CN103321691A - 修理部件的工艺、用于部件的修理工具以及部件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了修理部件的工艺、用于部件的修理工具以及部件。该工艺包括从部件的区域去除材料。该去除形成部件中的贯穿切口、形成部件中的部分截头圆锥形几何形状、形成部件中的大致部分截头圆锥形几何形状、形成部件中的部分球形几何形状、形成部件中的大致部分球形几何形状、形成部件中的部分椭圆形几何形状、形成部件中的大致部分椭圆形几何形状、形成部件中的部分圆柱形几何形状、形成部件中的大致部分圆柱形几何形状、在大致垂直于部件的表面的方向上进行、在相对于部件的表面大致倾斜的方向上进行、或在这些方向的组合上进行。修理工具包括固定机构和用于去除区域的切割部分。部件包括通过去除材料形成的区域。

Description

修理部件的工艺、用于部件的修理工具以及部件
技术领域
本发明涉及制造部件以及形成、修理或以另外方式加工制造部件的工艺方法。更特别地，本发明涉及部件以及制备、形成、修理或以另外方式加工部件的工艺。
背景技术
一般而言，涡轮机转子组件包括多个叶片所联接到的转子轮。叶片从平台径向向外延伸，所述平台在叶片的翼型部分和叶片的鸠尾榫部分之间延伸。叶片的鸠尾榫部分具有至少一对鸠尾榫柄脚，所述鸠尾榫柄脚将转子叶片联接到在转子轮的外缘边中的互补鸠尾榫槽。
转子轮的外缘边中的鸠尾榫槽尺寸被确定成接收叶片的鸠尾榫部分的鸠尾榫柄脚。这些叶片接收来自与鸠尾榫相交的圆周槽的冷却空气。冷却槽相交处的鸠尾榫槽的部分可以具有高应力区域。减轻应力可以延长转子轮的可使用疲劳寿命。应力由机械循环负荷以及热循环负荷和静负荷的组合导致，可以随着时间导致应变的积累。应力可以由复杂工艺减轻，所述复杂工艺可以包括使用机器人头和/或使用五轴机床拆卸部件进行修理。这些工艺会遭受的缺陷是它们昂贵、不能广泛使用、涉及复杂的工具作业并且导致转子轮长时间停用。
其它技术包括使用手动磨削操作从鸠尾榫去除疲劳材料。然而，这些不受控工艺可能将非期望的高应力集中引入鸠尾榫中，这可能导致减小部件寿命能力。
在又一种技术中，可以使用受控折边（break edge）方法在应力集中区域去除材料。该方法使用定制磨边机沿着槽边缘的轮廓移动。尽管边折的形状和一致性有助于部件满足期望使用寿命，但是该方法不会明显地减小应力，也不去除足够的应变材料以明显地延长特征的工作寿命。
在本领域中期望一种不遭受上述缺陷中的一个或多个的修理部件的工艺、用于部件的修理工具以及部件。
发明内容
在示例性实施例中，一种修理部件的工艺包括从部件的区域去除材料。该去除形成部件中的贯穿切口、形成部件中的部分截头圆锥形几何形状、形成部件中的大致部分截头圆锥形几何形状、形成部件中的部分球形几何形状、形成部件中的大致部分球形几何形状、形成部件中的部分椭圆形几何形状、形成部件中的大致部分椭圆形几何形状、形成部件中的部分圆柱形几何形状、形成部件中的大致部分圆柱形几何形状、在大致垂直于部件的表面的方向上进行、在相对于部件的表面大致倾斜的方向上进行、或它们的组合。
在另一个示例性实施例中，一种用于部件的修理工具包括固定机构和切割部分。切割部分被配置成去除部件的区域，该区域具有部分截头圆锥形几何形状、大致部分截头圆锥形几何形状、部分球形几何形状、大致部分球形几何形状、部分椭圆形几何形状、大致部分椭圆形几何形状、部分圆柱形几何形状、大致部分圆柱形几何形状或它们的组合。
在另一个示例性实施例中，一种部件包括通过去除材料形成的区域。该区域是贯穿切口，具有部分截头圆锥形几何形状、具有大致部分截头圆锥形几何形状、具有部分球形几何形状、具有大致部分球形几何形状、具有部分椭圆形几何形状、具有大致部分椭圆形几何形状、具有部分圆柱形几何形状、具有大致部分圆柱形几何形状或它们的组合。
本发明的其它特征和优点将从结合附图进行的优选实施例的以下更详细描述变得明显，附图作为例子示出本发明的原理。
附图说明
图1显示了包括涡轮机叶片和涡轮机转子轮的涡轮机的一部分的透视图。
图2显示了根据本发明的实施例的部件和修理工具的透视图。
