CN1822921A - 大型零件的抛光方法及在该方法中使用的磨料 - Google Patents

Abstract

一种用于对大型零件进行抛光的方法，通过以每分钟600米至3800米的速度和每单位面积的体积为5至300立方厘米/平方厘米·秒向大型零件的将被抛光的表面射出和碰撞磨料(110)来对大型零件的将被抛光的表面进行抛光，其中磨料(110)包括磨粒(112)和具有比重为0.5至1.8克/立方厘米和弹性为10至200kg/cm²的弹性石油化学高聚物材料或弹性天然材料(111)。

Description

大型零件的抛光方法及在该方法中使用的磨料

技术领域

本发明涉及一种用于通过向大型零件的表面射出和碰撞磨料来对大型零件进行抛光的方法以及在该方法中使用的磨料。

背景技术

在大型零件例如蒸汽涡轮机中，蒸汽涡轮机的动叶片和静叶片、涡轮转子或流体通道的零件(蒸汽阀、蒸汽管、交叉管、涡轮入口、出口或喷嘴箱内部)中，大型零件的表面粗糙度是影响涡轮性能的关键因素，并且需要通过抛光改善表面状态。

作为大型零件的典型实例，下面将参照图6和图7说明一般的蒸汽涡轮机的示意配置。

图7是显示整个蒸汽涡轮机的示意剖视图。涡轮机转子1具有大约一百个沿圆周方向设置的动叶片来形成叶片排，并且取决于经由涡轮机涡轮机的蒸汽的压力和温度，叶片排沿轴向方向在动叶片1a的不同长度上以相互间隔布置。

涡轮机壳体2包括图6中所示的喷嘴环3，喷嘴环3布置在叶片排之间。喷嘴环3由喷嘴环内环4和喷嘴环外环5以及夹持在环之间的静叶片6构成。

通过安装涡轮壳体2，喷嘴环3的静叶片6可以沿涡轮转子1的轴向方向布置在叶片排之间。

因此，动叶片1a和静叶片6就沿着涡轮机转子1的轴向方向交替布置，并且通过一组动叶片和静叶片的组合而形成涡轮机级。

将这种涡轮机级分几级布置，就会形成高压涡轮机7、中压涡轮机8和低压涡轮机9。

下文将解释蒸汽涡轮机的蒸汽流。

在图7中，从锅炉(未显示)导入的高温高压蒸汽首先送入高压涡轮机中，并且热能由每个涡轮机级转化为机械旋转能，这样高压涡轮机7就开始旋转。

在高压涡轮机7中工作的蒸汽再次送入锅炉中的再热器中，再次生成高温高压的蒸汽，并且送入中压涡轮机中。

在中压涡轮机8中工作并且旋转的蒸汽直接排入交叉管10中，并且在交叉管10内部流动并进入低压涡轮机9。

进入低压涡轮机9中的蒸汽类似地通过旋转低压涡轮机9工作，并且然后排入冷凝器11，蒸汽在冷凝器11中冷凝成水。冷凝的水被送回锅炉进行蒸发，并且导入涡轮机。循环就这样重复进行。

在具有这种配置的蒸汽涡轮机中，为了提高性能，需要对涡轮机零件的表面进行抛光以消除粗糙度，从而降低蒸汽流动时的通道阻力。

图8显示了在改善表面粗糙度时的涡轮机级效率，其中假定在当前设计规范中表面粗糙度Ry为6.3时涡轮机级中的效率为100。

由图可知，通过将由动叶片和静叶片组成的涡轮机级中的蒸汽经过零件抛光得更光滑，可以将效率从当前水平提高大约3.5％。

目前，已经通过多种方法来尝试进行技术革新，这些方法用于改进蒸汽涡轮机的效率，并且进一步改进发电效率，并且不需要大的设计改变或变化的这种方法已经受到广泛的注意并且已经应用到实际的机器中。

然而，例如，因为动叶片长于1米并且其形状极其复杂，而狭窄和复杂的零件必须进行抛光，所以很难机械或自动地进行抛光。

在抛光涡轮机零件的传统工作中已经使用了压缩空气或电力旋转工具例如所谓的磨床，或者在被称为打光的手动抛光工作中使用了具有抛光作用的液体、纸张、衣物、化学纤维等。

这种抛光涡轮机零件的方法需要大量的时间并且花费很高。

近期对将被抛光的材料进行抛光的方法包括喷砂方法，该方法通过使用压缩空气射出陶瓷射出材料来对将被抛光的零件的表面进行抛光。

在喷砂方法中，表面可以被清洁，射出范围的整个区域中的薄膜都可以除去，并且抛光性能优良。然而，表面厚度可能会过于降低，并且表面粗糙度会恶化，这样就存在环境问题，例如尘粒的散射。在涡轮机零件中，特别地，在成品状态中很难获得Ry为6.3或Ra为1.0或更小的表面粗糙度。

