CN104551942B - 用于缩短流体机械的转子叶片的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过叶梢处的材料去除来缩短流体机械(3)的一个或多个转子叶片(2)的方法以及一种用于执行这种方法的设备(1；19)，其中为了缩短转子叶片(2)根据本发明使用砂带磨削设备(1；19)并且通过叶片沿着固定的工具的旋转运动来产生所要求的锥形轮廓。

Description

用于缩短流体机械的转子叶片的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于通过叶梢处的材料去除来缩短流体机械的转子叶片的方法以及一种用于执行这种方法的设备。
背景技术
流体机械的叶片、尤其是涡轮机叶片在运行期间经受非常高的材料应力和相应大的磨损。出于该理由，通常将叶片在预设的运行持续时间之后在维护工作期间由新的叶片来替换。在此，运行持续时间有利地选择成，使得还能够修复所更换的叶片。
如果更换涡轮机的叶片，那么替换涡轮机转子叶片、涡轮机导向叶片和引导区段。为了在这种更换的情况下能够确保维持初始的涡轮机功率，在新的涡轮机转子叶片中也必须设定原本的径向叶片间隙量。对此，新的转子叶片的叶梢在其安装之前相应地通过叶梢处的材料去除来缩短。因为径向间隙量不仅与新的转子叶片的制造公差相关、而且也与另外的影响因素相关，所以在完全地更换全部叶片之后才得到最终的的径向叶片间隙量。在此，例如将新的导向叶片的轮廓、新的引导环的轮廓、新的导向叶片和引导环的覆层、新的叶片的位置相对于所替换的旧的叶片的位置的改变、壳体的、轮盘槽的制造公差等称作为影响因素。最终设定的间隙量在准备阶段中是相应难的并且仅能够在相当宽的公差带之内计算。
转子叶片的叶梢的缩短通常在叶片加工的范围中利用磨盘来进行。
在转子重建时已知的是：将整个装有叶片的转子夹紧到大的磨床中，随后借助直的磨盘将叶片全自动地磨削到所要求的长度上。
在维护工作期间已知的是，在第一步骤中将流体机械的转子拆下。在另一个步骤中，然后能够将轮盘整体夹紧到磨削设备中。在所述磨削设备上，将快速旋转体连同直的磨盘固定在围绕叶梢旋转的臂上。在此，实现沿两个方向上的自动进给以及手动供给。
还已知的是，单独地磨削叶片。叶片为此单独地夹紧到磨削设备中，所述磨削设备承载气动的快速旋转体与直的磨盘。快速旋转体围绕叶梢摆动并且除摆动运动之外还具有自动进给和手动供给。
另一个替选方案在于：为了缩短而铣削叶梢。在此处应用的CNC铣床中将叶片单独地夹紧并且铣削到所要求的长度上。
用于缩短转子叶片的具有直的磨盘的磨削设备的缺点在于：由于磨盘的在移动使用中大约为20mm的小的宽度，强制沿着叶梢的轮廓移动磨盘。相应地需要自动进给，这导致磨削设备的复杂的结构以及同样导致高的成本。此外，自动进给还伴随着长的加工持续时间。
用于缩短流体机械的转子叶片的铣削方法的缺点一方面能够在于：这是极其贵的，这尤其归因于所应用的CNC铣床的高的购置成本和高的工具成本。另一方面，铣削方法极其缓慢。因此，仅为了列举一个实例，实际上例如需要12个10小时班次来加工四个涡轮机级。
发明内容
基于所述现有技术，本发明的目的是：提供一种开始所提出的类型的用于缩短流体机械的转子叶片的方法以及一种用于执行这种方法的设备，所述方法或所述设备能够实现低成本地且不那么时间密集地缩短转子叶片。