图3显示了根据本发明的实施例的部件和修理工具的透视图。
图4显示了根据本发明的实施例的经修理的部件。
图5显示了根据本发明的实施例的经修理的部件。
图6显示了根据本发明的实施例的经修理的部件的一部分。
图7显示了根据本发明的实施例的经修理的部件的一部分。
图8显示了根据本发明的实施例的配置成用于定位在部件内的插入件。
图9显示了根据本发明的实施例的配置成用于定位在部件内的插入件。
图10显示了根据本发明的实施例的配置成用于定位在部件内的插入件。
图11显示了根据本发明的实施例的具有插入件的部件。
在任何可能的情况下，相同的附图标记将在附图中始终用于表示相同的部分。
具体实施方式
本发明提供了修理部件的工艺、用于部件的修理工具以及部件。本发明的实施例使得部件的使用寿命延长、减小或消除裂纹扩展、使得涡轮机的操作性能增加、增加耐疲劳性或它们的组合。
图1是根据实施例的包括转子轮112和叶片114的涡轮机110的一部分的透视图。一般而言，涡轮机110包括多个转子轮112、叶片114和其它涡轮机部件（例如压缩器、轴、叶、转子鸠尾榫和/或其它合适的部件）。流体（例如气体）进入涡轮机110（例如通过入口）并且抵靠叶片114被引导（例如通过叶片）到下游，并且穿过剩余的级而将力施加到叶片114上，使转子轮112旋转（例如围绕轴），反之亦然。涡轮机110可操作地连接到任何合适的负载（例如发电机、另一个涡轮机或它们的组合），由此允许能量的提取和/或推力的生成。在一个实施例中，涡轮机被配置成用于发电。在另一个实施例中，涡轮机是航空涡轮机。
叶片114以机械的方式联接到转子轮112。叶片114定位在涡轮机110的涡轮机级内，由此使叶片114暴露于力，例如来自穿过涡轮机级的热气体的高温（例如，在大约1000°F至大约2000°F之间，大约1000°F，大约1250°F，大约1500°F，大约2000°F，或大约3000°F）和/或任何合适的温度范围（例如，高于大约59°F，在大约59°F至大约3000°F之间，在大约59°F至大约1000°F之间，在大约59°F至大约1250°F之间，在大约59°F至大约1500°F之间，在大约59°F至大约2000°F之间，或大约59°F）。在一个实施例中，叶片114中的一个或多个包括平台116、从平台116延伸的翼型118、以及叶片鸠尾榫122。叶片鸠尾榫122包括用于将叶片114联接到转子轮112的至少一对鸠尾榫柄脚124。
转子轮112包括对应于叶片鸠尾榫122的鸠尾榫槽126。转子轮112定位在涡轮机110的涡轮机级内，由此使转子轮112暴露于力，例如正好低于热气体路径的温度的温度（例如，在大约800°F至大约1250°F之间，大约800°F，大约1000°F，大约1250°F，大约1500°F，或大约2000°F）和/或任何合适的温度范围（例如，高于大约59°F，在大约59°F至大约3000°F之间，在大约59°F至大约1000°F之间，在大约59°F至大约1250°F之间，在大约59°F至大约1500°F之间，在大约59°F至大约2000°F之间，或大约59°F）。鸠尾榫槽126尺寸被确定成并且成形为接收叶片鸠尾榫122。
图2和3图示了修理工具200的实施例，该修理工具200定位成对部件202（例如涡轮机部件、压缩器部件和/或任何其它合适的部件）执行修理方法。修理工具200包括用于从部件202去除材料的切割部分204和用于定位并且操作工具200的定位机构206。在一个实施例中，定位机构206定位成允许工具200接触部件202（例如转子轮112或转子轮112的一部分）。定位机构206包括任何合适的特征，例如但不限于防止切割超过预定深度的限位机构308（参见图3）、用于沿着期望方向或路径212引导切割的导向机构208、用于允许重复和精确的切割而不需要复杂工具或技术人员的大量训练的其它合适特征、或它们的组合。