另一方面，蒸汽涡轮机会被定期检查，并且高温蒸汽所经过的零件例如内部的动叶片1a和静叶片6也会被检查。

蒸汽包含被称作氧化皮的微量杂质，并且氧化皮会在长时间的操作过程中聚集到动叶片1a和静叶片6上。因此，通常会在表面上沉积氧化膜。

已知这种氧化皮和氧化膜会在定期检查时在很大程度上降低无损检查的精确性。在无损检查中，液体从表面穿入内部零件中，或者发射X射线或超声波来通过从内部反射的波来检查内部状态。因此，当作为来自内部的信息入口的表面的粗糙度很差时，就会干扰来自内部的信息，并且降低检查的精确性。

因此，在定期检查时，必须除去这种氧化皮和氧化膜，并且通过人工将表面粗糙度减小到最低。因此就费时费力，并且因为使用人工，所以表面粗糙程度就会变化，并且检查的精确性就不能总是优良的。

此外，动叶片1a和静叶片6上的氧化皮和其它沉积会在设计时改变叶片剖面形状，这样也会降低蒸汽涡轮机本身的性能。因此，在定期检查时，应该刮掉这种氧化皮等。因为叶片的后部边缘特别薄，所以在喷砂方法中可能会增大变形。

在研磨工作面的已知方法中，通过与研磨液混合，大量磨粒倾斜地注射到工作面上，其中磨粒具有研磨粉，研磨粉通过使用植物纤维中包含的脂肪或糖作为粘合剂粘附到由弹性和多孔的植物纤维形成的载体上，磨粒在工作面上滑动并且同时使载体弹性变形，这样工作面就由研磨粉抛光(例如，日本专利NO.2957492)。

发明内容

研磨方法适于抛光小型件例如假牙，但是在大型零件例如涡轮机零件的情形下，就会很难抛光由于流动蒸汽的特性而复杂而狭窄的零件。

因此，本发明的目的是提供一种对大型零件进行抛光的方法，该方法能够抛光包括传统上很难抛光的涡轮机零件的狭窄零件或配件在内的表面、除去表面氧化膜而不会损害表面抛光并且提高无损检查的质量，本发明的目的还在于提供一种在该方法中使用的磨料。

在第一发明中，大于或等于0.1毫米并且小于或等于10.0毫米的粒状磨料以大于或等于每分钟600米并且小于或等于每分钟3800米的速度以单位面积的体积5至300立方厘米/平方厘米·秒喷射在将被抛光的表面上，其中粒状磨料具有作为磨料材料的、附着到射出材料的周围或是分散在射出材料中的磨粒，磨料在将被抛光的表面上滑动很短的一段时间，藉此附着到磨料上或是分散在磨料中的磨粒抛光将被抛光的表面。

在第二发明中，在依照第一发明对大型零件抛光的方法中，射出材料是石油化学高聚物材料或天然材料，所述石油化学高聚物材料包括诸如具有比重为0.5至1.8×10^-3千克/立方厘米且弹性为10至200千克/平方厘米的合成纤维、合成树脂或合成橡胶，所述天然材料包括天然橡胶、植物纤维或植物种子。

在第三发明中，在依照第一发明或第二发明对大型零件进行抛光的方法中，磨料从与将被抛光的表面的法线方向成30°至80°的方向喷射。

在第四发明中，在依照第一发明对大型零件进行抛光的方法中，磨粒是SiC、SiO₂、Al₂O₃和ZrO₂中的任一种。

在第五发明中，在依照第一或第二发明对大型零件进行抛光的方法中，射出材料和磨粒是至少除了氯、硫酸、硅、硼、铁、铜、镍、铬和钴的组成组分。

在第六发明中，在依照第二发明对大型零件进行抛光的方法中使用的磨料由下列方法中的任一种形成：一种通过射出材料的粘性将作为磨料材料的磨粒附着到作为芯部的射出材料的周围的方法，一种将弹性粘合剂施加到射出材料周围并且通过粘合剂粘附作为磨料材料的磨粒的方法，并且一种将作为磨料材料的磨粒分散在射出材料中的方法。

