CN102962490B - 用于修改转子的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于修改转子的系统和方法。具体而言，一种用于修改转子(18)中的槽(24)的系统(40)包括：钻机(42)；夹具(80)，其连接至钻机(42)并配置成与槽(24)的内表面接合；以及用于从与转子(18)相邻的固定平台支撑钻机(42)的机构。一种用于修改转子(18)中的槽(24)的方法包括：将联接件(100)连接至与转子(18)相邻的固定平台；将钻机(42)连接至联接件(100)；以及将钻机(42)定位在槽(24)附近。该方法还包括：将夹具(80)插入槽(24)中；使夹具(80)与槽(24)的内表面接合；以及操作钻机(42)以在槽(24)中形成腔。

Description

用于修改转子的系统和方法
技术领域
本发明大体上涉及用于修改转子的系统和方法。特定而言，本发明的实施例提供了用于在转子中的槽中形成腔的系统和方法。
背景技术
多种形式的商业设备包括旋转构件。例如，一种典型的燃气涡轮包括前部的轴向式压缩机、中部周围的一个或更多燃烧器以及后部的涡轮。压缩机通常包括壳体，该壳体围绕和包封周向安装的定子静叶和旋转叶片的交替级。定子静叶通常附连至壳体，并且旋转叶片通常附连至压缩机内的转子。环境空气进入压缩机，并且每一级定子静叶将气流引导到下一级旋转叶片上，以将动能逐步赋予工作流体(空气)而将其带到高能状态。工作流体离开压缩机并流至燃烧器，其在此与燃料混合并点燃而产生具有高的温度和压力的燃烧气体。燃烧气体离开燃烧器并流至涡轮，其在此膨胀而做功。例如，燃烧气体在涡轮中的膨胀可使连接至发电机的轴旋转而发电。
压缩机中的旋转叶片通常以允许定期移除旋转叶片用于维修、检查和/或更换的方式连接至转子。例如，旋转叶片可包括滑入转子中的互补燕尾槽中根部或基部。根部和燕尾槽之间的互补表面防止每个叶片径向移动，并且转子上围绕槽的区域可为“桩固的”或塑性变形的，以防止根部在槽中轴向移动。这样，可将每个旋转叶片从转子移除，并且相同或替换的叶片可在桩固(stake)转子之前被重新插入燕尾槽中以将叶片保持就位。
转子的表面上适用于桩固叶片的区域是有限的，且将因此允许有限次地移除和重新桩固叶片。因此，已发展了许多系统和方法来修改转子以允许多次移除和重新桩固叶片。例如，转让给与本申请相同的受让人的美国专利公开2009/0077795 描述了其中使用钻机来在槽的底部中形成凹部的系统和方法。插入件然后可被放置在凹部中并桩固以轴向地将叶片保持就位。在必须再次将叶片从转子移除的情况下，可使用新插入件以再次轴向地将叶片桩固就位。
对转子中的槽的修改通常需要对压缩机和关联设备的大量拆卸以提供合适的通路到转子。例如，经常完全移除围绕旋转叶片的壳体，并且在转子周围架设脚手架以支撑执行修改的设备和人员。此外，燃气涡轮本身可位于具有壁和/或顶的建筑中，该壁和/或顶必须被移除或以其它方式打开以提供足够的通路到转子。这种拆卸和分段运输(staging)执行起来很昂贵，延长了转子修改所需的时间，并且增加了与修改相关联的停用。因此，减少压缩机的拆卸量和分段运输的用于修改转子中的槽的改进的系统和方法将是有用的。
发明内容
本发明的方面和优点在下文的描述中阐述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实施本发明来了解。
本发明的一个实施例是一种用于修改转子中的槽的系统。该系统包括：钻机；夹具，其连接至钻机并配置成与槽的内表面接合；以及用于从与转子相邻的固定平台支撑钻机的机构。
本发明的另一个实施例是一种用于修改转子中的槽的系统。该系统包括钻机和联接件，联接件具有连接至钻机的第一端和连接至与转子相邻的固定平台的第二端。
本发明还可包括一种用于修改转子中的槽的方法。该方法包括：将联接件连接至与转子相邻的固定平台；将钻机连接至联接件；以及将钻机定位在槽附近。该方法还包括：将夹具插入槽中；使夹具与槽的内表面接合；以及操作钻机以在槽中形成腔。