在一个实施例中，定位机构206能够仅仅成一个角、成一组角或成角的范围定位。例如，如图2中所示，在一个实施例中，定位机构206仅仅允许沿着路径212的直线运动、倾斜运动和/或垂直于部件202的表面210的运动。在该实施例中，部件202能够通过形成贯穿切口402进行加工/修理，如图4中所示。当在本文中使用时，术语贯穿切口表示从第一表面（例如表面210）延伸到第二表面（例如与表面210相对的表面（未显示））的被去除区域。
在一个实施例中，如图3中所示，定位机构206仅仅允许沿着路径212的直线运动和/或相对于部件202的表面210倾斜的运动。在该实施例中，部件202能够通过形成被去除区域进行加工/修理，所述被去除区域是倾斜切口502、部分截头圆锥形区域504或它们的组合，如图5中所示。
再次参考图2和3，从部件202去除的材料的量和位置基于工具200的切割部分204的几何形状和工具200的操作。例如，在一个实施例中，工具200在单程去除中使用。在该实施例中，材料的量与切割部分204的形状密切相符。在另一个实施例中，工具200在多程去除中使用。在该实施例中，材料的量接近地符合切割部分204的形状或由于每个行程期间工具200的定位之间的微小变化而略大于切割部分204的尺寸。
在一个实施例中，工具200从部件202去除区域，所述部件202由于将修理工具200插入预定深度而具有最大宽度（例如，在大约0.25英寸至大约20英寸之间，在大约0.50英寸至大约10英寸之间，大于大约0.25英寸，大于大约0.50英寸，大于大约10英寸，或它们的任何合适的范围、子范围、组合或子组合）。在该实施例中，工具200的切割部分204为圆柱形和锥形、截头圆锥形、椭圆形、球形、锥形或它们的组合以去除截头圆锥形的部分。在另一个实施例中，切割部分204包括圆锥形几何形状、球形几何形状或它们的组合。在一个实施例中，所去除的区域是贯穿切口，具有部分截头圆锥形几何形状、具有大致部分截头圆锥形几何形状、具有部分球形几何形状、具有大致部分球形几何形状、具有部分椭圆形几何形状、具有大致部分椭圆形几何形状、具有部分圆柱形几何形状、具有大致部分圆柱形几何形状或它们的组合。
切割部分204是任何合适的材料。在一个实施例中，切割部分204是碳化物部分或其它合适的切割材料。在一个实施例中，切割部分204包括比部件202的材料更硬的材料。
参考图6，在一个实施例中，工具200加工/去除对应于应力分布的部件202的一部分。例如，在一个实施例中，工具200去除环向应力区域602，例如在部件202的操作期间受到最大环向应力的部件202的一部分的区域或整个部件202。附加地或备选地，在一个实施例中，工具200去除径向应力区域604，例如在部件202的操作期间受到最大径向应力的部件202的一部分的区域或整个部件202。
参考图7，在一个实施例中，工具200加工/去除材料以从圆柱形、大体圆柱形或截头圆锥形区域扩张并且形成具有偏离曲线的微小变化的大致部分截头圆锥形区域702。在一个实施例中，附加材料由工具200的附加行程加工/去除。在另一个实施例中，附加的去除材料对应于上面参考图6描述的环向应力区域602和径向应力区域604。
参考图8-10，在一个实施例中，部件202包括具有对应于部件202的一部分的几何形状的插入件802。在一个实施例中，插入件802具有对应于贯穿切口402的几何形状，例如长半月形几何形状804，如图8中所示。在一个实施例中，如图9中所示，插入件802具有对应于倾斜切口502的几何形状，例如窄复杂几何形状902，和/或对应于部分截头圆锥形区域504的几何形状，例如复杂几何形状904。在一个实施例中，插入件802具有对应于大致部分截头圆锥形区域702的几何形状，例如复杂几何形状1002，如图10中所示。在另外的实施例中，插入件802包括这些几何形状的任何组合。
在一个实施例中，插入件802定位在贯穿切口402（参见图4）、倾斜切口502（参见图5）、部分截头圆锥形区域（参见图6）、大致部分截头圆锥形区域702（参见图7）内、邻接环向应力区域602（参见图6）、邻接径向应力区域604（参见图6）、在环向应力区域602（参见图6）的地方、在径向应力区域604（参见图6）的地方、或在这些区域的组合的地方。插入件802在定位时由任何合适的机构固定。合适的机构包括但不限于干涉配合、粘接固定、固位机构（例如从插入件802延伸到部件202的凹槽或其它键锁区域中的插塞1102，如图11中所示）或它们的组合。
