CN106413989A - 翼型件机器构件抛光方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于抛光包括由吸力侧(7S)、压力侧(7P)、前缘(7A)和后缘(7B)组成的至少一个翼型件部分(7)的机器构件(1A,1B)的抛光方法。该方法提供了将机器构件(1A,1B)布置在容器(11)中且将机器构件(1A,1B)约束于容器(11)。抛光混合物(M)加入容器(11)中，且促使容器(11)与约束于其的机器构件(1A,1B)一起振动，由此生成沿翼型件部分(7)的抛光混合物(M)流，直到达到最终的算术平均粗糙度。

Description

翼型件机器构件抛光方法
技术领域
本文公开的主题涉及机器构件的制造，机器构件包括翼型件部分，诸如但不限于，用于轴向涡轮机的转子和定子叶片或轮叶、用于径向或轴向-径向涡轮机的叶轮，等。
背景技术
诸如轴向压缩机和涡轮的轴向涡轮机包括一个或更多个级，各个级均包括静止叶片或轮叶的圆形布置，以及转子叶片或轮叶的圆形布置。叶片设有根部和末梢。翼型件部分在各个叶片的根部与末梢之间延伸。
为了改善涡轮机的效率，叶片通常经历抛光步骤。附加的处理可在抛光之前在叶片上执行。例如，喷完加工(shot peening)步骤通常在抛光或精整之前执行，以提高叶片的强度。喷完加工增大表面粗糙度。抛光步骤目前由振动精整执行，例如，振动翻滚(vibro-tumbling)。振动翻滚提供了将叶片置于旋转滚筒中，滚筒填充由天然磨料或合成磨料和陶瓷粘合剂制成的小球。引起滚筒旋转和/或振动，使得小球使翼型件轮廓的表面抛光。可由振动翻滚实现的最终算术平均粗糙度(Ra)范围大约是0.63μm。
较低粗糙度值可通过继续叶片的振动翻滚处理来实现。然而，翼型件轮廓上的小球的效果不但改变表面的粗糙度和纹理，而且改变翼型件的几何形状。使粗糙度降到低于上述值可导致几何形状的不允许的改变。出于此原因，较低粗糙度值不可利用当前技术的抛光方法来获得。
例如，用于离心压缩机和泵的带护罩叶轮目前借助于所谓的磨料流加工来抛光。磨料流加工过程由在压力下生成穿过叶轮的导叶的磨料材料的悬液流构成。实现大约0.68μm的粗糙度值。由于包含在压力下引起流过叶轮的导叶的悬液中的磨料颗粒的研磨动作，故磨料流加工不利地影响叶片的几何形状。此外，叶片与磨料流之间的相互作用使得由于叶片的几何形状，在叶片的压力侧和吸力侧上获得了非一致的研磨效果。因此，超过上述粗糙度值继续叶轮的磨料流加工过程是不适合的，因为这将导致叶片几何形状的不可接受的改变，且因此叶轮效率变差。
包括翼型件部分的机械构件(诸如叶轮或叶片)的效率随粗糙度降低而提高，因为摩擦引起的能量损失减少。因此，需要改善精整过程和方法以便通过减小翼型件轮廓的粗糙度来提高其效率，而不使翼型件轮廓的几何形状改变超过可允许的阈值或容限。
发明内容
提供了一种用于对包括至少一个翼型件部分的机器构件抛光的改进方法，翼型件部分由吸力侧、压力侧、前缘和后缘组成，该方法允许在翼型件表面上实现特别低的粗糙度值。
在包括所附权利要求的本公开内容中，除非不同指出，否则表面纹理和粗糙度特征为算术平均粗糙度值(Ra)。也称为AA(算术平均值)或CLA(中心线平均值)的算术平均粗糙度(Ra)是实际表面与评估长度(L)内的平均线或中心线的算术平均偏差，且限定为
或
。
除非不同指出，否则本文使用的算术平均粗糙度(Ra)表示为微米(μm)。除非不同指出，否则在描述中和权利要求中，用语粗糙度应当理解为如上文限定的算术平均粗糙度。
根据一些实施例，该方法包括：
将机器构件布置在容器中且将机器构件约束于容器中；
将抛光混合物加入容器中，抛光混合物至少包含：磨料粉末、液体和金属颗粒；
使容器和约束于其中的机器构件振动，由此生成沿翼型件部分的抛光混合物，直到达到最终的算术平均粗糙度。
在优选实施例中，抛光继续，直到在机器构件上达到等于或小于0.3μm的最终的算术平均粗糙度。令人惊讶地发现，本文公开的方法可在相对短时间内实现此非常低的粗糙度值，且保持几何形状，即，翼型件轮廓的大小和形状基本不变，即，实现上述粗糙度值，而不会不利地影响诸如涡轮叶片或轮叶、涡轮机叶轮等关键构件的总体几何形状。根据当前技术的抛光方法不可用于在不引起将使得抛光的机器构件实际上不可用的翼型件轮廓的不可预计的改变的情况下达到此低的算术平均粗糙度值。
根据一些实施例，应用处理，直到在翼型件轮廓上获得等于或小于0.2μm，优选等于或小于0.17μm，且更优选等于或小于0.15μm的最终的算术平均粗糙度。