本领域普通技术人员在阅读该说明书后将更好地理解这样的实施例的特征和方面，以及其它。
附图说明
在说明书的其余部分中更具体地阐述了本发明的完整且能够实现的公开，包括其对于本领域技术人员而言的最佳模式，说明书包括对附图的参考，在附图中：
图1是示例性压缩机的截面图；
图2是图1中所示的压缩机中的第一级旋转叶片的一部分的放大透视图；
图3是用本发明的实施例修改后的图2中所示的第一级旋转叶片的放大透视图；
图4是根据本发明的一个实施例的用于修改转子的系统的轴向视图；
图5是根据本发明的一个实施例的图4中所示的钻机的透视图；
图6是图5中所示的钻机的顶视平面图；
图7是图5中所示的钻机的正视平面图；
图8是图5中所示的钻机的一部分的侧视图；
图9是正用于修改图1中所示的示例性压缩机的转子的图5中所示的钻机的轴向视图；
图10是安装在转子上的图5中所示的钻机的透视图；
图11是修改转子的图5中所示的钻机的透视图；
图12是根据本发明的一个实施例的图4中所示的组件的透视图；
图13是安装在转子上并支撑安装在转子上的钻机的组件的顶视图；
图14是处于缩回位置的组件的顶视图；以及
图15是处于缩回位置的组件的轴向视图。
附图标记：
10 压缩机
12 定子静叶
14 旋转叶片
16 壳体
18 转子
20 转子边缘
22 根部
24 槽
26 桩固标记
28 腔
30 插入件
40 系统
41 组件
42 钻机
44 基部
46 纵轴线
48 马达
50 齿轮箱
52 卡盘(chuck)
54 钻头
56 缆线
58 控制器
60 齿轮连接
62 导轨
64 手柄
66 对准突部
68 千分尺
70 柱塞
72 参考板
74 机械止块
76 螺柱(stud)
78 锁定件
80 夹具
82 夹具的外周边
84 突起
86 定位螺钉
88 倾斜表面
90 千斤顶(jack)
92 精密块
100 联接件
102 第一端
104 第二端
106 螺钉
108 枢轴连接
110 旋转接头
112 滑动连接
114 滚子
116 板
118 臂
120 偏置部件
122 卡爪
124 偏置部件。
具体实施方式
现在将更详细地提及本发明所提出的实施例，这些实施例的一个或更多示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来表示附图中的特征。在附图和描述中使用相同或类似的标记来表示本发明的相同或类似的部分。
每个示例以本发明的说明而不是本发明的限制的方式提供。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中做出许多修改与变型。例如，作为一个实施例的部分所示出或描述的特征可用于另一实施例而产生又一实施例。因此，本发明意图覆盖落入所附权利要求及其等同的范围内的这种修改与变型。
本发明的各个实施例提供用于修改转子的改进的系统和方法。该系统大体上包括一种组件，该组件将钻机定位或放置在之前由被移除叶片占用的径向空间中的转子上，从而允许执行修改而无需完全移除壳体或任何壁或围绕转子的其它结构。在特定实施例中，该组件可包括用于从与转子相邻的固定平台支撑钻机的机构和/或具有连接至钻机的第一端以及连接至固定平台的第二端的联接部。可选地或者另外，该组件可包括一个或更多滑动连接和/或枢轴连接，这些连接允许组件在多个平面中操纵钻机，使得修改可在受限空间内精确地且可重复地进行。虽然本发明的许多实施例将在包括于压缩机中的转子的情境下描述，但是，本领域普通技术人员将容易理解，本发明的教导不限于压缩机转子，而可同样适用于其它形式的旋转设备中的转子。
图1提供了示例性压缩机10的截面图以示出本发明的各个实施例。压缩机10大体上包括定子静叶12和旋转叶片14的交替级，如本领域所公知的。第一级定子静叶12通常被称为进口导叶并且可被调节以改变通过压缩机10的空气流的量或体积。每一级定子静叶12和旋转叶片14大体上包括多个周向布置的翼型件，其中定子静叶12附连至围绕压缩机10的壳体16且旋转叶片14附连至大体上与压缩机10的轴向中心线对准的转子18。这样，定子静叶12将进入压缩机10的空气流引导到下一级旋转叶片14上，以将动能逐步赋予工作流体(空气)而将其带到高能状态。
