CN106368738B - 用于修复涡轮机转子轮中的燕尾槽的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于修复涡轮机转子轮中的燕尾槽的方法和系统。该系统包括：槽适配器，该槽适配器具有主体，该主体被配置和布置成嵌套在燕尾槽的第一侧壁和第二侧壁之间；切割刀具和刀具固定器，该刀具固定器被配置成与槽适配器相联接。刀具固定器包括刀具引导系统，该刀具引导系统被配置和布置成引导切割刀具与燕尾槽的第一侧壁和第二侧壁中的一个相接触。该切割刀具安装于刀具固定器中。切割刀具包括锥形表面，该锥形表面被配置和布置成在燕尾槽的第一侧壁和第二侧壁中的一个中形成锥形凹入部。

Description

用于修复涡轮机转子轮中的燕尾槽的方法和系统
技术领域
本发明中所公开的主题涉及涡轮机领域，并且更具体地，涉及用于修复涡轮机转子轮中的燕尾槽(dovetail slot)的方法和系统。
背景技术
涡轮机系统典型地包括联接到进气系统和负载的涡轮机。该涡轮机典型地包括压缩机部分和涡轮部分。气流通过进气系统通入压缩机部分中。压缩机部分形成压缩气流，该压缩气流被引入涡轮部分中。在燃气涡轮机中，一部分压缩气流与燃烧器组件中的燃烧产物混合，从而形成热气体流，所形成的热气体流通过过渡件被引入涡轮部分中。热气体流沿热气体路径流动，同时与涡轮部分的各个部件相互作用。
压缩机部分和涡轮部分二者均包括转子，所述转子支承多个翼型件。在一些情况下，翼型件通过燕尾接头连接到转子。更具体地，翼型件可以包括销并且转子可以包括尾部或槽。有时，可能由于热机械负载(thermo-mechanical load)产生的交变应力(alternating stresses)所造成的低周疲劳(low cycle fatigue)而在转子中的槽部处产生裂纹(cracks)。一部分所产生的裂纹可以被修复。修复通常需要从涡轮机移除转子并且将其安装于计算机控制铣床。通常，现场无法获得计算机控制铣床。因此，在移除之后，转子装船离岸以便进行修复。因此，裂纹可能导致涡轮机的停机时间延长(prolongeddowntime)。
发明内容
根据示例性实施例的一个方面，一种用于修复涡轮机转子轮中的燕尾槽的系统包括：槽适配器(slot adaptor)，该槽适配器具有主体(body)，主体被配置和布置成嵌套在燕尾槽的第一侧壁(side wall)和第二侧壁之间；和刀具固定器(tool holder)，该刀具固定器被配置成与槽适配器相联接。刀具固定器包括刀具引导系统(tool guidance system)，该刀具引导系统被配置和布置成引导切割刀具与燕尾槽的第一侧壁和第二侧壁中的一个相接触。所述切割刀具(cutting tool)安装于刀具固定器中。切割刀具包括锥形表面(tapered surface)，该锥形表面被配置和布置成在燕尾槽的第一侧壁和第二侧壁中的一个中形成锥形凹入部(tapered recess)。
较佳地，所述槽适配器包括槽保持特征(slot retaining feature)，所述槽保持特征被配置和布置成嵌套在所述燕尾槽内。
较佳地，所述槽适配器包括至少一个机械紧固件(mechanical fastener)，所述至少一个机械紧固件被配置和布置成延伸穿过所述主体并且与所述燕尾槽相接合。
较佳地，所述刀具固定器包括可拆卸地联接到(detachably coupled)所述槽适配器的槽适配器安装部分(slot adaptor mounting portion)，所述刀具引导系统相对于所述槽适配器安装部分可移动地安装。
更佳地，所述刀具引导系统通过螺钉(screw)联接到所述槽适配器安装部分，所述螺钉选择性地旋转，以使所述刀具引导系统相对于所述槽适配器安装部分移动。
所述用于修复涡轮机转子轮中的燕尾槽的系统还包括：可拆卸地安装于所述槽适配器的切割刀具深度计(cutting tool depth gauge)，所述切割刀具深度计建立所述切割刀具的插入深度。