容器可连接到振动布置上，例如，振动布置包括旋转凸轮和电动机。布置可提供成用于调节振动频率。根据一些实施例，该方法因此还可包括选择容器和约束于其的机器构件的振动频率，这引起金属颗粒沿粘附于其的翼型件部分前移，以及借助于翼型件部分和沿其滑动的金属颗粒之间的磨料颗粒生成翼型件部分的抛光动作。一个或更多个振动频率值例如可取决于机器构件的结构特征和形状来确定，这确定金属颗粒沿翼型件部分的此滑动前移。振动频率的选择可根据经验获得，例如，逐渐地改变驱动与容器共同作用的凸轮的电动机的转速。适合的振动频率可通过观察机器构件的表面上的金属颗粒或碎屑的移动来选择。
在一些实施例中，可使用具有基本平坦的表面的金属颗粒。可通过沿翼型件部分的振动来引起金属颗粒前移，其中其平坦的表面与翼型件部分接触。
机器构件可经历预处理过程，诸如预喷丸加工处理。
根据一些实施例，生成沿翼型件部分的抛光混合物流的步骤包括使抛光混合物的金属颗粒沿翼型件部分的压力侧和吸力侧前移。
机器构件例如可为具有根部和末梢的轴向涡轮机的叶片或轮叶。翼型件部分在根部与末梢之间延伸，翼型件翼弦从所述根部到所述末梢限定在翼型件部分的各个位置的后缘与前缘之间。
在本文公开的方法的一些实施例中，翼弦的长度在使机器构件振动的所述步骤期间保持基本不变，直到实现0.3μm或更小，优选0.2μm或更小，或更优选0.17μm或更小的最终的算术平均粗糙度。弦长可经历小于可允许的容限值的振动。例如，弦长的振动可等于或小于0.05%，且优选等于或小于0.03%。
根据优选实施例，从振动容器和约束于其的机器构件的步骤的开始到结束的弦长的变化可等于或小于0.1mm，优选等于或小于0.07mm，且甚至更优选等于或小于0.02mm。
抛光期间保持等于或低于0.1mm且优选等于或低于0.07mm的弦长变化导致叶片几何形状且因此叶片功能保持基本不变。因此，根据一些实施例，当机器构件为轴向涡轮机的叶片或轮叶时，保持翼型件部分的大小和形状基本不变的特征意味着弦长的变化等于或小于0.1mm，且优选等于或小于0.07mm，例如，等于或小于0.02mm。
根据一些实施例，机器构件为涡轮机叶轮，其由带有中心传动轴收纳开孔的毂，以及围绕所述传动轴收纳开孔布置在毂上的多个叶片组成。叶片形成翼型件部分，各个叶片均具有吸力侧和压力侧。导叶限定在相邻的叶片之间。各个导叶均具有入口和出口，且各个叶片均具有入口处的前缘和对应导叶的出口处的后缘。通过振动机器构件，产生了抛光混合物流，其在叶轮的导叶中且穿过导叶循环。
在振动机器构件的步骤期间，叶轮的叶片的厚度平均减小小于0.5%，且优选平均小于0.4%，同时实现了导叶的内表面的最终的算术平均粗糙度，其可等于或小于0.3μm，且优选等于或小于0.2μm。
根据优选实施例，从振动容器和约束于其的机器构件的步骤的开始到结束的叶片厚度的变化可等于小于0.1mm，优选等于或小于0.07mm，且甚至更优选等于或小于0.02mm。
保持等于或小于0.1mm且优选等于或小于0.7mm的抛光期间的叶片厚度变化导致叶片几何形状且因此叶片功能保持基本不变。因此，根据一些实施例，当机器构件为用于涡轮机的叶轮时，例如，用于径向泵或压缩机的叶轮，保持翼型件部分的大小和形状基本不变的特征意味着叶轮叶片的厚度的变化等于或小于0.1mm，且优选等于或小于0.07mm，例如，等于或小于0.02mm。
根据一些实施例，叶轮包括护罩，其由叶轮孔眼组成。护罩、毂和相邻的叶轮叶片限定其间的流动导叶，各个流动导叶均具有叶片的后缘处的出口孔口。在有利的实施例中，该方法提供了振动叶轮和生成穿过导叶的抛光混合物流，其引起出口孔口的轴向大小相对于初始轴向大小变化平均小于0.05%，且优选小于0.04%。
在一些实施例中，金属颗粒包括金属碎屑。在特别有利的实施例中，金属颗粒包括铜颗粒或铜碎屑。
在一些实施例中，磨料粉末为氧化铝、陶瓷或它们的组合。液体可包括或可为水。此外，可添加抛光介质。
根据一些实施例，抛光混合物具有按重量的以下成分：
金属颗粒90 - 98%，
磨料粉末0.05 - 0.4%
液体3 - 10%。
振动容器和约束于其的机器构件的步骤可持续5到8小时之间，且优选6到7小时之间。
根据其它实施例，振动容器和约束于其的机器构件的步骤可持续1.5到10小时之间。
在一些实施例中，例如，当对轴向涡轮机叶片或轮叶抛光时，振动步骤可持续1到3小时之间，例如，1到2小时之间。
根据不同方面，本公开内容还涉及包括翼型件部分的机器构件，其中翼型件部分具有等于或小于0.3μm，优选等于或小于0.2μm，更优选等于或小于0.17μm，且甚至更优选等于或小于0.15μm的算术平均粗糙度。机器构件可选自包括以下的集合：轴向涡轮机叶片或轮叶；涡轮机叶轮。