在第七发明中，在依照第六发明对大型零件进行抛光的方法使用的磨料中，磨粒是SiC、SiO₂、Al₂O₃和ZrO₂中的任一种。

在第八发明中，在依照第六发明对大型零件进行抛光的方法使用的磨料中，射出材料和磨粒是至少除了氯、硫酸、硅、硼、铁、铜、镍、铬和钴以外的组成组分。

本发明能够抛光传统上很难抛光的包括大型零件的狭窄零件或配件在内的表面，并且能够除去在表面上生长的氧化膜而不会使抛光表面恶化，并且因此而提高无损检查的质量。

附图说明

图1是显示磨料的示意结构的剖视图，用来说明依照本发明的一种用于对大型零件进行抛光的方法的第一和第二实施例。

图2是说明通过使磨料碰撞将被抛光的表面来生成抛光作用的原理的示意图。

图3是显示射出材料的速度和抛光效率的相关性的曲线图，用来说明依照本发明的用于对大型零件进行抛光的方法的第一实施例。

图4是显示射出角度和抛光效率的相关性的曲线图，用来说明依照本发明用于对大型零件进行抛光的方法的第三实施例。

图5显示了在依照本发明的用于抛光大型零件方法的第一至第三实施例的抛光过程中，通过磨料的碰撞从叶片表面沿深度方向的残余应力分布的曲线图。

图6是显示蒸汽涡轮机的半个(180°)喷嘴环的透视图。

图7是示意地显示了整个蒸汽涡轮机设备的剖视图。

图8是显示了蒸汽涡轮机中加热效率和蒸汽通道的表面粗糙度之间的相关性的曲线图。

具体实施方式

图1是本发明使用的磨料的剖面结构的视图。

磨料110在其中心作为芯部的射出材料111，并且充当抛光材料的磨粒112粘附在周围。

图2是说明这种抛光方法的特征的示意图。

磨料110以特定的角度喷射到将被抛光的表面113，并且与之发生碰撞，并且磨料110在弹性变形的同时在非常短的时间内在表面上滑动。磨料从将被抛光的表面113以特定的角度飞离。

当在将被抛光的表面113上滑动时，粘附到磨料表面110的磨粒112对将被抛光的表面113进行抛光。根据这个原理，作为磨料110的芯部的射出材料111在材料上不作特定的具体规定，只要它比将被抛光的表面的材料柔软并且具有适当的弹性能够在喷射到将被抛光的表面113上时弹起即可。

本发明中抛光的对象是大型零件，典型的零件是蒸汽涡轮机的部件，例如动叶片、静叶片、转子、蒸汽阀和大孔径蒸汽管。

这些零件不是通过手来夹持抛光，而是通常通过将抛光机器移到零件处或者安装在较大的抛光工作台上来抛光。

在本发明中，根据它的原理，除非磨料带着特定的能量从抛光机器到达将被抛光的表面，否则不会进行任何抛光处理。

即，当具有大大小小的比重的磨料以相同的速度喷射时，具有较大比重的磨料具有较大的动能并且飞过较长的距离。因此，将被抛光的表面可以设置在较远的板处，并且在不会降低将被抛光的表面上的速度的前提下实现高效的抛光。

另一方面，对于小比重而言，到达的距离较短并且由于空气阻力等导致在将被抛光的表面上的速度降低，因此，为了获得较高的抛光效率，将被抛光的表面必须设置在较短的距离处。

为了找到用于本发明的抛光方法的最佳射出材料的性质，本发明的发明者进行了如下的实验。

即，在射出材料以1450米/分钟的初始速度和1200毫米的射出距离(即与将被抛光的表面的距离)射出的情况下，使用比重为0.5的泡沫聚氨脂和比重为1.7的聚偏二氯乙烯来研究抛光作用。

结果，可知在该比重的范围内抛光作用很好。在较大的比重下，会发生过量抛光并且表面可能会比较粗糙。另一方面，当比重较小时，射出材料在将被抛光的表面上的速度降低并且不会产生令人满意的抛光作用。

因此，在本发明中，射出材料的比重限定在0.5到1.8克/立方厘米的范围内。

针对如下因素进行了另一个实验：与将被抛光的表面碰撞时的变形量(即将被抛光的表面上的平坦率)、在将被抛光的表面上的滑动时间、展示了碰撞将被抛光的表面之后的弹跳程度的弹性。

优选的射出材料的弹性取决于给予射出材料的动能上的作用(速度依从关系)，并且取决于在将被抛光的表面上滑动时生成的摩擦热(温度依从关系)。当以高速碰撞将被抛光的表面时，较低的弹性下抛光作用更好，当在将被抛光的表面上滑动时温度较高时，较高的弹性下抛光作用更好。