尽管已参考优选实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解可以进行各种变化并且可以对本发明的元件进行等效替换而不脱离本发明的范围。另外，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应于本发明的教导而不脱离本发明的实质范围。所以，本发明不旨在被限制到作为预期实现本发明的最佳模式公开的特定实施例，而是本发明将包括属于附带权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种修理部件的工艺，所述工艺包括：
从所述部件的区域去除材料；
其中所述从所述部件的区域去除材料形成所述部件中的贯穿切口、形成所述部件中的部分截头圆锥形几何形状、形成所述部件中的大致部分截头圆锥形几何形状、形成所述部件中的部分球形几何形状、形成所述部件中的大致部分球形几何形状、形成所述部件中的部分椭圆形几何形状、形成所述部件中的大致部分椭圆形几何形状、形成所述部件中的部分圆柱形几何形状、形成所述部件中的大致部分圆柱形几何形状、在大致垂直于所述部件的表面的方向上进行、在相对于所述部件的表面大致倾斜的方向上进行、或它们的组合。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中所述从所述部件的区域去除材料是单程去除。
3.根据权利要求1所述的工艺，其中所述从所述部件的区域去除材料通过沿着大致直线路径的加工动作进行。
4.根据权利要求1所述的工艺，其中所述工艺还包括将插入件至少部分地定位在所述区域内。
5.根据权利要求4所述的工艺，其中所述插入件通过干涉配合、保持机构或它们的组合固定到所述区域。
6.根据权利要求4所述的工艺，其中所述插入件包括长半月形几何形状。
7.根据权利要求4所述的工艺，其中所述插入件包括对应于所述贯穿切口的几何形状。
8.根据权利要求4所述的工艺，其中所述插入件包括对应于所述部分截头圆锥形几何形状的几何形状。
9.根据权利要求4所述的工艺，其中所述插入件包括对应于所述大致部分截头圆锥形几何形状的几何形状。
10.根据权利要求4所述的工艺，其中所述插入件的定位在径向应力区域、环向应力区域或两者的地方。
11.根据权利要求1所述的工艺，其中所述部件选自下列：涡轮机轮、涡轮机轴、涡轮机叶、转子鸠尾榫和它们的组合。
12.根据权利要求1所述的工艺，其中所述区域相对于所述部件的表面倾斜。
13.一种用于部件的修理工具，所述修理工具包括：
固定机构；以及
切割部分；
其中所述切割部分被配置成去除所述部件的区域，所述区域具有部分截头圆锥形几何形状、大致部分截头圆锥形几何形状、部分球形几何形状、大致部分球形几何形状、部分椭圆形几何形状、大致部分椭圆形几何形状、部分圆柱形几何形状、大致部分圆柱形几何形状或它们的组合。
14.根据权利要求13所述的修理工具，其中所述区域垂直于所述部件的表面延伸。
15.根据权利要求13所述的修理工具，其中所述区域相对于所述部件的表面倾斜地延伸。
16.一种部件，所述部件包括：
通过去除材料形成的区域；
其中所述区域是贯穿切口，具有部分截头圆锥形几何形状、具有大致部分截头圆锥形几何形状、具有部分球形几何形状、具有大致部分球形几何形状、具有部分椭圆形几何形状、具有大致部分椭圆形几何形状、具有部分圆柱形几何形状、具有大致部分圆柱形几何形状或它们的组合。
17.根据权利要求16所述的部件，其中所述区域至少部分地填充有插入件。
18.根据权利要求16所述的部件，其中所述部件选自下列：涡轮机轮、涡轮机轴、涡轮机叶、转子鸠尾榫和它们的组合。
19.根据权利要求16所述的部件，其中所述区域在垂直于所述部件的表面的方向上延伸。
20.根据权利要求16所述的部件，其中所述区域相对于所述部件的表面倾斜地延伸。
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