特征和实施例这里在下文中公开，且在形成本描述的组成部分的所附权利要求中进一步提出。以上简要描述提出了本发明的各种实施例的特征，以便以下详细描述可得到较好理解，且以便可更好认识到对本领域的当前贡献。当然，存在将在下文中描述且将在所附权利要求中提出的本发明的其它特征。在此方面，在详细阐释本发明的若干实施例之前，将理解的是，本发明的各种实施例不限于其应用于以下描述中提出或附图中示出的构造细节和构件布置。本发明能够有其它实施例，且以各种方式实施和执行。另外，将理解的是，本文使用的短语和用语为了描述目的，且不应当认作是限制性的。
因此，本领域的技术人员将认识到，本公开内容基于的构想可容易实现为用于设计其它结构、方法和/或系统来执行本发明的若干目的的基础。因此，重要的是，权利要求认作是包括此类等同的构造，因为它们并未脱离本发明的精神和范围。
附图说明
本发明的公开实施例和其许多伴随的优点的更完整的认识将容易获得，因为其在连同附图考虑时，通过参照以下详细描述变得更好理解，在附图中：
图1A和1B示出了包括翼型件部分的机器构件，其可利用本文公开的方法抛光；
图2示意性地示出了根据本文公开的方法的涡轮机叶片的抛光；
图3示意性地示出了翼型件部分上抛光介质的动作；
图4和5示出了进行粗糙度测量的示例性翼型件部分和位置；
图6至23示出了报告利用如本文所述的方法抛光的涡轮叶片样本上进行的测量的图表；
图24示出了压缩机叶轮的示例性实施例；
图25示出了根据本文公开的方法的压缩机叶轮的抛光；
图26,27和28示出了利用根据本公开内容的方法抛光的样本叶轮上进行的测量的位置；
图29示出了可利用根据本公开内容的方法抛光的另一个叶轮。
具体实施方式
示例性实施例的以下详细描述参照了附图。不同图中的相同参考标号表示相同或类似的元件。此外，图不一定按比例绘制。另外，以下详细描述不限制本发明。作为替代，本发明的范围由所附权利要求限定。
说明书各处提到的"一个实施例"或"实施例"或"一些实施例"意思是连同实施例描述的特定特征、结构或特点包括在公开主题的至少一个实施例中。因此，说明书各处的各种位置出现的短语"在一个实施例中"或"在实施例中"或"在一些实施例中"不一定是指相同的(多个)实施例。此外，特定特征、结构或特点可在一个或更多个实施例中以任何适合的方式组合。
轴向涡轮机的叶片的抛光
图1A示出了总体上标为1A的用于轴向涡轮压缩机的压缩机叶片的示例性实施例的透视图。压缩机叶片1A包括根部3和末梢5。翼型件部分7在根部3与末梢5之间延伸。翼型件部分包括前缘7A和后缘7B。翼型件部分还包括压力侧7P和吸力侧7S。
图1B示出了总体上标为1B的燃气轮机叶片的示例性实施例的透视图。涡轮叶片1A包括根部3和末梢5。翼型件部分7在根部3与末梢5之间延伸。翼型件部分7具有吸力侧7S和压力侧7P、前缘7A和后缘7B。
图1A中所示的轴向压缩机叶片1A和图1B中所示的涡轮叶片1B提供为可能的机器构件的示例性实施例，其可适于以本文公开的方法来抛光。涡轮机领域的技术人员将理解包括至少一个翼型件部分的涡轮机构件的其它类型可利用本文公开的方法来处理，例如，静止轴向压缩机叶片、静止涡轮叶片或轮叶，以及用于离心涡轮机(诸如涡轮压缩机和泵)的叶轮，这将随后更详细地公开。
机器构件1A,1B可经历表面处理步骤，例如，喷丸加工处理。一旦机器构件1A,1B预先抛光，则其可在抛光机器中处理。图2中示出了抛光机器10的示例性实施例的简图。抛光机器10包括容器11，机器构件置于容器11中。机器构件直接地或间接地约束于容器11，以便与其一起移动。在一些实施例中，容器11可约束于振动台13。振动台13可连接到静止底座15上，例如，经由一个或更多个回弹性部件17。回弹性部件17可包括螺旋弹簧等。在一些实施例中，粘弹性布置可替代简单的回弹性部件布置17使用。
为了控制振动台13的振动，在一些实施例中，提供了一个或更多个电机21。马达21控制偏心凸轮23的旋转，偏心凸轮23围绕基本水平轴线23A旋转。如由双向箭头f13示意性所示，偏心凸轮23的旋转引起振动台13和约束于其的容器11沿竖直方向振动。
在容器11中，可布置包括翼型件部分的一个或更多个机器构件1A,1B。作为优选，各个机器构件1A,1B约束于容器11，使得机器构件1A,1B与容器11和振动台13整体结合地振动。
容器11部分地或完全地填充有抛光混合物M。抛光混合物可完全覆盖机器构件1A,1B，使得机器构件完全由抛光混合物M淹没。在本文公开的方法的其它实施例中，可使用较少量的抛光混合物M，以仅部分地覆盖机器构件1A,1B，例如，直到机器构件1A,1B的整个高度H的60%、70%或80%。
抛光混合物M可包括液体(例如，水)、金属颗粒和磨料粉末。金属颗粒可包括金属碎屑，例如，铜颗粒，诸如铜碎屑。磨料粉末可选自以下构成的集合：氧化铝、陶瓷颗粒或其组合。
金属颗粒可具有基本平坦的形状，即，可由金属箔片或薄层的碎片制成。在一些实施例中，金属颗粒可具有1到2mm之间的厚度。在一些实施例中，金属颗粒可具有3到5mm之间的截面大小。
磨料颗粒可具有2到8μm之间的粒面。