图2提供了压缩机10中的第一级旋转叶片14的一部分的放大透视图。如图所示，旋转叶片14从转子18的边缘20径向延伸。每个叶片14大体上包括滑入边缘20中的槽24中的根部22，并且根部22和槽24之间的互补表面防止每个叶片14径向移动。此外，转子18的边缘20可为“桩固的”或塑性变形的，产生图2中所示的特征性桩固标记26，以防止根部22在槽24中轴向移动。
图3提供了图2中所示的第一级旋转叶片14在用本发明的实施例修改之后的放大透视图。如图所示，边缘20的一部分已被机械加工而在槽24中形成腔28。插入件30或饼状物被放置在腔28中并桩固，以将根部22轴向地约束在槽24中。这样，可将每个旋转叶片14从转子18反复移除，并且一旦再次安装，则新插入件30可被放置在腔28中以将旋转叶片14桩固就位。
图4是根据本发明的实施例的用于修改转子18的系统40的轴向视图。该系统40大体上包括组件41，其将钻机42定位或放置在之前由被移除叶片14占用的径向空间中的转子18上，从而允许执行修改而无需完全移除壳体16或任何壁或围绕转子18的其它结构。
图5-图8提供了根据本发明的实施例的图4中所示的钻机42的透视图、顶视图、正视图和侧视图。如图所示，钻机42可沿着纵轴线46滑动地连接至基部44。钻机42可包括例如由齿轮箱50连接至配置成保持钻头54的钻机卡盘52的气动马达、液压马达或电动马达48，如本领域公知的。连接至马达48的缆线56可供应气动功率、液压功率或电功率以操作马达48，并且控制器58可允许操作者按需要远程地促动马达48。一个或更多齿轮可在钻机42和基部44之间提供齿轮连接60以提供机械优点，用于使钻机42沿着与纵轴线46对准或平行的导轨62滑动。齿轮的数量和定向以及由齿轮连接60实现的特定齿数比可容易由本领域普通技术人员确定而无需过度的实验，并且它不是本发明的限制，除非在权利要求中特别指出。例如，如图5和图6中所示，手柄64可操作地连接至齿轮连接60，使得手柄64的旋转导致齿轮连接60沿着导轨62推进或缩回钻机42，从而将钻机42相对于基部44竖直地重新定位。一旦定位在期望的位置，马达48的促动将驱动钻头54在转子18中机械加工出或钻出腔28，并且手柄64可进一步旋转而使钻头54在腔28中前进或缩回。
如可在图3中见到的，腔28在槽24中的位置和深度被特别选定以允许插入件30适配在腔28中而不过度延伸超出转子18的前表面。因此，该系统40还可包括一个或更多构件或装置，其将钻机42和/或基部44相对于槽24精确地定位，精确地测量钻机42沿着纵轴线46的移动，且/或限制钻机42沿着纵轴线46的径向移动。例如，如在图5、图7和图8中最清楚地显示的，系统40可包括用于使钻机42和/或基部44相对于槽24轴向对准的机构。用于使钻机42和/或基部44相对于槽24轴向对准的机构可包括例如从钻机42和/或基部44径向延伸的一个或更多突起或对准突部66。这样，一个或更多突起可与转子18的正面接触以使钻机42和/或基部44相对于槽24轴向对准。用于执行使钻机42和/或基部44相对于槽24轴向对准的功能的其它合适结构可包括一个或更多掣子、测量条带、直边缘、销或者附连至钻机42和/或基部44的类似装置。
可选地或者另外，系统40可包括用于测量钻机42沿着纵轴线46的移动的机构。用于测量钻机42沿着纵轴线46的移动的机构可包括测量钻机42沿着纵轴线46的径向移动的任何感测器。例如，如图5-图7中所示，用于测量钻机42沿着纵轴线46的移动的机构可包括千分尺68，该千分尺68连接至钻机42，使得千分尺68在钻机42沿着纵轴线46滑动时随钻机42径向地移动。千分尺68可包括可伸缩柱塞70，其配置成接触参考板72，使得千分尺68可在钻机42沿着纵轴线46移动时测量可伸缩柱塞70的移动。在备选实施例中，千分尺68或其它感测器可连接至基部44或关于钻机42的其它固定构件，以测量钻机42沿着纵轴线46的径向移动。