较佳地，所述切割刀具深度计包括第一销(first pin)和第二销，所述第一销和所述第二销被配置和布置成与所述切割刀具的锥形表面相接合。
所述的系统还包括修复切口深度计(repair cut depth gauge)，所述修复切口深度计被配置和布置成安装在所述燕尾槽中，所述修复切口深度计包括锥形销(taperedpin)，所述锥形销被配置成测量形成于转子轮中的修复切口的深度。
较佳地，所述锥形销包括深度指示器(depth indicator)。
更佳地，所述锥形销在所述修复切口深度计中是弹簧偏置的(is springbiased)。
较佳地，所述切割刀具的锥形表面包括处于大约4°至大约11°之间的角度。
更佳地，所述切割刀具的锥形表面包括大约5°的角度。
根据示例性实施例的另一个方面，一种修复涡轮机转子轮中的燕尾槽的方法包括：从转子轮燕尾槽移除轮叶(blade)，该燕尾槽具有平面槽底壁(bottom wall)、第一侧壁、和第二侧壁；将槽适配器安装到燕尾槽中；将支承切割刀具的刀具固定器安装到槽适配器；以及将切割刀具引导至底壁、第一侧壁和第二侧壁中的一个或多个中，形成凹槽(groove)，以从涡轮机转子轮去除裂纹。
较佳地，将所述切割刀具引导至所述底壁、所述第一侧壁和所述第二侧壁中的一个或多个中包括使所述刀具固定器朝向所述燕尾槽移位(shifting)。
较佳地，将所述切割刀具引导至所述底壁、所述第一侧壁和所述第二侧壁中的一个或多个中包括将所述切割刀具引导至所述底壁和所述第二侧壁中。
较佳地，将所述切割刀具引导至所述第二侧壁中包括使所述切割刀具朝向所述涡轮机转子轮的第一表面移位。
更佳地，将所述切割刀具引导至所述第二侧壁中包括将所述切割刀具引导至相对于所述第一表面以锐角延伸跨过所述涡轮机转子轮的侧壁中。
较佳地，引导所述切割刀具包括使具有锥形表面的切割刀具移位到所述底壁、所述第一侧壁和所述第二侧壁中的一个或多个中。
较佳地，将所述槽适配器安装到所述燕尾槽中包括将所述槽适配器安装于所述燕尾槽而不从涡轮机移除所述涡轮机转子轮。
所述的方法还包括：通过安装在所述燕尾槽中的修复切口深度计来确定所述凹槽的深度。
通过下文结合附图的描述，这些和其它的优点以及特征将变得更加显而易见。
附图说明
被认为是本发明的主题在说明书结尾处的权利要求书中特别指出并且明确要求保护。通过下文结合附图的详细描述，本发明的上述和其它的特征以及优点是显而易见的，在附图中：
图1示出了根据示例性实施例的涡轮机，该涡轮机包括用于修复燕尾槽的系统；
图2示出了现有技术的转子，所述转子的燕尾槽包括需要通过图1的用于修复燕尾槽的系统修复的裂纹；
图3示出了包括刀具固定器的用于修复燕尾槽的系统，该刀具固定器安装于被布置在图2的转子的燕尾槽中的槽适配器；
图4示出了图3的系统的槽适配器；
图5示出了图4的槽适配器的剖面端视图；
图6示出了根据示例性实施例的方面的图3的系统，该系统联接到深度计；
图7示出了图3的系统的切割刀具；
图8示出了安装于图2的转子的测试仪，具体为修复切口深度计；和
图9示出了根据示例性实施例的已修复燕尾槽。
参照附图通过例子，详细描述解释了本发明的实施例以及优点和特征。
具体实施方式
首先参照图1，涡轮机系统(turbomachine system)大体示为2。涡轮机系统2包括涡轮机(turbomachine)4，该涡轮机具有连接到涡轮部分(turbine portion)8的压缩机部分(compressor portion)6。压缩机部分6包括入口(inlet)10。压缩机部分6包括多个级12。每一级12都包括多个固定压缩机喷嘴(stationary compressor nozzles；其中的一个示为14)、和多个旋转压缩机斗叶或轮叶(rotating compressor buckets or blades；其中的一个示为17)。轮叶17联接到压缩机转子轮18。涡轮部分8包括多个级22。每一级22都包括相应的多个固定涡轮喷嘴(其中的一个示为24)、和多个旋转涡轮斗叶或轮叶(例如示为26)。涡轮轮叶26联接到涡轮转子轮28。涡轮部分8还包括出口30。