抛光混合物M还可包括抛光介质。抛光介质可选自以下构成的集合：肥皂、钝化液体或它们的混合物。
抛光混合物M的按重量的成分可包括以下：
-金属颗粒：90-98%wt
-磨料粉末：0.05-0.4%wt
-液体：3-10%wt。
一旦抛光混合物引入容器11中，则容器11通过启动电动机21来进行振动。振动频率可适当调节，例如，使用变频驱动器22。处理优选在一定振动频率下执行，振动频率设置成使得抛光混合物的金属颗粒沿翼型件部分7的表面可滑动地前移来与其接触。例如，引起该现象的振动频率可容易地通过从低频值开始且逐步或连续地增大振动频率，直到触发金属颗粒的滑移来选择，这是可由操作者容易检测到的状态。使用用于电机21的适合的变频驱动器22，振动频率可调节至有效值，其开始金属颗粒沿翼型件部分7的滑动前移移动。
图3示意性地示出了由选择的振动频率触发的上述现象：在P处示意性地示出的金属颗粒粘附到翼型件部分7的表面7S和7P上，且在约束于振动容器11和振动台13的机器构件1A,1B的振动效果下如虚线箭头所示那样前移。磨料颗粒A捕集在金属颗粒P与翼型件部分7的表面7S或7P之间。磨料颗粒A粘附到金属颗粒上，且在由马达21生成的振动的效果下与其一起前移。金属颗粒P与捕集在金属颗粒P与翼型件部分的表面7S和7P之间磨料粉末A的前移引起处理下的表面上的抛光效果。
由于前移移动由容器11中的机器构件1A,1B的振动确定，故基本没有压力施加到翼型件部分7的表面上，且研磨效果极为温和。
如图3中示意性所示，当金属颗粒或碎屑P到达翼型件部分7的后缘7A或前缘7B时，它们基本放松与机器构件的接触，且移离机器构件，或围绕边缘旋转，从压力侧移动到吸力侧，或反之亦然。金属颗粒P围绕边缘7A,7B的倾斜在基本没有压力施加到翼型件部分7与金属颗粒P之间的情况下发生，使得边缘7A,7B的形状保留，且围绕边缘的金属颗粒流不引起其几何形状变化。
在机器构件的若干翼型件轮廓上执行的测试显示出该抛光方法的效果导致非预期的低粗糙度值，而不会不利地影响翼型件轮廓的几何形状。
实例1：轴向涡轮的静止和旋转叶片的抛光
在用于轴向涡轮的静止或旋转叶片或轮叶的多个样本上执行的测试结果将在下文中论述，以示出抛光方法在实现的粗糙度和轮廓的几何形状的保留方面中的有效性。
测试在可从General Electric(Evendale, Ohio, USA)获得的重载燃气轮机的样本轮叶或叶片上执行。
测试在2级、3级或11级涡轮级的转子叶片样本上和5级、6级和8级的静止叶片上执行。
描述叶片的几何形状且可用于检查抛光过程对叶片的翼型件轮廓的总体几何形状的效果的若干参数中可选择翼弦变化。翼弦在抛光过程之前和之后的叶片根部的不同距离处测得，以检查抛光过程如何影响该参数。
如上文所述，由于叶片的前缘和后缘上的研磨小球的影响，故当前技术的精整过程特别不利地影响叶片翼弦的大小，这导致边缘的侵蚀、其曲率半径的改变和翼弦大小的变化。因此，翼弦大小为抛光之后待检查的关键参数，以确定抛光过程是否将叶片的几何形状改变到其可有损叶片效率的程度。
以下的表1归纳了测试的叶片主要数据。表格指出了测试的叶片或轮叶所属的燃气轮机的转子或定子的数目、测试样本的数目和抛光循环时间。氧化铝用作磨料，且铜颗粒用于抛光混合物中。抛光混合物的成分如下：
-金属颗粒：95%wt
-磨料粉末：0.10% wt
-水：4,9%wt。
表1
。
首先参看第二转子级，以下的表2报告了喷丸加工之后和抛光之前的各个样本叶片的吸力侧表面的六个不同点中的标为19,12,10,26的四个不同样本上测得的算术平均粗糙度值Ra。样本以样本数(S/N)19,12,10,26标记。如上文所述，测量结果以μm(微米)表示。图4中示出了测量的算术平均粗糙度值Ra的六个点的位置。各个点S1-S6中的局部算术平均粗糙度值为报告列S1到S6。最后一列指出了各个样本上计算的平均值(各个样本的点S1-S6中测得的六个Ra值的平均值)：
表2
。
表3示出了标为P1到P4的四个不同位置中的其压力侧上的相同转子叶片样本上的算术平均粗糙度值Ra测量结果，其位置在图4中示意性示出。表3报告了第一列中的样本数(S/N)，以及对各个样本和列P1,P2,P3和P4中的四个点P1-P4中的每一个的算术平均粗糙度值。最后一列(Avg)示出了在各个样本上测得的四个粗糙度值Ra的平均值(点P1-P4上的四个测量结果的平均值)。值在喷丸加工之后和抛光之前再次测得：
表3
。
以下的表4和5报告了相同样本和相同测量点上的粗糙度值Ra和如上文所述的抛光过程之后的平均值(最后一列，Avg)：
表4
表5
。