速度依从关系和温度依从关系彼此相互影响，而作为实验的结果，发明者发现速度依从关系比温度依从关系对抛光性能的作用更大。

在特定的射出距离处，当射出速度(初始速度)为600米/分钟时，抛光作用对于弹性大约为200千克/平方厘米的相对较硬的材料比较显著，而当射出速度(初始速度)提高到3800米/分钟时，对于弹性甚至大约为10千克/平方厘米的柔软材料而言都可以实现抛光作用。

因此，本发明的射出材料的弹性限定在10到200千克/平方厘米的范围内。

原则上，具有弹性的任何材料都可以用作本发明的射出材料。

从实验的结果可知，可用的材料包括工业上广泛使用的石化高分子材料，即在实验中使用的泡沫聚氨酯和聚偏二氯乙烯、合成树脂例如软氯乙烯、合成纤维、合成橡胶、弹性天然材料例如软化米粒、丝瓜、海绵和白明胶。

在本发明的抛光方法中，为了使用磨料来进行研磨，当比较使用相同的磨料时，以在相同的射出速度(初始速度)下获得更高的抛光效率，当磨料的射出数量越大时，当每单位时间和每单位面积上碰撞磨料的数量越大时，并且对于相同的磨料量射出速度越高时，就越有可能实现有效的抛光。

因此，发明者进行了实验来寻找射出速度(初始速度)的最佳值。

图3显示了有关本发明的抛光方法的最佳射出速度(初始速度)的实验结果。

在图中，纵坐标轴表示表面在抛光之后的表面粗糙度，横坐标轴表示射出材料的射出速度(初始速度)。在纵坐标轴上，Ry＝6.3显示了在设计当前的蒸汽涡轮机零件时表面粗糙度的容许值，如果大于这个值，那么性能上就不会存在问题。

由图可知，如果射出速度(初始速度)小于600米/秒，表面粗糙度不会得到改善。这个速度与在传统的研磨工作中使用瓷胶结砂轮进行研磨的内圆周研磨的下限圆周速度一致，并且甚至在本发明的抛光方法中也不能实现显著的研磨效果。

另一方面，在射出速度(初始速度)大于或等于3800米/秒时，表面粗糙度的改善效果到达极限值。这个速度大约为在传统的螺纹研磨或者槽研磨中所使用的弹性磨石的圆周速度的上限。然而，在本发明的抛光方法中，在该速度下，考虑到射出材料对将被抛光的表面或射出设备的结构的损坏，上限被认为几乎为3000米/秒。

因此，在本发明中，射出材料的射出速度(初始速度)限于600至3800米/秒的范围内。

射出的体积取决于抛光目标的形状、射出距离和磨料的密度而显著地变化。

在抛光狭窄而复杂的零件的小区域时，射出量减少并且射出速度降低，并且以大约5立方厘米/平方厘米·秒执行抛光。

当抛光相对较宽的区域时，如果可以使用300立方厘米/平方厘米·秒的射出量，那么将会是非常高效的。

基本上，在其中抛光目标是小型零件时，当抛光狭窄区域时，射出速度会增大并且射出量减小，并且，当预期出现抛光造成的变形时，射出速度会降低并且射出量会增大。

当射出距离较大时，使用具有较大比重的磨料，抛光作用就会越大。

因此，虽然会随着磨料的比重变化，但是在本实施例中仍定义为每单位面积5至300立方厘米/平方厘米·秒的范围中。

因此，通过使用由磨粒和射出材料构成的磨料，并且以每分钟600米至3800米的速度和每单位面积的体积5至300立方厘米/平方厘米·秒射出和碰撞磨料，就可以改进抛光目标的表面粗糙度，其中磨粒和射出材料例如为具有比重为0.5至1.8克/立方厘米和弹性为10至200千克/平方厘米的弹性石油化学高聚物材料(合成纤维、合成树脂和合成橡胶)或弹性天然材料(天然橡胶、植物纤维和植物种子)。

作为本发明的第二实施例，下文将解释生成在本发明的抛光方法中使用的磨料。

上文解释了作为图1中所示磨料110的芯部的射出材料111的性质，并且可以使用的材料包括石油化学高聚物材料即在实验中使用的泡沫聚氨酯和聚偏二氯乙烯、其它合成树脂、合成纤维和合成橡胶，以及弹性天然材料，例如软化米粒、丝瓜、海绵和白明胶。