在更进一步的实施例中，系统40可包括用于限制钻机42沿着纵轴线46的移动的机构。例如，如在图5和图7中最清楚地显示的，钻机42和基部44之间的机械止块74在物理上限制钻机42相对于基部44的竖直移动以及因此沿着纵轴线46的移动。机械止块74可包括例如螺柱76，其与基部44螺纹接合，使得螺柱76相对于基部44的高度可被调节。机械止块74还可包括其配置成接合螺柱76并防止螺柱76意外移动的锁定件78，例如螺栓、螺母或环。用于限制钻机42沿着纵轴线46的移动的其它合适结构可包括例如掣子、凹口(notch)或者位于齿轮连接60和/或导轨62上的限制钻机42沿着纵轴线46的径向移动的其它机械装置。
如在图7和图8中最清楚地显示的，系统40还可包括用于使钻机42、基部44和/或纵轴线46在槽24上方或从槽24径向向外对准的机构。在图7和图8中所示的特定实施例中，用于使钻机42、基部44和/或纵轴线46在槽24上方对准的机构包括连接至钻头42和/或基部44并适配在槽24内的夹具80。夹具80的外周边82可大体上与槽24的内表面相符，使得在夹具80轴向地滑入槽24中时，夹具80的至少一部分与槽24的内表面接合，以保持钻机42、基部44和/或纵轴线46在槽24上方。夹具80可额外地包括例如与定位螺钉86螺纹接合的一个或更多突起84。定位螺钉86的旋转可迫使该一个或更多突起84抵靠夹具80内的倾斜表面88，以使突起84延伸超出夹具80的外周边82而进一步将夹具80结合至槽24，从而防止系统40在钻机42操作时意外地移动。用于使钻机42、基部44和/或纵轴线46在槽24上方对准的其它合适结构可包括例如虎钳、扳手、千斤顶或连接至钻机42或基部44中的至少一个的其它等效机械装置，这些装置可将系统40固定地连接至槽24。
图9-图11示出了正用于修改图1中所示的示例性压缩机10的转子18的图5-图8中所示的钻机42。如图9中所示，壳体16已解栓，并且固定千斤顶90已被安装在壳体16的部段之间，以在壳体16中形成大约18-24英寸的开口。该开口足够大以允许钻机42穿过该开口插入而不需要完全移除壳体16或相邻结构。第一级中的旋转叶片14已被移除，并且钻机42已位于修改的槽24上方或附近。夹具80与修改的槽24对准，并且钻机42在轴向上向后滑动，导致夹具80在槽24内向后滑动，直到对准突部66邻接转子18的前表面。一旦对准突部66邻接转子18的前表面，钻机42便与槽24轴向地对准以在期望位置机械加工出腔28，并且夹具80的外表面82与槽24的内表面接合而将钻机42保持就位。定位螺钉86(如果存在)可旋转以将夹具80进一步上紧在槽24内。例如，如之前关于图8所述，定位螺钉86的旋转可迫使突起84抵靠夹具80内的倾斜表面88，以使突起84延伸超出夹具80的外周边82而将夹具80进一步结合至槽24。
如图10中所示，手柄64已旋转而使钻机42沿着纵轴线46径向向内移动，直到钻头54在腔28的期望位置处接触槽24的内表面。具有与插入件30相同的厚度的精密块92可放置在机械止块74的顶部，并且可使螺柱76旋转，直到精密块92邻接钻机42。然后可将精密块92从机械止块74移除，并且可将锁定件78应用至螺柱76，使得在钻机42和螺柱76的顶部之间形成的距离等于要机械加工到槽24中的腔28的期望深度。在钻头54与槽24的内表面相接触的情况下，千分尺68可调零，以允许钻机42沿着纵轴线46的径向移动的精确测量。
在图11中，钻机42已被促动，并且手柄64已旋转而使钻机沿着纵轴线46径向向内前进。因此，钻头54将腔28机械加工到槽24的底部中。千分尺68提供钻头54在槽24中的深度的连续指示，并且机械止块74确保不超过腔28的期望深度。当达到腔28的期望深度时，如由千分尺68所指示的，或者与机械止块74接触时，可使手柄64沿相反方向旋转而使钻机42沿着纵轴线46径向向外退出。然后可使定位螺钉86(如果存在)旋转以在槽24内松开夹具80。钻机42然后可轴向向前滑动，直到夹具80穿过槽24，并且钻机42可位于要被机械加工的下一个槽24的附近或上方。