燃烧器组件34流体地连接压缩机部分6和涡轮部分8。燃烧器组件34包括一个或多个燃烧器36。燃烧产物通过相应的过渡件(未示出)从每个燃烧器36通入涡轮部分8中。燃烧产物沿热气体路径38通过，同时与多个级22相互作用。涡轮机系统2还被示为包括流体地连接到入口10的进气系统40和可以操作性地连接到涡轮部分8的负载42。应当理解，负载42还可以连接到压缩机部分6。排气系统44流体地连接到涡轮部分8的出口30。排气系统44接收并且调节从涡轮机4通过的排放气体。
如图2中所示，压缩机转子轮18包括外部边缘50，该外部边缘具有第一表面51、相对的第二表面52、和在该第一表面51和第二表面52之间延伸的多个燕尾槽(其中的一个示为54)。每个燕尾槽54都包括第一侧壁56、第二侧壁58、和底壁60。在图示的示例性实施例中，底壁60为基本平面(substantially flat)。这样一来，燕尾槽54可以构成平面槽底部燕尾槽。燕尾槽54在第一表面51和第二表面52之间以非垂直角度延伸。在图示的示例性实施例中，第一侧壁56以钝角62延伸并且第二侧壁58相对于第一表面51以锐角64延伸。此外，在图示的示例性实施例中，压缩机转子轮18包括可能邻近燕尾槽54的第二侧壁58形成于第一表面51处的一个或多个裂纹68。裂纹68可能由于热机械负载和锐角拐角应力集中所造成的应力而产生。同样的裂纹还可能产生于第二表面52的相对锐角拐角处。
图3示出了根据示例性实施例的用于修复转子轮上的燕尾槽的系统78。系统78包括槽适配器84、刀具固定器86、和切割刀具88。如图4中所示，槽适配器84包括主体94，该主体具有一个或多个槽保持特征(其中的一个示为96)和止动元件97(图5)。槽保持特征96被配置成由燕尾槽54接收，其中止动元件97相对于第一表面51建立插入深度。主体94包括第一部分99和支承刀具固定器86的第二部分100，该第一部分包括槽保持特征(其中的一个示为96)。
第一部分99包括接收机械紧固件105的一个或多个螺纹开口(例如示为102)。机械紧固件105通过主体94并且与底壁60相接合，从而推动槽保持特征96抵靠第一侧壁56和第二侧壁58。通过该方式，槽适配器84可以固定于燕尾槽54内。第二部分100包括成角度表面109，该成角度表面109相对于压缩机转子轮18以期望取向支承刀具固定器86。成角度表面109包括接收机械紧固件113的一个或多个螺纹开口(例如示为111)。机械紧固件113将刀具固定器86固定至第二部分100。
进一步根据示例性实施例，刀具固定器86包括槽适配器安装部分118和刀具引导系统120。槽适配器安装部分118包括主体124，该主体124具有第一部段128和第二部段130。第一部段128通过机械紧固件113连接到成角度表面109。第二部段130包括第一凸缘132，该第一凸缘132与第二凸缘133间隔开。螺钉134在第一凸缘132和第二凸缘133之间延伸。螺钉134包括被布置在第一凸缘132处的手柄136和被支承在第二凸缘133处的悬臂端(未单独标出)。
螺钉134与设置于刀具引导系统120上的从动构件(driven member)138相配合。通过该方式，手柄136的旋转使得刀具引导系统120相对于槽适配器安装部分118线性移动。刀具引导系统120也包括刀具固定器140，以用于保持切割刀具88和驱动构件(drivingmember)142。驱动构件142联接到刀具固定器140。驱动构件142的旋转使得刀具固定器140相应地旋转并且通过延伸使得切割刀具88旋转。在操作中，手柄136旋转，从而使得切割刀具88移动到燕尾槽54的第二侧壁58和底壁60中，从而产生凹槽146，如图9中所示。切割刀具88被插入到将裂纹68去除的期望的深度。