图6和7在两个图表中示出了以上报告的粗糙度数据。图6报告了四个测试样本的分别抛光之前和之后的吸力侧上的六个点S1-S6上测得的算术平均粗糙度Ra的平均值(Avg)。样本数(S/N)在横坐标上报告，且对应于表2-5的左侧列中的样本数。图7报告了压力侧上的相同的四个样本的抛光之前和之后的相同算术平均粗糙度。
图6和7的图表中归纳的以上报告的数据示出了测试下在样本上执行的抛光实现了远低于可由振动翻滚实现的算术平均粗糙度。在测试的所有样本的吸力侧和压力侧两者上，实现了低于0.2μm的算术平均粗糙度，且在一些情况中为大约0.1μm。
测试还示出了算术平均粗糙度在120分钟处理时间之后改善很小。表1中示出了各个样本的处理时间。
为了检查在抛光之后获得的最终叶片几何形状是否与应用于此类机器构件上的严格要求是否一致，翼弦轮廓的延伸在测试下的所有四个样本上的抛光处理之前和之后测得。图8报告了抛光之前和之后的测得的翼弦大小的差异。测量将在从根部开始朝向末梢的叶片上的十个不同位置处执行，且沿水平轴线报告。大小差异在竖直轴线上报告，且表示为mm。相同的参数在以下图11,14,17,20,23中示出，其表示其它叶片和轮叶样本上执行的测试，且将随后论述。
图8中报告的数据示出了在各种情况下，抛光之后的叶片的初始几何形状与最终几何形状之间的差异可忽略。这示出了，尽管在低于0.2μm的粗糙度值(Ra)下实现了很有效的抛光，但叶片的几何形状基本不变。
在若干涡轮机叶片上执行的测试示出了翼弦大小的总体改变小于0.1mm，通常等于或小于0.07mm，且可实现低至0.02mm的改变，同时仍在叶片的压力侧和吸力侧上获得上述期望的算术平均粗糙度值。
以下的表6到9报告了第三涡轮级的六个转子叶片样本上的粗糙度测量结果。图6和7报告了抛光过程之前和之后的基于表6到9中报告的数据的分别吸力侧和压力侧的算术平均粗糙度(Ra)。表6示出了抛光之前的标为19,11,23,24,7和38的六个样本中的每一个的吸力侧上的六个点S1-S6(如图4中所示定位)上以微米测量的局部算术平均粗糙度(Ra)：
表6
。
以下表7示出了抛光之前在相同六个叶片样本的压力侧(图5)上的四个点P1-P4上测得的算术平均粗糙度值：
表7
。
以下的表8和9示出了抛光之后的与表6和7中相同样本且在相同点上测得的算术平均粗糙度值：
表8
表9
。
样本数(S/N)在第一列中报告。
图9和10示出了两个图表，其报告了吸力侧(图9)和压力侧(图10)上抛光之前和之后的算术平均粗糙度数据。样本数(S/N)在横坐标上报告，且对应于表6到9中的第一列中列出的样本数。图表中报告的数据为所述表格的最后一列中所示的平均值。
图11报告了测试下的六个样本的沿翼型件轮廓的不同位置处的测得的翼弦大小相对于初始大小(即，抛光之前的大小)之间的差异。图11示出了也对于该组测试，抛光过程实现远低于0.2μm的粗糙度，而不会不利地影响轮廓的几何形状。大小变化在竖直轴线上以mm报告。沿翼型件部分的位置在水平轴线上报告。
下表10,11,12和13报告了属于11级涡轮级的六个转子叶片样本(S/N1,35,7,19,29,26)的抛光之前(表10和11)和抛光之后(表12和13)的吸力侧和压力侧上的测得的算术平均粗糙度值：
表10
表11
表12
表13
。
在上表中报告的算术平均粗糙度在图12和13的图表中归纳。类似于图8和11，图14示出了从根部开始朝向末梢的沿翼型件轮廓的不同位置处的精整或抛光过程之后的翼弦大小的改变。
在相同涡轮的第5、第8和第16转子级上的样本叶片或轮叶上执行的测试示出了实现的粗糙度值和叶片几何形状的不显著改变方面的相似结果。下表14,15,16和17分别报告了抛光之前的吸力侧(表14)和压力侧(表15)上的测得粗糙度数据，以及抛光之后的吸力侧(表图16)和压力侧(表17)上的粗糙度值。
表14
表15
表16
表17
。
大约或低于0.15μm的算术平均粗糙度值在轮叶的压力侧和吸力侧两者上获得。图15和16归纳了抛光之前和之后分别在吸力侧和压力侧上的算术平均粗糙度的数据。
图17示出了抛光之后沿叶片的高度的七个不同位置处的相对于初始值(即，抛光之前)的翼弦大小变化。至于上述转子叶片，也在5级的定子轮叶的情况下，抛光过程对叶片的总体几何形状基本没有影响。
下表18,19,20和21示出了涡轮的第8级的定子轮叶的六个不同样本的抛光之前(表18-吸力侧，表19-压力侧)和抛光之后(表20-吸力侧，表21-压力侧)的粗糙度测量结果。获得低于0.2μm，主要大约或低于0.15μm的算术平均粗糙度值。吸力侧和压力侧上的算术平均粗糙度值(抛光之前和之后)分别在图18和19中绘出和归纳。
表18
表19
表20
表21
。
类似于图17和14，图20报告了抛光过程引起翼弦延伸的改变。图20中报告的数据示出了在此情况下，抛光过程也基本对翼型件轮廓的几何形状没有影响，即，叶片和轮叶的几何形状保持基本不变，且它们因此保持其功能基本不变。