为了实现所述目的，本发明提出一种用于通过叶梢处的材料去除来缩短流体机械的转子叶片的方法，其中为了缩短转子叶片根据本发明使用砂带磨削设备。使用砂带磨削设备的主要优点在于：利用比要缩短的叶梢更宽的磨削砂带，能够在一个工序中加工整个叶梢。相应地，与借助磨盘进行的磨削加工和铣削加工相反地，不需要沿着叶梢的轮廓移动磨削砂带，这引起紧凑的、简单的且低成本的结构类型。此外，缩短加工时间。根据相同申请人的第一预测，相对于借助直的磨盘进行磨削能够节约大约60％的时间，并且相对于铣削加工甚至能够节约80至90％的时间。磨削砂带相对于直的磨盘的更高的成本通过显著缩短的加工时间来补偿。相同的内容适用于磨削砂带相对于磨盘和铣削机的缩短的停机时间。使用砂带磨削设备的另一个优点在于：磨削砂带不像直的磨盘或铣刀那样易受运输损伤的影响。此外，实验已经证实：利用砂带磨削设备不必担忧叶片的陶瓷覆层的剥落。此外，在借助磨削砂带进行的磨削加工中不产生或仅产生少量的毛刺，这具有不必或仅须执行少量的手动再加工的优点。另一个优点在于：缩短的加工时间也伴随着对人员的缩短的危险时间。
按照根据本发明的方法的第一设计方案，在缩短期间转子叶片保持安装在流体机械的壳体之内，其中方法具有下述步骤：移开壳体部件，以至少部分地露出要加工的转子叶片以及壳体的接合部；将砂带磨削设备在要加工的转子叶片的区域中固定在壳体的接合部上；将砂带磨削设备相对于要缩短的转子叶片对准，并且在转子连续地转动并且抽吸在磨削加工期间产生的磨削粉尘的同时，利用砂带磨削设备在原位缩短转子叶片。该方法的变型形式的特征尤其在于：不必拆卸转子叶片，这伴随着少量的耗费、显著的时间节约和低的成本。此外，通过在安装状态下加工叶片，自动地考虑用于建立符合规定的叶片间隙的全部公差链，这引起最佳的加工结果。
优选地，在执行磨削加工之前密封或者覆盖要缩短的转子叶片的冷却空气孔。密封例如能够利用蜡来进行。蜡的特征尤其在于：其具有低的熔点并且在涡轮机开动时自动地蒸发进而被移除。替选地，但是也能够例如利用适当的粘贴膜等来密封冷却空气孔。
为了连续地转动转子，优选使用转子辅助转动装置，所述转子辅助转动装置在现有技术中原则上是已知的进而当前不必详细阐述。
根据本发明的方法的另一个变型形式具有下述步骤：将要缩短的转子叶片从流体机械拆卸；将转子叶片固定在砂带磨削设备的设计成用于容纳转子叶片的快换装置上；将砂带磨削设备的磨削砂带相对于转子叶片对准，并且在快换装置连同固定在其上的转子叶片一起围绕枢转轴线枢转期间，利用砂带磨削设备缩短转子叶片。借助根据本发明的这种方法变形方案，因此在拆卸状态下单独地加工转子叶片。
根据本发明的方法的另一个变型形式具有下述步骤：将转子叶片固定在仿制轮盘上，在此每个转子叶片不仅径向地、而且轴向地借助于螺纹螺栓固定在槽中；将仿制轮盘连同在其上保持的转子叶片设置在转动装置上，所述转动装置设计成用于使仿制轮盘围绕其转动轴线转动；将砂带磨削设备相对于要缩短的转子叶片对准，和在仿制轮盘连续地转动期间，利用砂带磨削设备缩短转子叶片。
根据本发明的方法的另一个变型形式具有下述步骤：对应于转子重建磨削中的方式，将装有叶片的转子夹紧在转动机械中；将板条引入到叶根和槽底之间的间隙中，以便避免叶片松动并且如在运行中那样将所述叶片向外按压；将砂带磨削设备的磨削砂带相对于叶片排的转子叶片对准，并且在转子在转动机械中以低转速旋转期间，利用砂带磨削设备缩短转子叶片。所述根据本发明的方法变型形式与至今为止使用的转子重建磨削的方法的区别在于利用砂带磨床来替代至今为止使用的直的磨盘。