根据示例性实施例的方面，系统78包括切割刀具深度计150，如图6中所示，该切割刀具深度计150设定(set)切割刀具88的插入深度。切割刀具深度计150包括安装部段164，该安装部段164附接到槽适配器安装部分118的第一部段128。切割刀具深度计150还包括计量部段167，该计量部段167具有第一销170，该第一销与第二销171间隔开期望距离。销170和171与切割刀具88相接合。通过该方式，可以在将刀具固定器86安装到槽适配器84之前设定切割刀具88的插入深度。
进一步根据示例性实施例的方面，切割刀具88包括切割部分180和柄部分182，如图7中所示。根据示例性实施例的方面，切割部分180包括锥形表面184，该锥形表面由磨料(abrasive)185覆盖。当然，应当理解，磨料185可以形成锥形表面184的一部分、或者可以固定到锥形表面184。还应当理解，锥形表面184可以包括一个或多个切割表面。根据示例性实施例的方面，锥形表面184包括处于大约4°到大约11°之间的角度。根据示例性实施例的另一个方面，锥形表面184包括大约5°的角度。
此外，切割部分180包括第一端187，该第一端187延伸到第二端188并且切割部分180可以包括处于大约1英寸(2.54cm)到大约4英寸(10.16cm)之间的长度。此外，第一端187可以包括大约0.100英寸(2.54mm)的直径并且第二端188可以包括处于大约0.3英寸(7.62mm)到大约0.7英寸(17.78mm)之间的直径。就这一点而言，应当理解，术语“大约”旨在包括与基于提交申请时可获得的设备所测量到的特定数量相关的误差度。例如，“大约”能够包括给定值的±8％或5％、或2％的范围。
进一步根据示例性实施例，系统78包括修复切口深度计190，示于图8中。修复切口深度计190包括主体191，该主体具有槽安装部分192和深度计部分193。槽安装部分192包括槽保持特征(未示出)，该槽保持特征可以类似于位于槽适配器84上的槽保持特征96。这样一来，槽安装部分192可以以与上文所描述的类似的方式通过机械紧固件196安装于槽54中。修复切口深度计190还包括止动构件200，该止动构件200建立了深度计部分193和压缩机转子轮18的第一表面51的相对位置。
一旦安装，计量销或锥形销204可以被插入到凹槽146中。沿槽方向观察并且在外部面51上测量，凹槽146具有从0.1到0.4英寸的半径。锥形销204通过弹簧206安装于深度计部分193中，该弹簧产生朝向外定向(离开压缩机转子轮18)的力。锥形销204还包括致动器208。致动器208可以被操作成将锥形销204推动到凹槽146中。深度指示器210(示为柱213的形式)从锥形销204延伸穿过形成在深度计部分193中的窗215。窗215包括止动件218，该止动件218与柱213相接合。通过该方式，技术人员可以确定凹槽146是否形成至期望深度。
就这一点而言，应当理解，示例性实施例描述了用于修复可能形成在涡轮机转子轮中的裂纹的系统。可以安装和利用该系统而无需从涡轮机移除转子轮。此外，该系统可以修复裂纹而无需昂贵的设备(例如计算机控制铣床)，也无需可能造成停机时间和修复成本的离场修复设备。此外，应当理解，可以安装和采用该系统以修复单个槽。通过该方式，示例性实施例可以减少轮叶移除和机器停机时间。
尽管已经仅结合数量有限的实施例对本发明进行了详细描述，但是应当易于理解，本发明并不限于这种所公开的实施例。相反，能够将本发明修改成结合到目前为止并未进行描述但是与本发明的精神和范围相当的任何数量的改型、变型、替代或等同布置。此外，尽管已经对本发明的各个实施例进行了描述，但是应当理解，本发明的各个方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明并不被视为受到以上描述的限制，而是仅仅通过所附权利要求的范围进行限定。

Claims (11)