作为抛光材料的磨粒附着(施加)到射出材料111的周围，并且获得磨料。本发明提供了下文解释的四种方法作为附着方法。

第一磨料利用射出材料111的材料的粘性。在其中射出材料111由具有增塑剂例如向其添加的酞酸酯的软氯乙烯等形成的情形中，因为材料自身有粘性和黏性，并且可以通过使用该特性而将磨粒附着(施加)到射出材料111的周围。

第二磨料使用不具有粘性和黏着性的高聚物材料的射出材料111，并且这是一种通常施加到被称作塑料的材料上的方法。在这种情形下，通过使用弹性粘合剂将磨粒附着到射出材料111的周围。

这种弹性粘合剂的典型实例包括用作木工粘合的醋酸乙烯树脂乳胶粘合剂。在固化以后，它会显示半透明的外观并且具有足够的弹性。

其它适用的材料是聚氨脂、乳胶和合成橡胶粘合剂以及包含硅树脂聚合物的粘合剂。

工业上广泛使用的磨石的粘结剂、已知为弹性粘结剂的橡胶粘结剂、树脂粘结剂、虫胶粘合剂和聚乙烯醇粘合剂。

第三磨料是通过将颗粒物理地固定在射出材料111中或是静电地附着(施加)制备的。

第四磨料具有由合成橡胶、天然橡胶、合成纤维、植物纤维或类似材料形成的射出材料111。

在第一至第三磨料中，磨粒仅仅附着到射出材料111的圆周，但是在第四磨料中，在制造磨料时，磨粒可以很容易地分散到射出材料111内部。

在本发明的抛光方法中，第一磨料至第四磨料的常见特征是抛光作用是通过分散在圆周或内部的磨粒而不是通过射出材料111实现的。

同样是本发明的抛光方法的特征是抛光是在干燥状态中完成的，仅仅使用了磨料而没有像现有技术中一样使用冷却剂。因为不使用冷却剂，所以可以同第二磨料中一样，使用具有低耐潮湿的粘结剂来将磨粒附着(施加)到射出材料上。

以这种方法生成的磨料的颗粒尺寸可以取决于将被抛光的表面的状态而适当地选择。

在本发明的抛光方法中，如上文所述，因为磨料以0.1毫米或更小的磨粒尺寸被射到将被抛光的表面上，所以，该方法适用于抛光小区域，但是由于在射出时由于存在空气阻力等，所以很难高速射出。

另一方面，在磨粒尺寸大于或等于10毫米时，对将被抛光的表面的损坏将会增大，射出机的尺寸增大，并且工作效率极其降低。

因此，在本发明中，磨料的磨粒尺寸界定在0.1至10.0毫米的范围内。

对于磨料的形状而言，对于抛光原理而言球形形状比较理想，但是在工业上大体上可以应用任何粒状的形状。

作为将会施加到作为芯部的射出材料的圆周上的磨粒材料，基本上可以使用氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、金刚石等高硬度材料，并且在此也可以选择SiC、SiO₂、Al₂O₃和ZrO₂，因为它们在工业上有广泛的应用。

在第一到第四磨料中，射出材料表面上对抛光作用有效的磨粒在抛光过程中通过重复射出和碰撞逐渐从射出材料表面脱落。通过将磨粒再次附着到射出材料表面上，可以使由于磨粒的脱落而造成的抛光作用的下降充分地再生。

磨料的磨粒尺寸、形状范围和化学成分可以如下界定。

在第一至第四磨料中，尺寸和形状可以是0.2毫米至5.0毫米的范围内的粒状形状，以便于抛光小区域，并且化学成分应该是不包括如下组分的射出材料和磨粒，这些组分是氯、硫酸、硅、硼、铁、铜、镍、铬和钴，它们在核能发电设备中受到了严格的控制。

具有这种尺寸、形状和化学成分的磨料也可以应用在核能发电设备中。

在如上所述的第一或第二实施例中对大型零件进行抛光的方法中，根据要抛光的大型零件的表面状态、表面硬度和表面粗糙度，第一至第四磨料中的磨粒可以改变，并且在后续的步骤中表面粗糙度可以得到改善。

在通过传统技术进行的镜面抛光的情形下，也是在旨在大体上通过使用粗糙颗粒并且逐渐减少磨粒尺寸来抛光以此来提高表面粗糙度的实施例中，可以通过选择磨料来控制抛光之后的表面粗糙度级。为此，需要改变粘附到射出材料上的磨粒，或者准备将要施加的不同磨粒组成的多种磨料。