图12提供了图4中所示的组件41的透视图。如图所示，组件41大体包括用于从与转子18相邻的固定平台支撑钻机42的机构。该固定平台可包括任何便携或永久安装的支架、卡具、壁或与转子18相邻的其它静态物体。例如，如图4和图13-图15中所示，围绕压缩机10的壳体16可用作固定平台。用于支撑钻机42的机构的结构可包括臂、杆、棒或用于附连至固定平台并支撑钻机42的重量的其它合适构造。在图4和图13-图15中所示的特定实施例中，用于支撑钻机42的机构包括连接至与转子18相邻的壳体16的联接件100，例如板或安装托架。联接件100可为从壳体16延伸至修改的槽24附近的位置的单一结构或多元结构。例如，联接件100可包括连接至钻机42的第一端102以及连接至壳体16或固定平台的第二端104。连接件100可固定地联接至壳体16或固定平台，或者如图12中所示，一个或更多螺钉106、螺栓或者本领域普通技术人员公知的其它附接装置可用于将联接件100可松开地连接至壳体16或固定平台。
如图12-图15中所示，组件41可包括位于钻机42和联接件100或用于支撑钻机42的机构之间的一个或更多枢轴连接108。例如，枢轴连接108可包括位于联接件100和钻机42之间的旋转接头110或轴承，其允许联接件100的至少一部分相对于壳体16旋转。可选地或者另外，组件41可包括位于钻机42和联接件100或用于支撑钻机42的机构之间的一个或更多滑动连接112。滑动连接112可包括例如连接至板116的多个滚子114，其允许臂118交替地向着或远离转子18滑动。这样，枢轴连接108和/或滑动连接112可在钻机42和联接件100或支撑钻机42的机构之间提供铰接连接。在特定实施例中，组件41还可包括偏置部件120，其使联接件100的至少一部分远离转子18偏置。例如，如图13和图14中最清楚地显示的，偏置部件120可包括连接至联接件100和/或枢轴连接108的弹簧，以使联接件100的至少一部分远离转子18偏置。可选地或者另外，偏置部件120可包括连接至滑动连接112的弹簧，以使滑动连接112的至少一部分远离转子18偏置。这样，联接件100、枢轴连接108和/或滑动连接112可在壳体16内延伸至转子18，并且，当不使用时，偏置部件120可使联接件100、枢轴连接108和/或滑动连接112的至少一部分远离转子18移动并离开工作空间。
如图12-图15中所示，组件41还可包括用于可松开地连接至钻机42的机构。用于可松开地连接至钻机42的机构可包括本领域普通技术人员公知的用于可松开地将一个物体连接至另一个的任何合适结构。例如，用于可松开地连接至钻机42的机构可包括虎钳夹口、螺纹连接、松紧带、弹簧或磁性联接。如在图12-图15中示出的特定实施例中所示，用于可松开地连接至钻机42的机构可包括可伸缩卡爪122，其可关闭或打开以交替地抓取或松开钻机42。在特定实施例中，用于可松开地连接至钻机42的机构还可包括偏置部件124，其使卡爪122偏置得关闭或打开以帮助抓取或松开钻机42。如图12中最清楚地显示的，例如，偏置部件124可包括连接卡爪122以使卡爪122偏置得打开或关闭的弹簧。
图13-图15提供了当系统40被用来修改转子18中的槽24时处于伸展位置和缩回位置的图12中所示的组件41的各个轴向视图和顶视图。具体而言，图13显示了连接至壳体16的联接件100以及滑动连接112的臂118，臂118延伸穿过壳体16中的开口到修改的槽24。可伸缩卡爪122可松开地连接至钻机42，使得组件41可将钻机42定位在修改的槽24附近。一旦钻机42已正确定位，则可将连接至钻机42的夹具80插入槽24中，使得夹具80与槽24的内表面接合。可伸缩卡爪122可松开钻机42，使得组件41可远离转子18缩回，如图14和图15中所示，并且可操作钻机42以在槽24中形成腔28，如之前关于图9-图12所述。当槽24的修改完成时，可再次使组件41朝钻机42延伸，并且卡爪122可再次连接至钻机42。还可将夹具80从完成的槽24移除，并且可在转子18指向下一位置时将组件41部分或完全地缩回，并且该过程对于需要修改的每个槽24重复进行。