1.一种用于修复涡轮机转子轮中的燕尾槽的系统，其特征在于，包括：
槽适配器，所述槽适配器具有主体，所述主体被配置和布置成嵌套在燕尾槽的第一侧壁和第二侧壁之间；
切割刀具；和
刀具固定器，所述刀具固定器被配置成与所述槽适配器相联接，所述刀具固定器包括刀具引导系统，所述刀具引导系统被配置和布置成引导所述切割刀具与所述燕尾槽的第一侧壁和第二侧壁中的一个相接触；
其中，所述切割刀具安装于所述刀具固定器中，所述切割刀具包括锥形表面，所述锥形表面被配置和布置成在所述燕尾槽的第一侧壁和第二侧壁中的一个中形成锥形凹入部。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述槽适配器包括槽保持特征，所述槽保持特征被配置和布置成嵌套在所述燕尾槽内。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述槽适配器包括至少一个机械紧固件，所述至少一个机械紧固件被配置和布置成延伸穿过所述主体并且与所述燕尾槽相接合。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述刀具固定器包括可拆卸地联接到所述槽适配器的槽适配器安装部分，所述刀具引导系统相对于所述槽适配器安装部分可移动地安装；其中所述刀具引导系统通过螺钉联接到所述槽适配器安装部分，所述螺钉选择性地旋转，以使所述刀具引导系统相对于所述槽适配器安装部分移动。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：可拆卸地安装于所述槽适配器的切割刀具深度计，所述切割刀具深度计建立所述切割刀具的插入深度，所述切割刀具深度计包括第一销和第二销，所述第一销和所述第二销被配置和布置成与所述切割刀具的锥形表面相接合。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：修复切口深度计，所述修复切口深度计被配置和布置成安装在所述燕尾槽中，所述修复切口深度计包括锥形销，所述锥形销被配置成测量形成于转子轮中的修复切口的深度，所述锥形销包括深度指示器，所述锥形销在所述修复切口深度计中是弹簧偏置的。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述切割刀具的锥形表面包括处于4°至11°之间的角度。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述切割刀具的锥形表面包括大约5°的角度。
9.一种使用上述权利要求任一项所述的用于修复涡轮机转子轮中的燕尾槽的系统修复涡轮机转子轮中的燕尾槽的方法，其特征在于，所述方法包括：
从转子轮燕尾槽移除轮叶，所述燕尾槽具有底壁、第一侧壁、和第二侧壁；
将槽适配器安装到所述燕尾槽中；
将支承切割刀具的刀具固定器安装于所述槽适配器；和
将所述切割刀具引导至所述底壁、所述第一侧壁和所述第二侧壁中的一个或多个中，从而形成凹槽，以从所述涡轮机转子轮去除裂纹。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述切割刀具引导至所述底壁、所述第一侧壁和所述第二侧壁中的一个或多个中包括使所述刀具固定器朝向所述燕尾槽移位；和/或将所述切割刀具引导至所述底壁、所述第一侧壁和所述第二侧壁中的一个或多个中包括将所述切割刀具引导至所述底壁和所述第二侧壁中。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述切割刀具引导至所述第二侧壁中包括使所述切割刀具朝向所述涡轮机转子轮的第一表面移位；和/或将所述切割刀具引导至所述第二侧壁中包括将所述切割刀具引导至相对于所述第一表面以锐角延伸跨过所述涡轮机转子轮的侧壁。
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