下面将说明本发明的第三实施例。

在该实施例中，在使用第一和第二实施例中所说明的磨料110来进行的大型零件抛光方法中，通过以相对于要抛光表面的法线方向成30°到80°的角度射出磨料110，可以提高要抛光表面的表面粗糙度。

如上所述，在本发明的抛光方法中，向将被抛光的表面射出磨料可以使利用磨料在将被抛光的表面上在碰撞之后滑动非常短的时间，并且因此将被抛光的表面和射出的磨料之间形成的角度对于抛光作用有很大的影响。

图4显示了在单位时间射出之后磨料射出角度(将被抛光的表面的法线角度)和表面粗糙度之间的关系。

从图形可以知道，当法线角度较大时，当以更接近法线方向的角度向将被抛光的表面射出磨料时，表面粗糙度的改进作用就越大。

这是因为当磨料越接近将被抛光的表面的切线时，表面滑动时间就越长。与此相反，如果角度太大，在射出时涂敷到磨料上的能量仅仅沿滑动方向起作用，并且沿将被抛光的表面的方向上几乎没有作用，因此就不能获得抛光作用。

另一方面，当法线角度较小时，即当磨料以越接近垂直方向的角度射出到将被抛光的表面上时，磨料滑动时间就越短，并且在射出时向磨料给予的能量在将被抛光的表面的平面方向上作用太大，并且在滑动方向上几乎没有施加作用。因此，磨料很难在将被抛光的表面上滑动，因此，不能通过使附着(施加)到磨料外圆周上的磨粒来获得抛光作用。

在发明者进行的实验中，证实了沿着45°至80°的法线方向角度可以实现足够的抛光作用。然而，考虑到具有三维形状的大型零件的实际抛光工作后，磨料的射出方向并不总是能够实现这种有效的角度。

因此，在本发明的抛光方法中，虽然抛光作用有些受到损害，但是仍然将磨料射出角度的范围确定为能够提高当前表面粗糙度的30°到80°的法线方向角。

依照第一至第三实施例的抛光方法，下面参照典型的大型零件来描述抛光作用，例如燃气涡轮机和蒸汽涡轮机零件，特别是长时间用来操作并且表面粗糙度恶化的零件，例如涡轮机动叶片、静叶片、涡轮机转子以及蒸汽和燃烧气体的流体通道中的零件(蒸汽阀、蒸汽管、交换阀、涡轮机入口、出口和喷嘴箱内部)。

在涡轮机零件的抛光中，目的是为了除去在物体表面上形成并且生长的氧化皮和氧化物并且恢复和提高表面粗糙度。

如上所述，大部分动叶片和静叶片、转子和燃气或者蒸汽通道中的零件在操作期间都暴露在高温高压的蒸汽或者气体中，在表面上形成了氧化薄膜，并且从燃烧室和锅炉侧飞出的铁锈和污垢像氧化皮一样沉积下来。

它们在无损检查时会对元件形成干扰，传统上通过使用陶瓷射出材料的空气吹气方法来除去它们。在传统技术中，可以除去有害因素，但是同时往往会使表面粗糙度恶化。

在旋转零件中应用使用陶瓷射出材料的空气吹气方法时，因为物体的研磨量很大，所以可能会打破旋转元件的重量平衡，并且实际上会由于清洁操作而造成蒸汽涡轮机动叶片的不稳定。

在第一至第三实施例的抛光方法中，在除去包括硬氧化物和氧化皮这些有害因素的同时，可以恢复和提高表面粗糙度而不会干扰旋转元件的平衡，并且除了实现充分的清洁作用之外，还实现了抛光作用。

同样在第一至第三实施例的抛光方法中，不需要从涡轮机转子上拆卸现有的蒸汽涡轮机动叶片，而是在装配状态下就可以恢复和提高表面粗糙度。

蒸汽涡轮机的动叶片直接与发生器连接，所以在涡轮机转子的旋转中起到了极端重要的作用，并且不论样式的差别，即不论是在反作用式涡轮机还是冲击式涡轮机中，动叶片的表面粗糙度都对涡轮机的性能有很大的影响。特别地，高温高压的蒸汽流道的表面粗糙度对涡轮机性能有很大的影响，但是置于高温高压的蒸汽通道(所谓的高压涡轮机)中的动叶片中被称为有效部分的暴露到蒸汽中的部分比较短，被称为罩盖的在外圆周侧处的约束板比较大。因此，存在很多狭窄和复杂的部分，抛光工作极端困难。

