然已经关于具体实施例描述了本发明，但显而易见的是，本领域技术人员可采用其它形式。例如，底座单元28和支架单元30的物理构造，以及单元28和30将与其一起使用的涡轮转子修理站10，可与图中所示的那些不一样，且可使用除了所提到的那些之外的材料和过程。因此，本发明的范围将仅由所附的权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种用于支承圆柱形构件(12)的装置(18)，所述装置(18)包括：
包括具有半球形内凹形状的上表面(40)的底座(28)；
在所述底座(28)的上表面(40)处且凹入所述底座(28)的上表面(40)中的润滑剂贮存器(46)；
用于将润滑剂输送到所述润滑剂贮存器(46)的机构(48，54)；以及
支承在所述底座(28)的上表面(40)上的支架(30)，所述支架(30)具有上表面和相对地设置的下表面(50)，所述上表面包括用于接触和可旋转地支承所述圆柱形构件(12)的接触机构(56，58，64)，所述下表面(50)接合所述底座(28)的上表面(40)，且具有与所述底座(28)的上表面(40)的所述半球形内凹形状互补的半球形凸出形状，所述支架(30)的下表面(50)和所述底座(28)的上表面(40)在所述润滑剂贮存器(46)周围限定了围罩。
2.根据权利要求1所述的装置(18)，其特征在于，所述接触机构(56，58，64)包括可旋转地安装在所述支架(30)的上表面(40)处的辊子(64)。
3.根据权利要求1所述的装置(18)，其特征在于，所述接触机构(56，58，64)包括静压轴承机构(56)。
4.根据权利要求1或3所述的装置(18)，其特征在于，所述接触机构(56，58，64)包括V形块(58)。
5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的装置(18)，其特征在于，所述装置(18)进一步包括用于将所述支架(30)联接到所述底座(28)上的机构(44，52)。
6.根据权利要求5所述的装置(18)，其特征在于，所述联接机构(44，52)可操作，以便将所述支架(30)夹持在所述底座(28)上以及使所述支架(30)在所述底座(28)上固定不动。
7.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的装置(18)，其特征在于，用于输送润滑剂的机构(48，54)包括这样的机构(54)：所述机构(54)用于增加所述润滑剂贮存器(46)内的压力，以便以流体的方式使所述支架(30)的下表面(50)与所述底座(28)的上表面(40)分离，且从而使得当使所述接触机构(56，58，64)与所述圆柱形构件(12)发生接触时，所述支架(30)及其接触机构(56，58，64)能够自对齐。
8.根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的装置(18)，其特征在于，所述装置(18)进一步包括支承所述底座(28)和所述支架(30)的台(24)，以及用于升高和降低所述台(24)的机构(26)。
9.根据权利要求1至8中任一项权利要求所述的装置(18)，其特征在于，所述装置(18)邻近马达(14)，所述马达(14)构造成用于联接到所述圆柱形构件(12)上，且当所述圆柱形构件(12)支承在所述装置(18)上时使所述圆柱形构件(12)旋转。
10.一种支承圆柱形构件(12)的方法，所述方法包括：
将所述圆柱形构件(12)支承在支承于底座(28)上的支架(30)上方；
在所述支架(30)和所述底座(28)之间提供足够的润滑剂压力，以便以流体的方式使所述支架(30)的下表面(50)与所述底座(28)的上表面(40)分离；以及
使所述底座(28)和所述支架(30)一起升高，以使所述圆柱形构件(12)与所述支架(30)接合，所述支架(30)的下表面(50)与所述底座(28)的上表面(40)的流体式分离使得所述支架(30)能够与所述圆柱形构件(12)自对齐。
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