最后，表22,23,24和25报告了涡轮的第16级的六个定子轮叶样本的在抛光之前(表22-吸力侧；表23-压力侧)和抛光之后(表24-吸力侧；表25-压力侧)的吸力侧和压力侧上测得的算术平均粗糙度值。
表22
表23
表24
表25
。
图21和22归纳了对于第16级的定子轮叶的分别吸力侧和压力侧上的算术平均粗糙度值。在此情况下也实现了远低于0.2μm的算术平均粗糙度值。
图23的图表示出了抛光过程对轮叶的几何形状基本没有影响，其翼大小仍保持基本不受影响。
叶轮的抛光
上述抛光方法可有利地大体上用于抛光用于离心压缩机、泵和径向或轴向-径向涡轮机的叶轮。
图24中示成了此叶轮的示例性实施例。总体上标为30的叶轮包括毂31和护罩33。多个叶片35布置在毂31与护罩33之间。相应的流动导叶37限定在相邻叶片35之间。叶片35构成该机器构件的翼型件部分，且各自设有前缘35A和后缘35B。流体入口限定在叶轮的入口侧处，前缘35A布置在该处。加压流体在叶片35的后缘35B之间的叶轮30的排放侧处沿径向排放。
在一些实施例中，护罩33形成与静止壳中布置的密封布置共同作用的阶梯外轮廓，其中叶轮30受支承而旋转。
在图25中，示出了抛光步骤期间的叶轮30。用于执行抛光步骤的设备标为10，且与参照图2公开的基本相同。在抛光步骤期间，叶轮30约束于容器11，且在马达21旋转且引起振动台13振动时与其一起振动。
通过调节振动的频率，可设置频率，在该频率下，容纳在抛光混合物M中的金属颗粒沿叶轮30的内表面和外表面滑动，且具体在导叶37内滑动。由于金属颗粒沿在处理下的表面的滑移，故叶轮30的处理表面与金属颗粒之间的磨料粉末因此引起以上文参照图3所述的相同方式作用于处理表面上。抛光混合物M的基本连续流在叶轮30周围且穿过导叶37形成。叶轮30的整个内表面和外表面因此抛光，特别是各个叶片35的压力侧和吸力侧，以及内护罩表面和内毂表面，其连同叶片表面限定流动通道，当叶轮在涡轮机中旋转时，流体经由流动通道处理。
与当前技术的抛光过程的磨料流加工程序中发生的相反，抛光混合物M基本在无压力下流过叶轮30的导叶，使得叶轮的几何形状保持不由作用于其上的抛光颗粒影响，同时由金属颗粒与其上的磨料粉末沿叶轮表面的位移获得的温和处理引起叶轮的内表面和外表面的算术平均粗糙度的显著减小。
实例2
以下数据在以上述抛光过程处理的2D离心压缩机叶轮的样本上获得。这些数据示出了该过程能够达到非常低的算术平均粗糙度值(Ra)，而不会不利地影响限定了叶轮的翼型件轮廓的叶轮的关键部分(特别是叶片)的几何形状。
抛光过程以具有以下成分的抛光混合物执行：
金属颗粒(铜)：93.67% wt
磨料(氧化铝)：0.24% wt
抛光介质(肥皂)：0.47% wt
水：5.62% wt。
叶轮在振动下保持7小时30分钟。
下表26报告了从叶轮出口开始的叶轮的相邻叶片之间的沿导叶的三个不同点上抛光之前和之后测得的算术平均粗糙度。测量在沿径向方向离叶轮出口10、44和75mm的三个不同点上执行。
由于测量需要护罩的部分除去，故抛光之前和之后的测量在不同导叶上执行。护罩部分首先从一个导叶除去，以接近其内部。在抛光之后，另一个护罩部分从不同导叶除去，使得测量下的导叶的抛光处理以由护罩封闭的导叶执行。
表26
叶轮出口的轴向大小和叶片的厚度用作检查抛光过程对叶片的总体几何形状的影响的显著参数。图26示出了叶轮30的导叶37的出口的放大部分。大小B，即，出口的轴向方向上的高度，在叶轮的不同导叶的不同位置处测得。
在考虑的两个导叶中且对于所有测量位置，抛光之前和之后的测量结果的差异可忽略，且低于使用的仪器的灵敏度(0.005mm)。
下表27示出了叶轮后缘处测得的相同叶轮的三个叶片的厚度。表报告了抛光之前和之后的叶片厚度。处理之前和之后的测量之间的差异可忽略。
表27
这些数据示出了抛光过程对叶轮的几何形状和叶片的轮廓的几何形状几乎没有影响。
实例3
图27和29中示意性示出的碳钢制成的3D叶轮经历以如下构成的抛光混合物的抛光过程：
金属颗粒(铜)：96% wt
磨料(氧化铝)：0.25% wt
抛光介质(肥皂)：0.20% wt
水：3.55% wt。
如图25中所示，该过程在抛光机器10中执行6小时。
图27示出了抛光步骤之前的叶轮的顶部轴向视图。字母A,B,C和D指出了四个区域，其中在处理之前测量算术平均粗糙度Ra。区域D在叶轮的导叶中的一个内。如图27中所示，出于测量目的除去了叶轮护罩的一部分。图28示出了类似于图27的视图，其中除去了仅一个护罩部分，以接近另一个叶轮导叶内标为E的区域。使得可接近区域E，以用于通过在抛光之后除去相关护罩部分来测量其粗糙度。
表28示出了抛光之前的区域A-D和抛光之后的区域A-E中测得的算术平均粗糙度：