依照第一至第三实施例的抛光方法，因为磨料以预先确定的角度碰撞抛光物体进行抛光，所以可以对涡轮机叶片的狭窄和复杂的部分进行抛光同时动叶片还保持装配在涡轮机转子中。

另外，在本发明的抛光方法中，当蒸汽涡轮机的静叶片处于环状喷嘴环的状态下或者半环的状态下(在180°的位置上分开)，抛光之后后部边缘的变形量为2毫米或者更小。因此，由于老化效应例如随着安装时间而导致的氧化皮积垢和腐蚀造成的变薄的后部边缘就可以充分地抛光，并且表面粗糙度可以恢复和提高而不会改变形状。

类似地，通过以预先确定的角度使磨料与抛光目标碰撞来进行抛光，可以对难于抛光的狭窄而复杂的零件进行抛光。

因此，可以对传统技术很难发挥作用的狭窄而复杂的零件进行抛光而不需要进行拆卸，这些零件例如为蒸汽涡轮机静叶片、蒸汽通道壁和喷嘴环和壁的配件。

另一方面，通过第一至第三实施例中的抛光方法，可以恢复和改善涡轮机动叶片和静叶片、涡轮机转子和其它具有耐蚀和耐磨涂层的涡轮机零件的抗腐蚀性和耐磨涂层表面的表面粗糙度。

耐蚀涂层用于防止基底材料在电或化学腐蚀环境中的腐蚀，并且它尤其广泛地应用在地热发电中使用的蒸汽涡轮机构件中。

耐磨涂层用在各种材料中作为防止由固体颗粒侵蚀例如锅炉水垢、滑动、冲击、振动等造成的机械壁厚减薄的措施。

涂敷在复杂零件例如大型零件中的涡轮机零件上的这种涂层可能会导致薄膜脱落或剥离，并且通常会损坏薄膜层，因此在薄膜安装之后通常不对薄膜进行表面粗糙度处理。

然而，在第一至第三实施例的抛光方法中，因为由磨损造成的壁厚减薄很小，所以对将被抛光的表面的物理和机械作用很小，所以，在涂层处理之后，甚至可以改善具有复杂形状的涡轮机零件的表面粗糙度。

此外，依照第一至第三实施例的抛光方法，可以通过磨料的碰撞作用向抛光目标的最外表层施加压缩应力。

例如，到目前为止，在叶片的新的部分中，已经通过旋转工具对叶片的整个有效部分进行了抛光，其目的是为了在对原料机械加工之后对表面形状和表面抛光进行最终调节。

在这种传统的制造方法中，会在新动叶片的有效部分的最外表层中留有拉伸残余应力。特别地，在操作期间，会通过涡轮机转子旋转的离心力始终向动叶片施加张应力。如果在停止之后仍然留有该拉伸残余应力，在旋转过程中就应该消除该应力，并且从设计的观点来说这不是优选的。

在第一至第三实施例的抛光方法中，在抛光过程，虽然由于磨料的碰撞作用残余应力的级别很小，但是可以赋予叶片的表面层与传统的喷丸效应类似的压缩残余应力。

此外，在第一至第三实施例的抛光方法中，可以除去在将被抛光的表面上形成并且生长的硬的氧化膜，并且改善表面粗糙度，这样就可以提高无损检查的质量。

即，可以取决于每个预先确定的周期的目的而通过各种无损检查定期检查提供用于操作的蒸汽涡轮机。特别地，在高温高压状态下使用的零件中要求使用先进的检查技术和精密仪器。

然而，目前，很难除去在操作过程中形成和生长的硬氧化膜，并且检查的精确性存在一个限制。

在第一到第三实施例的抛光方法中，因为可以改进表面粗糙度而又从表面除去氧化膜，所以可以提高无损检查的质量。

下文将描述本发明的第四实施例。

在第四实施例中，当抛光尤其是在第一至第三实施例的抛光方法中作为典型大型零件的涡轮机动叶片时，预期从与后部边缘线大体上正交的方向射出和碰撞磨料。

依照第四实施例，通过沿与蒸汽涡轮机的动叶片和静叶片的后部边缘线大体上正交即与蒸汽流动方向平行的方向进行抛光，抛光造成的小缺陷(抛光痕)就与蒸汽流动方向平行，并且可以将表面粗糙度对液体(蒸汽)的影响减小到最低。