关于图4-图15描述及示出的系统40提供了优于用来修改转子的现有技术的一个或更多优点。例如，在本发明的范围内考虑的系统40显著地小于且轻于现有技术。具体而言，钻机42和夹具80被设计成位于相同槽24内或者与其对准，从而允许系统40适配在通过移除单个旋转叶片14而形成的宽度内。此外，用于定位或放置钻机42的组件41允许钻机42更容易在转子18周围的紧密范围内被操纵。因此，系统40不需要壳体16和/或相邻结构的完全移除、脚手架的安装或者外部起重机的使用以在槽24之间移动钻机42，所有这些导致了在准备转子18以修改和在修改完成后使转子18恢复服务时的大量节省。
该书面描述用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这种其它示例意图在权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种用于修改转子(18)中的槽(24)的系统(40)，包括：
a. 钻机(42)；
b. 夹具(80)，其连接至所述钻机(42)且配置成与所述槽(24)的内表面接合；
c. 用于从与所述转子(18)相邻的固定平台支撑所述钻机(42)的机构；以及
d. 位于所述钻机(42)和用于支撑所述钻机(42)的所述机构之间的滑动连接(112)。
2.根据权利要求1所述的系统(40)，其特征在于，用于支撑所述钻机(42)的所述机构包括可松开地连接至与所述转子(18)相邻的固定平台的联接件(100)。
3.根据前述权利要求1-2中任一项所述的系统(40)，其特征在于，还包括位于所述钻机(42)和用于支撑所述钻机(42)的所述机构之间的枢轴连接(108)。
4.根据权利要求1所述的系统(40)，其特征在于，还包括用于可松开地连接至所述钻机(42)的机构。
5.根据权利要求4所述的系统(40)，其特征在于，用于可松开地连接至所述钻机(42)的所述机构包括虎钳夹口、螺纹连接、松紧带、弹簧或者磁性联接中的至少一种。
6.根据权利要求4至5中任一项所述的系统(40)，其特征在于，还包括连接至用于可松开地连接至所述钻机(42)的所述机构的偏置部件(120-124)。
7.一种用于修改转子(18)中的槽(24)的方法，包括：
a. 将联接件(100)连接至与所述转子(18)相邻的固定平台；
b. 将钻机(42)连接至所述联接件(100)；
c. 将所述钻机(42)定位在所述槽(24)附近；
d. 将连接至所述钻机(42)的夹具(80)插入所述槽(24)中；
e. 使所述夹具(80)与所述槽(24)的内表面接合；以及
f. 操作所述钻机(42)以在所述槽(24)中形成腔。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括将所述联接件(100)可松开地连接到至少部分地围绕所述转子(18)的壳体(16)。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括使所述联接件(100)的至少一部分远离所述转子(18)偏置。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括使所述钻机(42)朝向所述转子(18)滑动。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括使所述钻机(42)远离所述转子(18)转动。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其特征在于，还包括将所述钻机(42)可松开地夹至所述联接件(100)。
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