优选地，抽吸在磨削加工期间形成的磨削粉尘，以便避免污染环境并且保护操作员免受可能毒性的或者至少不健康的粉尘的影响。
有利地，在执行磨削加工之前密封或者覆盖要缩短的转子叶片的冷却空气孔，如其在上文中已经描述的那样。
为了实现开始所提出的目的，本发明还提出一种用于执行根据本发明的第一方法变型形式的砂带磨削设备，其包括：马达；至少一个由马达驱动的磨削砂带；进给/供给装置，所述进给/供给装置设计成用于实现磨削砂带的进给和供给运动；对准装置，所述对准装置设计成用于磨削砂带和要缩短的转子叶片的相对对准；抽吸装置和固定装置，所述固定装置设计成用于将砂带磨削设备固定在流体机械的壳体的接合部上。这种磨削砂带设备的特征尤其在于：其能够直接地固定在流体机械的壳体上并且能够在原位加工转子叶片。
例如能够将具有梯形螺纹的丝杠选作为进给/供给装置。替选地，循环滚珠丝杠、其他的螺纹类型、齿条等也是可行的。为了引导能够使用多样的线性引导装置，例如燕尾形引导装置、滚动支承的线性引导装置或者气动/液压操作的气缸。对供给的测量能够经由手轮的缩放来实现。也能够考虑千分表。替选地，能够安装无接触的测量系统，所述测量系统始终测量距叶片的实际距离。但是也能够将停住转子和砂带磨削设备作为紧急解决方案，随后能够借助于测隙规手动地后测量间隙。
例如能够将可转动的板用作为对准装置，所述板被手动地转动。也能够考虑蜗轮传动装置。但是替选地，对准装置也能够通过下述方式与固定装置一体化地构成：将固定装置构成为，使得为了在不同位置中对准能够将砂带磨削设备固定在壳体的接合部上或校准。测量在此也能够经由无接触的测量系统进行。替选地，也能够手动地刮擦并且随后借助测隙规测量间隙。
抽吸装置应当包含适当的过滤器，以便使致癌的磨削粉尘的负荷最小化并且可靠地防止粉尘爆炸。此外，所述抽吸装置应当足够强到保持叶片的冷却孔没有粉尘。附加地，磨削砂带也能够大部分设有覆盖件，所述覆盖件适当地支持抽吸装置。为了保护叶片，能够应用将粉尘保持在期望的加工区域的刷或挡板。
能够将磁夹板(机械操作，电去磁)用作为固定装置。也能够考虑多个小的磁靴(可电去磁)或者夹紧件，所述磁靴或者夹紧件与在接合部上构成的螺纹孔拧紧。
此外，本发明提出一种用于执行根据本发明的第二方法变型形式的砂带磨削设备，其中在拆卸状态下加工转子叶片。所述砂带磨削设备包括：框架；马达；至少一个由马达驱动的磨削砂带；进给/供给装置，所述进给/供给装置设计成用于实现磨削砂带的进给和供给运动；对准装置，所述对准装置设计成用于磨削砂带和要缩短的转子叶片的相对对准；和设计成用于容纳转子叶片的快换装置，所述快换装置固定在以能够在框架上枢转的方式保持的枢转臂上。
所述砂带磨削设备优选也包括抽吸装置。
进给/供给装置、对准装置和抽吸装置能够类似于根据本发明的砂带磨削设备的第一变型形式构成。
附图说明
根据在下文中对根据本发明的实施方式的描述参考所附的附图，本发明的其他的特征和优点变得显而易见。在附图中：
图1示出根据本发明的第一实施方式的砂带磨削设备的示意后视图；
图2示出在图1中示出的砂带磨削设备的示意侧视图；
图3示出示意剖面图，所述示意剖面图示出在缩短流体机械的转子叶片期间在期望状态下的在图1和2中示出的砂带磨削设备；和
图4示出根据本发明的第二实施方式的砂带磨削设备的示意立体图。
具体实施方式
图1和2示出根据本发明的第一实施方式的砂带磨削设备，所述砂带磨削设备用于通过叶梢的材料去除来缩短流体机械3的转子叶片2，如在下面还更详细阐述的那样。
