CN104278316A - 用于翻新涡轮机部件的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种翻新部件的方法、翻新设备以及翻新的产品。所述翻新方法包括：接近附接到涡轮机组件的多个可旋转部件，所述涡轮机组件是涡轮机的一部分；向电抛光罐中提供预定量的缓冲电解溶液；将所述多个可旋转部件连接到电源；将所述多个可旋转部件中的至少一个可旋转部件的浸没部分浸没在所述缓冲电解溶液中；在将所述浸没部分浸没在所述缓冲电解溶液中的同时，使得电能穿过所述多个可旋转部件中的至少一个可旋转部件的所述浸没部分，其中所述到浸没部分的电通量对所述浸没部分进行电抛光；将所述浸没部分与所述缓冲电解溶液分离；以及向所述多个可旋转部件施加腐蚀抑制剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于翻新涡轮机部件的设备和方法。具体来说，本发明涉及一种用于电抛光(electro-polishing)涡轮机部件的设备和方法。
背景技术
燃气涡轮机(GT)通常需要承受恶劣运行条件和延长操作时间，导致GT部件氧化和腐蚀磨损。对于GT压缩机转子叶片而言，这些因素会导致表面光洁度(surface finish)退化，因而通过增大阻力系数(coefficient of drag，CD)而对叶片的气动性能产生不利影响，导致性能降低。通常在以预定时间间隔执行的重大检修期间，手动擦洗和/或清洁所述转子叶片和定子轮叶以部分恢复所述叶片和轮叶的表面光洁度。擦洗和/或清洁转子叶片和轮叶能够提高表面光洁度，从而部分恢复GT输出和效率。但是，现有清洁方法无法将表面光洁度完全恢复到新叶片的水平。
手动擦洗和/或清洁转子叶片十分耗时，导致叶片的表面光洁度达不到最佳水平。手动擦洗和/或清洁转子叶片的替代方法是电抛光转子叶片。
相对于手动擦洗而言，电抛光转子叶片能够提高叶片的表面光洁度。但是，现有电抛光实践需要拆卸和/或迁移GT。拆卸和迁移会延长GT停机时间，导致生产率下降。迁移GT产生的停机时间可能长达两个月。
因此，所属领域中需要不存在一个或多个以上缺点的翻新方法。
发明内容
本发明提供了一种用于翻新部件的方法，所述方法包括：接近附接到涡轮机组件的多个可旋转部件，所述涡轮机组件是涡轮机的一部分；向电抛光罐中提供预定量的缓冲电解溶液(buffered electrolyticsolution)；将所述多个可旋转部件连接到电源；将所述多个可旋转部件中的至少一个可旋转部件的浸没部分浸没在所述缓冲电解溶液中；在所述浸没部分浸没在所述缓冲电解溶液中的同时，使得电能穿过所述多个可旋转部件中的至少一个可旋转部件的所述浸没部分，其中通过所述浸没部分的电通量对所述浸没部分进行电抛光；将所述浸没部分与所述缓冲电解溶液分离；以及向所述多个可旋转部件施加腐蚀抑制剂。
在另一个示例性实施例中，本发明提供一种电抛光设备，所述电抛光设备包括：两个滚轴支座(roller support)，用于支撑涡轮机组件；转子传动装置，用于使得所述涡轮机组件在所述滚轴支座上旋转；电抛光罐，所述电抛光罐置于所述涡轮机组件下方；缓冲电解溶液，所述缓冲电解溶液位于所述电抛光罐中；直流电源，用于提供电能；配电环，所述配电环连接到所述直流电源，所述配电环用于分配所述直流电源输出的电能；以及电力引入线，所述电力引入线将所述配电环连接到所述涡轮机组件的多个可旋转部件。
在另一个示例性实施例中，本发明提供一种电抛光产品，所述电抛光产品包括：涡轮机组件以及多个电抛光的可旋转部件，所述可旋转部件附接到所述涡轮机组件。
结合附图阅读以下优选实施例的更详细说明之后，可以显而易见地了解到本发明的其他特征和优点，其中附图以示例方式示出本发明的原理。
附图说明
图1是翻新方法的流程图。
图2是翻新系统的透视图。
图3是翻新系统的直流电源电路的示意图。
图4是翻新系统的透视图。
在任何可能的情况下，附图中将使用相同的参考数字来表示相同的零件。
具体实施方式
本发明提供了用于翻新涡轮机组件的多个可旋转部件的示例性翻新设备和原位置(in-situ)翻新方法。在涡轮机中运行之后，所述可旋转部件由于以下项的一项或多项而气动效率减小：氧化、腐蚀以及/或者诸如可能吸入的砂石或尘土等外物的轻微影响，这些均可能影响所述可旋转部件的表面光洁度。表面损坏的类型和量取决于涡轮机的运行环境。对于此应用而言，原位置是指在涡轮机的运行地点或场地处。相较于不使用本说明书中公开的一个或多个特征的设备和方法而言，本发明的实施例能够减少停机时间、减少涡轮机迁移、减少抛光劳动、增大转子叶片抛光效率、增大转子叶片抛光有效性、减少生产力损失、减小维修/整修成本或者这些项的组合。