表28
。
如图29中最佳所示，叶轮具有设在叶轮孔眼上的多个密封环。在图29中，五个环示出且标为R1-R5。参考标号dx和sx指出了叶轮的一个导叶的出口孔口的高度，且D指出了叶轮毂中提供的轴通路的内径。
抛光之前和之后对叶轮的这些部分的大小执行的测量示出了这些关键叶轮大小并未由抛光过程改变，尽管在抛光过程结束时到达了极低的算术平均粗糙度值(表28)。
下表29分别归纳了抛光之前和之后在毂的内径上，五个密封环R1-R5的直径上，以及导叶出口的轴向大小dx和sx上进行的测量：
表29
。
如上表29中报告的数据证明那样，叶轮的关键部分保持不受抛光过程影响，其达到极低的算术平均粗糙度值，大约0.1μm。
平均叶片厚度上的容限通常大约＋/-5%，且平均输出宽度的容限为大约＋/-3%。利用本文公开的方法处理的样本上执行的测量示出了这些关键测量的改变可忽略，且远低于可接受的容限。
尽管本文描述的主题的公开实施例已经在附图中示出且在上文中具体且详细地结合若干示例性实施例完整描述，但将对本领域的普通技术人员显而易见的是，许多改型、变化和省略是可能的，而不实质地脱离本文提出的新颖教导内容、原理和构想，以及所附权利要求中叙述的主题的优点。因此，公开的创新的适当范围应当仅由所附权利要求的最宽解释来确定，以便涵盖所有此类改型、变化和省略。此外，任何过程和方法步骤的顺序或序列可根据备选实施例改变或重排。

Claims (30)

1.一种用于使包括由吸力侧、压力侧、前缘和后缘组成的至少一个翼型件部分的机器构件抛光的方法，所述方法包括以下步骤：
将所述机器构件布置在容器中且将所述机器构件约束于所述容器；
将抛光混合物加入所述容器中，所述抛光混合物至少包含：磨料粉末、液体和金属颗粒；
振动所述容器和约束于其的所述机器构件，由此生成沿所述翼型件部分的抛光混合物流，直到在所述翼型件部分的至少一部分上且优选在整个翼型件部分上实现等于或小于0.3μm的最终的算术平均粗糙度(Ra)，保持所述翼型件部分的大小和形状基本不变。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实现的最终的算术平均粗糙度(Ra)等于或小于0.2μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实现的最终的算术平均粗糙度(Ra)等于或小于0.17μm，且优选等于或小于0.15μm。
4.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的方法，其特征在于，还包括选择所述容器和所述机器构件的振动频率的步骤，其引起所述金属颗粒沿粘附于其的所述翼型件部分前移，且借助于所述翼型件部分与沿其滑动的金属颗粒之间的磨料粉末来生成所述翼型件部分的抛光动作。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述金属颗粒具有基本平坦的表面，以及其中所述金属颗粒通过振动沿所述翼型件部分前移，其中所述金属颗粒的所述平坦的表面与所述翼型件部分接触。
6.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的方法，其特征在于，包括预喷丸加工处理。
7.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的方法，其特征在于，生成沿所述翼型件部分的所述抛光混合物流的所述步骤包括使所述抛光混合物的所述金属颗粒沿所述翼型件部分的所述压力侧和所述吸力侧前移。
8.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的方法，其特征在于，所述机器构件为具有根部和末梢的轴向涡轮机的叶片或轮叶，其中所述翼型件部分在所述根部与所述末梢之间延伸，翼型件翼弦从所述根部到所述末梢限定在所述翼型件部分的各个位置的所述后缘与所述前缘之间，以及其中所述翼弦的长度在振动所述机器构件的所述步骤期间保持基本不变，直到实现0.3μm或更小的、优选0.2μm或更小的最终的算术平均粗糙度值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述最终的算术平均粗糙度为0.17μm或更小。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在振动所述机器构件的步骤期间，弦长改变小于0.05%，且优选小于0.03%。
11.根据权利要求8、9或10所述的方法，其特征在于，在振动所述机器构件的步骤期间，所述弦长减小不大于0.1mm，优选不大于0.07mm，且甚至更优选不大于0.02mm。