砂带磨削设备1包括：马达4；由马达4驱动的磨削砂带5，所述磨削砂带围绕接触辊6和夹紧辊7放置并且在所述接触辊和夹紧辊之间夹紧；进给/供给装置8和对准装置9，其中将上述部件设置在基板10上。此外，砂带磨削设备1包括固定装置11，借助所述固定装置能够将基板10固定在流体机械3的下部的壳体半部13的接合部12上。
进给/供给装置8设计成用于实现磨削砂带5的进给和供给运动并且当前通过十字工作台14来形成。借助于进给/供给装置8，能够通过操作相应的手轮14和15使磨削砂带5沿彼此垂直的方向运动，如通过双箭头16和17表明的那样。
对准装置9当前通过可转动安装的板形成，所述板由手转动并且能够固定在任意的转动位置中。
进给/供给装置8和/或对准装置9能够设有无接触的测量系统，以便测量距要加工的工件的距离并且以该方式支持对进给或供给的调节和/或磨削砂带5与工件的对准。
固定装置11当前通过夹紧件形成，所述夹紧件能够经由固定螺丝和存在于下部的壳体半部13的接合部12上的螺纹孔固定在接合部12上。
此外，砂带磨削设备1包括抽吸装置18，所述抽吸装置当前设作为单独的单元。但是替选地，所述抽吸装置也能够与砂带磨削设备1一体化地构成。抽吸装置18包括没有详细示出的过滤器并且用于分离致癌的粉尘并且用于避免粉尘爆炸。此外，抽吸装置18包括没有详细示出的抽气机，所述抽气机足够强到完全地或至少几乎完全地抽吸在磨削加工期间形成的磨削粉尘。
为了在安装状态下缩短流体机械3的转子叶片，如在图3中示出的那样，在第一步骤中将上部的壳体半部(未示出)从下部的壳体半部13取下并且移开，以至少部分地露出要加工的转子叶片2以及接合部12。随后，利用固定装置11将砂带磨削设备1在要加工的转子叶片2的区域中固定在下部的壳体半部13的接合部12上。在另一个步骤中，通过转动对准设备9的可转动安装的板并且随后在达到期望的对准之后固定转动位置，将砂带磨削设备1相对于要缩短的转子叶片2对准。从现在开始，在转子借助于没有详细示出的转子辅助转动装置连续地转动并且利用抽吸装置18抽吸在磨削加工期间产生的磨削粉尘的同时，利用砂带磨削设备1在相应地操作进给/供给装置8的情况下在原位缩短转子叶片2。磨削砂带5的宽度选择得比叶梢的宽度更宽，使得为了缩短转子叶片2不需要沿着叶梢的轮廓移动磨削砂带5。为了防止磨削粉尘离开加工区域，能够可选地应用刷或挡板，所述刷或挡板将粉尘保持在期望的区域中，即使这当前没有详细示出也如此。
当担忧抽吸装置18不能够防止要缩短的转子叶片2的冷却空气孔由磨削粉尘堵塞时，能够在执行磨削加工之前密封或者覆盖要缩短的转子叶片2的冷却空气孔。密封例如能够利用蜡来进行。为了覆盖例如能够使用粘贴膜等。
在根据本发明的一个实施方式的另一个方法中，在重新制造时或在修整期间也能够将要缩短的转子叶片2固定在仿制轮盘(Dummy-Radscheibe)上，所述仿制轮盘然后安装在转动装置上。转动装置在此设计成，使得所述转动装置使仿制轮盘围绕其转动轴线连续地转动。砂带磨削设备、例如设置在框架上的砂带磨削设备1如其在图1和2中示出的那样随后能够与要缩短的转子叶片2对准，随后在连续转动仿制轮盘的情况下进行转子叶片2的缩短。在根据本发明的方法的该变型形式中，优选也利用相应的抽吸装置来抽吸在磨削加工期间产生的磨削粉尘。附加地，也能够在执行磨削加工之前密封或覆盖要缩短的转子叶片的冷却空气孔。替选地，但是也能够在缩短之后简单地清洁转子叶片。