在一个实施例中，参见图1和图2，接近涡轮机组件210的多个可旋转部件230(步骤100)。多个可旋转部件230包括任意合适的部件，例如涡轮机叶片、定子轮叶或者它们的组合。向电抛光罐220中提供预定量的缓冲电解溶液221(步骤110)并且将多个可旋转部件230连接到电源206(步骤120)。将多个可旋转部件230中的至少一个可旋转部件的浸没部分231进入缓冲电解溶液221中(步骤130)。在浸没部分231浸没在缓冲电解溶液221中的同时，使得预定量的直流电穿过浸没部分231(步骤140)，其中施加到浸没部分231的直流电对浸没部分231进行电抛光(步骤150)。将具有预定表面光洁度的浸没部分231与缓冲电解溶液221分离(步骤160)，并且将腐蚀抑制剂喷涂到多个可旋转步骤230上(步骤170)。
参见图2，在一个实施例中，在预定的重大检修期间，涡轮机组件210从涡轮机200移除并且置于滚轴支座202上，从而接近具有浸没部分231的多个可旋转部件230(步骤100)。在一个实施例中，多个可旋转部件230包括转子叶片232。转子叶片232具有附接到压缩机圆盘233的平台部分，所述压缩机圆盘附接到涡轮机组件210的涡轮机轴或子轴211。转子叶片232的浸没部分231包括从平台部分延伸的翼片部分。示例性涡轮机系列包括，但不限于，通用电气公司(General Electric)生产的涡轮机系列6FA、7FA和9FA，以及从此类系列中移除的涡轮机组件210。首先对涡轮机组件210的电抛光区域215进行动力清洗，然后再将电抛光罐220置于涡轮机组件210下方并且向电抛光罐220中提供缓冲电解溶液221(步骤110)。电抛光区域215优选地仅包括多个可旋转部件230的浸没部分231。例如，在一个实施例中，电抛光区域215包括转子叶片232的翼片部分，但不包括压缩机圆盘233并且优选地不包括平台部分。在一个实施例中，位于涡轮机组件210下方的电抛光罐220是固定罐222。在涡轮机组件210上组装配电环240并且将其连接到多个可旋转部件230和电源206(步骤120)。将电抛光区域215浸没在固定罐222内提供的缓冲电解溶液221中(步骤130)。在涡轮机组件210的电抛光区域215浸没在缓冲电解溶液221中的同时，从电源206穿过配电环240向电抛光区域215施加直流电(步骤140)。在预定时间内使得直流电穿过在缓冲电解溶液221中的电抛光区域215的浸没部分231，这能够使得浸没部分231恢复预定表面光洁度(步骤150)。浸没部分231恢复到预定表面光洁度之后，使得涡轮机组件210在滚轴支座202上旋转，以将未抛光部分浸没在缓冲电解溶液221中。
完成电抛光区域215中的浸没部分231的电抛光(步骤150)之后，将涡轮机组件210与缓冲电解溶液221分离(步骤160)。在一个实施例中，将缓冲电解溶液221从固定罐222移除。将固定罐222从涡轮机组件210下方移除并且对电抛光区域215进行动力清洗。向多个可旋转部件230施加干式腐蚀抑制剂(步骤170)，优选地通过喷涂方式施加，并且在检修之后将涡轮机组件210重新组装到涡轮机200上。
在一个实施例中，固定罐222可以包括两个或更多个隔室(compartment)223，用于接收缓冲电解溶液221。每个隔室223中的缓冲电解溶液221维持在各自的预定体积级(predetermined volumelevel)。在一个实施例中，固定罐222中的每个隔室223的预定体积级相同。在一个实施例中，至少两个隔室223的预定体积级不同。预定体积级使得多个可旋转部件230的电抛光区域215浸没在缓冲电解溶液221中，同时涡轮机组件210的剩余部分尚未浸没。在一个实施例中，电抛光区域215具有与固定罐222中的隔室223对应的部分。在一个实施例中，每个部分从轴中心线延伸足够的距离，以使多个可旋转部件230中的每个可旋转部件的浸没部分231能够容纳在具有预定体积级的缓冲电解溶液221的固定罐222中。在一个实施例中，至少两个部分向背离轴中心线的方向延伸不同的长度，多个可旋转部件230的浸没部分231延伸的长度充分不同，以使隔室223需要具有不同预定体积级的缓冲电解溶液221。