12.根据权利要求1至7中的一项或更多项所述的方法，其特征在于，所述机器构件为涡轮机叶轮，其包括具有中心传动轴收纳开孔的毂和围绕所述传动轴收纳开孔布置在所述毂上的多个叶片，导叶限定在相邻叶片之间，各个导叶均具有入口和出口，各个叶片均具有所述入口处的前缘和对应的导叶的所述出口处的后缘，以及其中使所述机器构件振动促使所述抛光混合物流在所述导叶中循环。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在振动所述机器构件的步骤期间，所述中心传动轴收纳开孔的内径在所述导叶的内表面上实现的最终的算术平均粗糙度等于或小于0.3μm且优选等于或小于0.2μm时保持基本不变。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述振动步骤期间，所述叶轮的叶片的厚度平均减小小于0.5%，且优选平均减小小于0.4%。
15.根据权利要求11至14所述的方法，其特征在于，在所述振动步骤期间，所述叶轮的叶片的厚度减小不大于0.1mm，优选不大于0.07mm，且甚至更优选不大于0.02mm。
16.根据权利要求11至15中的任一项所述的方法，其特征在于，振动所述机器构件的所述步骤期间，所述中心传动轴收纳开孔的直径变化小于0.05%，且优选小于0.02%。
17.根据权利要求11至16中的任一项所述的方法，其特征在于：所述叶轮包括由叶轮孔眼组成的护罩；所述叶轮孔眼具有带有至少一个圆柱形外表面部分的外表面；以及在振动所述机器构件的所述步骤期间，所述圆柱形外表面部分的直径在所述导叶的内表面上实现的所述最终的算术平均粗糙度等于或小于0.3μm且优选等于或小于0.2μm时保持基本不变。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在振动所述机器构件的所述步骤期间，所述圆柱形外表面部分的直径变化小于0.01%，且优选小于0.008%。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述毂、所述护罩和相邻的叶轮叶片在其间限定流动导叶，各个流动导叶均具有所述叶片的后缘处的出口孔口，以及其中在所述振动步骤期间，所述出口孔口的轴向大小变化平均小于0.05%，且优选小于0.04%。
20.根据权利要求11至16中的任一项所述的方法，其特征在于，所述叶轮为无护罩叶轮，以及其中所述方法还包括应用叶轮封壳的步骤，以在所述容器中添加所述抛光混合物之前沿所述叶片的末梢闭合所述导叶。
21.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的方法，其特征在于，所述金属颗粒包括金属碎屑，优选具有平坦的形状。
22.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的方法，其特征在于，所述金属颗粒包括铜颗粒。
23.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的方法，其特征在于，所述磨料粉末为氧化铝、陶瓷或它们的组合。
24.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的方法，其特征在于，所述液体包括水。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述液体包括水和抛光介质。
26.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的方法，其特征在于，所述抛光混合物具有按重量的以下成分：
金属颗粒90 - 98%，
磨料粉末0.05 - 0.4%
液体3 - 10%。
27.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的方法，其特征在于，振动所述容器和约束于其的所述机器构件的所述步骤持续5小时到8小时之间，优选6小时到7小时之间。
28.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的方法，其特征在于，振动所述容器和约束于其的所述机器构件的所述步骤持续1.5小时到10小时之间。
29.一种包括翼型件部分的机器构件，其中所述翼型件部分具有等于或小于0.3μm，优选等于或小于0.2μm，更优选等于或小于0.17μm，且甚至更优选等于或小于0.15μm的算术平均粗糙度(Ra)。
30.根据权利要求29所述的机器构件，其特征在于，所述机器构件可选自包括以下的集合：轴向涡轮机叶片或轮叶；涡轮机叶轮。
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