图4示出根据本发明的另一个实施方式的砂带磨削设备19，所述砂带磨削设备用于在拆卸状态下通过叶梢处的材料去除来缩短转子叶片2。砂带磨削设备1包括：框架20；马达21；由马达21驱动的磨削砂带22，所述磨削砂带围绕接触辊23和夹紧辊24放置并且在所述接触辊和夹紧辊之间夹紧；进给/供给装置25，所述进给/供给装置设计成用于实现磨削砂带22的进给运动和供给运动；对准装置26，所述对准装置设计成用于磨削砂带22和要缩短的转子叶片2的相对对准；和设计成用于容纳转子叶片2的快换装置27，所述快换装置固定在以能够在框架20上围绕枢转轴线28枢转的方式保持的枢转臂29上，所述枢转臂在其自由端部处设有配重30。枢转臂29经由铰接连接的、可纵向调节的杆31与实现枢转臂29的进给运动的驱动器32连接，所述驱动器安装在框架20上。
如果期望，砂带磨削设备19也能够配设有抽吸装置，即使这种抽吸装置18在图4中没有示出的话也是如此。
进给/供给装置25、对准装置26和抽吸装置18能够类似于在图1至3中示出的砂带磨削设备1的相应的部件构成，因此关于此点不重新进行描述。
为了缩短转子叶片2，在第一步骤中将所述转子叶片从流体机械3中拆卸。随后，将转子叶片2固定在砂带磨削设备19的快换装置27上。在另一个步骤中，利用对准装置26将磨削砂带22相对于转子叶片2对准。随后在利用驱动器32使快换装置27连同固定在其上的转子叶片2一起围绕枢转轴线28枢转期间，利用砂带磨削设备19缩短转子叶片2。如果设有抽吸装置，那么就能够经由该抽吸装置抽吸在磨削加工期间产生的磨削颗粒。
在根据本发明的该变型形式中，也能够在执行磨削加工之前密封或者覆盖要缩短的转子叶片2的冷却空气孔，如其之前已经参考第一方法变型形式描述的那样。但是也能够使用阻隔空气，所述阻隔空气从叶片内部流过冷却空气孔进而防止孔的堵塞。替选地或附加地，转子叶片2在其加工之后能够被简单地清洁。
根据本发明的砂带磨削设备1和19的以及借助所述砂带磨削设备执行的用于通过叶梢处的材料去除来缩短流体机械的转子叶片的方法的主要优点在于：利用比要缩短的叶梢更宽的磨削砂带，能够在一个工序中加工整个叶梢。相应地，与借助磨盘进行的磨削加工并且与铣削加工相反，不需要沿着叶梢的轮廓移动磨削砂带，这引起紧凑的、简单的且低成本的结构类型。此外，显著缩短加工时间。使用砂带磨削设备的另一个优点能够在于：磨削砂带不像直的磨盘或铣刀那样易受运输损伤的影响。此外，实验已经证实：利用砂带磨削设备不必担忧叶片的陶瓷覆层的剥落。此外，在借助磨削砂带进行的磨削加工中不产生或仅产生少量的毛刺，这具有不必或仅须执行少量的手动再加工的优点。又一个优点在于：缩短的加工时间也伴随着对人员的缩短的危险时间。

Claims (10)

1.一种用于通过叶梢处的材料去除来缩短流体机械(3)的至少一个转子叶片(2)的方法，其特征在于，为了缩短所述转子叶片(2)使用砂带磨削设备(1；19)，其中所述转子叶片(2)在缩短期间保持安装在所述流体机械(3)的壳体之内，其中所述方法具有下述步骤：
-移开壳体部件以至少部分地露出要加工的所述转子叶片(2)以及所述壳体的接合部(12)；
-将砂带磨削设备(1)在要加工的所述转子叶片(2)的区域中固定在所述壳体的所述接合部(12)上；
-将所述砂带磨削设备(1)相对于要缩短的所述转子叶片(2)对准， 和