在一个实施例中，电抛光罐220中的至少两个隔室223中的缓冲电解溶液221不同。在一个实施例中，缓冲电解溶液221包括电解化合物。电解化合物经过选择，以免在电抛光操作期间和之后对电抛光区域以外的区域造成损坏。电抛光操作的参数经过选择，以便仅从多个可旋转部件230的浸没部分231中移除氧化区域和腐蚀。电解化合物是选自包括但不限于以下项的群组中的碱性溶液：钠、钾、磷酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物、钙和镁。在另一个实施例中，缓冲电解溶液221包括水、糖、电解质、甘油和丙酮酸盐。在优选的实施例中，缓冲电解溶液221包括含有电解质的市售运动饮料，例如可购自百事公司(PepsiCo)的佳得乐(Gatorade)。
在一个实施例中，多个可旋转部件230的浸没部分231同时浸没在缓冲电解溶液221中。在另一个实施例中，多个可旋转部件230包括压缩机叶片，所述压缩机叶片不具有热障涂层，例如涡轮机叶片上设置的热障涂层。在一个实施例中，多个可旋转部件230的成分沿涡轮机组件210的长度不同。多个可旋转部件230的适当成分包括，但不限于，高含量钢(例如GTD450)和钛。
在另一个实施例中，转子传动装置250使得涡轮机组件210在滚轴支座202上连续旋转。在施加电能时，涡轮机组件210的旋转使得多个浸没部分231旋转通过缓冲电解溶液221。在一个实施例中，涡轮机组件210通过转子传动装置250而间歇性旋转。涡轮机组件210的旋转包括预定最大速度。预定最大速度是功能性限制，用于防止缓冲电解溶液221溅出固定罐222。预定最大速度包括，但不限于，介于约1每分钟转数(RPM)到约4每分钟转数之间；介于约2RPM到约4RPM之间；介于约1RPM到约3RPM之间；介于约0.5RPM到约1.5RPM之间；介于约1RPM到约2RPM之间；介于约2RPM到约3RPM之间；介于约3RPM到约4RPM之间；或者这些项的任意组合、子组合、范围或子范围。
参见图3，在一个实施例中，配电环240控制电能从直流电源206流向多个可旋转部件230中的每个可旋转部件的浸没部分231。配电环240针对每个涡轮机组件210单独定制。在一个实施例中，多个配电环240附接到电源206。电源引线305将配电环240电连接到浸没部分231。电源206输出的直流电输送到配电环240，穿过多个可旋转部件230进入缓冲电解溶液221中，并且地线310从缓冲电解溶液221返回直流电。所述电路包括直流电源206到配电环240再到多个可旋转部件230，并且从电抛光罐220到负极。在施加直流电的同时使得多个可旋转部件230进入缓冲电解溶液221中能够接通此电路。电源206可以是现场配备的任意便于使用的电源。通常情况下，焊接电源容易获得并且完全适用于作为电源。
流过每个电源引线305的直流电由配电环240单独控制。直流电源206调整直流电通量，以最大化电抛光速率，同时限制浸没部分231的过热。在一个实施例中，含有钛成分的多个可旋转部件230需要具有与含有高含量钢的多个可旋转部件230不同的电流密度。在一个实施例中，电源引线305按级分组，每级向多个可旋转部分230群组供应直流电。在进一步实施例中，电源引线305按照多个可旋转部件230的大小分组。在一个实施例中，配电环240将直流电配送给与浸没在缓冲电解溶液221中的多个可旋转部件230群组相关的级。仅将直流电配送到与浸没在缓冲电解溶液221中的多个可旋转部件230群组相关的级中能够消除未浸没在缓冲电解溶液221中的多个可旋转部件230过热和/或燃烧。在一个实施例中，将多个可旋转部件230浸没在缓冲电解溶液221中能够接通电路，并且从缓冲电解溶液221中移除多个可旋转部件230能够断开电路，以免直流电流过未浸没在缓冲电解溶液221中的多个可旋转部件230。
穿过电抛光区域215的直流电使得电抛光区域215的温度升高，所述温度将传导到缓冲电解溶液221。在一个实施例中，传热机构可能将温度升高到足以使得缓冲电解溶液221沸腾的水平，导致缓冲电解溶液221蒸发。缓冲电解溶液221蒸发可能导致体积降低到预定体积级以下。在另一个实施例中，涡轮机组件210旋转可以将一部分的缓冲电解溶液221从固定罐222移除，从而将缓冲电解溶液221的体积降低到预定体积级以下。向固定罐222添加额外的缓冲电解溶液221，以维持预定体积级。在另一个实施例中，使得缓冲电解溶液221冷却以将温度维持在缓冲电解溶液221的沸点以下。在另一个实施例中，缓冲电解溶液221的温度可以在远低于缓冲电解溶液221的沸点的适当温度下冷却，以最大限度地减少因蒸发而引起的损失。