因此，在表面粗糙度相同时，与不沿着与后部边缘线大体上正交的方向进行抛光的情形相比，这可以有效地防止对液体的阻力增大。

这是为了通过依照本发明的对大型零件进行抛光的方法解释对蒸汽涡轮机动叶片抛光的实施例。

蒸汽涡轮机动叶片由12Cr钢的轧制或锻造材料剪裁成叶片形状，在最终阶段在表面上进行抛光，然后装配到涡轮机转子中。此时，表面被抛光至Ry大约为6.3或Ry为1.0的状态。

在传统的抛光技术中，通过对具有沿着蒸汽流动方向的三维曲线的叶片的有效部分进行手动抛光来使抛光表面粗糙度的方向性保持恒定。在此，当沿两个正交方向测量表面粗糙度时，抛光的方向性界定与蒸汽的流动方向正交的表面粗糙度最大方向。即，它设计成抛光这样抛光从而缺陷(抛光痕)当前与蒸汽流动方向平行。

依照本发明的对大型零件进行抛光的方法，可以消除传统的抛光技术中无法避免的抛光缺陷(抛光痕)，并且抛光所造成的将被抛光的表面的壁厚的减薄非常小，这样就可以实现精密和精确的表面抛光。

抛光缺陷(抛光痕)的消除意味着消除了抛光造成的方向性，并且可以在很大程度上降低需要先进技术的抛光工作对于人工的依赖。

因为抛光造成的将被抛光的表面的壁厚减薄非常少，所以可以简化不被抛光的零件的养护。另外，精密而精确的表面抛光会带来精确性检查之前对表面处理的显著效果。

在前述实施例中，主要对蒸汽涡轮机和气体涡轮机的主要零件例如涡轮机动叶片和静叶片进行了抛光，但是本发明的抛光方法适用的零件并不限于此，而是只要零件的尺寸为中型至大型即可。这种零件的实例包括旋转驱动设备的轴旋转零件、液压设备的活塞外表面和火车车轮的导轨接触表面。

工业实用性

本发明可以对到目前为止难以抛光的包括狭窄零件或配件的大型零件的表面进行抛光，并且也可以除去表面上生长的氧化膜而不会损害抛光表面，从而提高无损检查的质量。

Claims (8)

1.一种用于对大型零件进行抛光的方法，其特征在于，大于或等于0.1毫米并且小于或等于10.0毫米的粒状磨料以大于或等于每分钟600米并且小于或等于每分钟3800米的速度、以单位面积的体积为5至300立方厘米/平方厘米·秒喷射到将被抛光的表面上，其中粒状磨料包括作为附着到射出材料的周围或是分散到射出材料中的磨料材料的磨粒，磨料与将被抛光的表面碰撞并且滑动，并且附着到磨料上或是分散在磨料中的磨粒对将被抛光的表面进行抛光。

2.如权利要求1所述的对大型零件进行抛光的方法，其特征在于，射出材料是石油化学高聚物材料或者天然材料，所述石油化学高聚物材料包括诸如合成纤维、合成树脂或合成橡胶，所述天然材料包括诸如天然橡胶、植物纤维或植物种子，比重为0.5至1.8×10^-3千克/立方厘米且弹性为10至200千克/平方厘米。

3.如权利要求1或2所述的对大型零件进行抛光的方法，其特征在于，磨料从与将被抛光的表面的法线方向成30°至80°的方向喷射。

4.如权利要求1所述的对大型零件进行抛光的方法，其特征在于，磨粒是SiC、SiO₂、Al₂O₃和ZrO₂中的任一种。

5.如权利要求1或2所述的对大型零件进行抛光的方法，其特征在于，射出材料和磨粒包括至少除了氯、硫酸、硅、硼、铁、铜、镍、铬和钴以外的组成组分。

6.在如权利要求2所述的对大型零件进行抛光的方法中使用的磨料，其特征在于，磨料由下列方法中的任一种形成：一种通过射出材料的粘性将作为磨料材料的磨粒附着到作为芯部的射出材料的周围的方法，一种将弹性粘合剂施加到射出材料周围并且通过粘合剂粘附作为磨料材料的磨粒的方法，以及一种将作为磨料材料的磨粒分散在射出材料中的方法。

7.如权利要求6所述的在对大型零件进行抛光的方法中使用的磨料，其特征在于，磨粒是SiC、SiO₂、Al₂O₃和ZrO₂中的任一种。

8.如权利要求6所述的在对大型零件进行抛光的方法中使用的磨料，其特征在于，射出材料和磨粒包括至少除了氯、硫酸、硅、硼、铁、铜、镍、铬和钴以外的组成组分。

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