-在转子连续地转动并且抽吸在磨削加工期间产生的磨削粉尘的同时，利用所述砂带磨削设备(1)在原位缩短所述转子叶片(2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在执行磨削加工之前密封或者覆盖要缩短的所述转子叶片(2)的冷却空气孔。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中为了连续地转动所述转子，使用转子辅助转动装置。
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法具有下述步骤：
-将所述转子叶片(2)固定在仿制轮盘上或固定在完整的转子中；
-将所述仿制轮盘或者所述转子连同在其上保持的所述转子叶片(2)设置在转动装置上，所述转动装置设计成用于使所述仿制轮盘或者所述转子围绕转动轴线转动；
-将所述砂带磨削设备(1)相对于要缩短的所述转子叶片(2)对准，和
-在所述仿制轮盘或所述转子连续地转动期间，利用所述砂带磨削设备(1)缩短所述转子叶片(2)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法具有下述步骤：
-将要缩短的转子叶片(2)从所述流体机械(3)拆卸；
-将所述转子叶片(2)固定在砂带磨削设备(19)的设计成用于容纳所述转子叶片(2)的快换装置(27)上；
-将所述砂带磨削设备(19)的磨削砂带(22)相对于要缩短的所述转子叶片(2)对准，和
-在所述快换装置(27)连同固定在所述快换装置上的所述转子叶片(2)一起围绕枢转轴线(28)枢转期间，利用所述砂带磨削设备(19)缩短所述转子叶片(2)。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中抽吸在磨削加工期间产生的磨削粉尘。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其中在执行磨削加工之前密封或者覆盖要缩短的所述转子叶片(2)的冷却空气孔。
8.一种用于执行根据权利要求1至4中的任一项所述的方法的砂带磨削设备(1)，所述砂带磨削设备包括：马达(4)；至少一个由所述马达(4)驱动的磨削砂带(5)；进给/供给装置(8)，所述进给/供给装置设计成用于实现所述磨削砂带(5)的进给和供给运动；对准装置(9)，所述对准装置设计成用于所述磨削砂带(5)和要缩短的转子叶片(2)的相对对准；抽吸装置(18)和固定装置(11)，所述固定装置设计成用于将所述砂带磨削设备(1)固定在流体机械(3)的壳体的接合部(12)上。
9.一种用于执行根据权利要求5至7中的任一项所述的方法的砂带磨削设备(19)，所述砂带磨削设备包括：框架(20)；马达(21)；至少一个由所述马达(21)驱动的磨削砂带(22)；进给/供给装置(25)，所述进给/供给装置设计成用于实现所述磨削砂带(22)的进给和供给运动；对准装置(26)，所述对准装置设计成用于所述磨削砂带(22)和要缩短的转子叶片(2)的相对对准；和设计成用于容纳所述转子叶片(2)的快换装置(27)，所述快换装置固定在以能够在所述框架(20)上枢转的方式保持的枢转臂(29)上。
10.根据权利要求9所述的砂带磨削设备(19)，其特征在于，所述砂带磨削设备具有抽吸装置(18)。
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