参见图4，在一个实施例中，电抛光罐220是一个或多个电抛光连指手套(mitt)422，所述电抛光连指手套具有滑过多个可旋转部件230的一个或多个充气囊端密封件413。在计划的检修期间，将涡轮机200的上壳体移除，从而接近涡轮机组件210(步骤100)，所述涡轮机组件具有附接到压缩机圆盘233的多个可旋转部件230。手动清洗多个可旋转部件230并且将电抛光的连指手套422分别置于多个可旋转部件230中的一个或多个可旋转部件上方。通过气囊管412将气囊泵411连接到充气囊端密封件413。气囊泵411对充气囊端密封件413充气，从而在多个可旋转部件230、充气囊端密封件413与电抛光连指手套422之间形成液密密封。电解液供应罐401向电抛光连指手套422中填充缓冲电解溶液221(步骤110)，并且将多个可旋转部件230的浸没部分231浸没在缓冲电解溶液221中(步骤130)。多个缓冲电解溶液管402可以向电抛光连指手套422供应缓冲电解溶液221，并且从所述电抛光连指手套中移除缓冲电解溶液221。在另一个实施例中，电抛光连指手套422包括一体式流体冷却设备。在缓冲电解溶液从电抛光连指手套422中移除时并且在返回到电抛光连指手套422之前，一体式流体冷却设备降低缓冲电解溶液221的温度。在另一个实施例中，流体冷却设备可以附接到电解液供应罐401，以将供应罐401中的电解质维持在预定温度。
在一个实施例中，电源引线305将电抛光连指手套422中的多个可旋转部件230中的每个可旋转部件连接到电源206(步骤120)。附接到电源引线305的远端的夹钳307以可拆除方式固定到多个可旋转部件230。直流电经由电源引线305从直流电源206流向多个可旋转部件230，穿过多个可旋转部件230进入缓冲电解溶液221，并且从缓冲电解溶液221经由地线310流向电源206(步骤140)。使得直流电穿过多个可旋转部件230可对缓冲电解溶液221中的浸没部分231进行电抛光(步骤150)。完成浸没部分231的电抛光(步骤150)之后，从电抛光连指手套422中移除缓冲电解溶液221(步骤160)，对充气囊端密封件413进行排气，并且从多个可旋转部件230中移除电抛光连指手套422。将腐蚀抑制剂喷涂到多个可旋转部件230(步骤170)，其中所述可旋转部件具有电抛光区域215，所述电抛光区域215具有预定光洁度。
随着涡轮机组件210翻新，电抛光区域215将沉积/腐蚀产物/氧化物(以下简称沉积物)，释放到缓冲电解溶液221中。沉积物由电抛光区域215的外层的电化学分解而形成。在一个实施例中，沉积物沉降到电抛光罐220的底部。在一个实施例中，从电抛光罐220中过滤出沉积物。在进一步实施例中，通过电抛光罐220中的冷却系统来过滤沉积物，所述电抛光罐也冷却缓冲电解溶液221。
在一个实施例中，缓冲电解溶液221的pH值维持在约6与约8之间。在另一个实施例中，缓冲电解溶液221的pH值维持在约6.5与约7.5之间。在优选实施例中，缓冲电解溶液221的pH值位置在约6.75与约7.25之间。为维持pH值，可以调整添加到电抛光罐220中的额外缓冲电解溶液221，以在蒸发之后通过加水来增大电解化合物的浓度或者稀释缓冲电解溶液221的浓度。
在一个实施例中，电源引线305邻近子轴211，并且使用系带固持在适当位置。夹钳307附接到电源引线305的远端，从而以可拆除方式将电源引线305固定到多个可旋转部件230。位于电源引线305的远端上的夹钳307仅与多个可旋转部件230接触。多个可旋转部件230与压缩机圆盘233之间存在间隙。所述间隙形成压缩机圆盘233与多个可旋转部件230之间的电流屏障(current barrier)。所述电流屏障用于防止压缩机圆盘233焊接到多个可旋转部件230。
尽管已参考优选实施例来描述本发明，但是所属领域中的技术人员将了解，可以在不脱离本发明范围的情况下做出多种变动，并且可以使用等效物来替代其元件。另外，在不背离本发明基本范围的情况下，可以做出许多修改以使具体情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明并不限于作为实施本发明的最佳预期模式公开的特定实施例，相反，本发明将包括落在随附权利要求书的范围内的所有实施例。
Claims (27)
1.一种用于翻新部件的方法，所述方法包括：
(a)接近多个可旋转部件，所述多个可旋转部件附接到涡轮机组件，所述涡轮机组件是涡轮机的一部分；
(b)向电抛光罐中提供预定量的缓冲电解溶液；
(c)将所述多个可旋转部件连接到电源；
(d)将所述多个可旋转部件中的至少一个可旋转部件的浸没部分浸没在所述缓冲电解溶液中；
(e)在将所述浸没部分浸没在所述缓冲电解溶液中的同时，使得电能穿过所述多个可旋转部件中的至少一个可旋转部件的所述浸没部分，其中到所述浸没部分的电通量对所述浸没部分进行电抛光；
(f)将所述浸没部分与所述缓冲电解溶液分离；以及
(g)将腐蚀抑制剂施加到所述多个可旋转部件上。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括从所述涡轮机移除所述涡轮机组件以及将所述涡轮机组件置于滚轴支座上。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括将所述电抛光罐置于所述涡轮机组件的下方。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括所述电抛光罐中的两个或更多个隔室。
5.根据权利要求4所述的方法，其中每个隔室包括预定量的所述缓冲电解溶液。
6.根据权利要求4所述的方法，进一步包括每个隔室中的不同缓冲电解溶液。
7.根据权利要求2所述的方法，进一步包括使用转子传动装置来旋转所述涡轮机组件。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括连续地旋转所述涡轮机组件。
9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括间歇地旋转所述涡轮机组件。
10.根据权利要求2所述的方法，进一步包括配电环，用于从所述电源向所述浸没部分供应所述直流电。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括一个以上的配电环。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括移除所述涡轮机的上壳体并且暴露所述多个可旋转部件。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个可旋转部件是翼片。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括将电抛光连指手套置于所述多个可旋转部件上方。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括气囊泵，所述气囊泵填充所述电抛光连指手套中的充气囊密封件。
16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括电解液供应罐，所述电解液供应罐使用缓冲电解溶液来填充所述电抛光连指手套。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个可旋转部件同时进行电抛光。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述电源是直流电焊接单元。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述缓冲电解溶液进一步包括电解化合物。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述电解化合物进一步包括选自由以下项构成的群组的电解质：钠、钾、磷酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物、钙和镁。
21.根据权利要求1所述的方法，其中所述缓冲电解溶液包括水、糖、电解质、甘油和丙酮酸盐。
22.根据权利要求1所述的方法，其中所述缓冲电解溶液包括诸如可购自百事公司(PepsiCo)的佳得乐(Gatorade)等市售运动饮料或者专用聚合物溶液。
23.根据权利要求1所述的方法，其中所述缓冲电解溶液的pH值介于6与8之间。
24.根据权利要求1所述的方法，其中冷却所述缓冲电解溶液以维持预定温度。
25.根据权利要求1所述的方法，其中所述电能包括直流电。
26.一种电抛光设备，包括：
两个滚轴支座，用于支撑涡轮机组件；
转子传动装置，用于使得所述涡轮机组件在所述滚轴支座上旋转；
电抛光罐，所述电抛光罐置于所述涡轮机组件下方；
缓冲电解溶液，所述缓冲电解溶液位于所述电抛光罐中；
直流电源，用于提供电能；
连接到所述直流电源的配电环，所述配电环从所述直流电源配送所述电能；以及
电力引入线，所述电力引入线将所述配电环连接到所述涡轮机组件的多个可旋转部件。
27.一种电抛光产品，包括：
涡轮机组件；以及
多个电抛光的可旋转部件，所述可旋转部件附接到所述涡轮机组件。
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