ES2368242B1 - Dispositivo para el rectificado de álabes de discos rotores y método para llevar a cabo dicho rectificado. - Google Patents

Dispositivo para el rectificado de álabes de discos rotores y método para llevar a cabo dicho rectificado. Download PDF

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    • B24B19/00—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group
    • B24B19/14—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding turbine blades, propeller blades or the like

Abstract

Dispositivo para el rectificado de álabes de discos rotores y método para llevar a cabo dicho rectificado, comprendiendo el dispositivo una bancada (1) sobre la que va dispuesto un carro (2) que es susceptible de moverse transversal y longitudinalmente en sendas direcciones (X) y (Z), yendo sobre dicho carro (2) una columna (3) en la que va montado un cabezal (4) que incorpora una muela (5) giratoria, para el rectificado de los bordes de álabes (6) de discos rotores de tipo blisk, los cuales se disponen en un soporte móvil que es capaz de hacer girar a dichos discos rotores y desplazarlos en la dirección (Z), realizándose en el rectificado un seguimiento de los bordes de los álabes (6) mediante interpolación de giro del disco rotor y desplazamiento de la muela (5) en las direcciones (X) y (Z).

Description

disminuye la velocidad de giro.
Dispositivo para el rectificado de álabes de discos rotores y método para llevar a cabo dicho rectificado. Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con el rectificado de álabes de discos rotores, proponiendo un dispositivo que resulta especialmente indicado para la rectificación de los bordes de las puntas de álabes de discos rotores de tipo blisk, así como el método para llevar a cabo dicho rectificado. Estado de la técnica
Los rotores y compresores de las turbinas están formados por discos rotores que presentan en su superficie exterior una pluralidad de conformaciones a modo de palas, llamadas álabes. Convencionalmente, estos álabes se fabrican de manera independiente a los discos y posteriormente se acoplan a éstos, pero desde hace unos años, se está generalizando la utilización de discos rotores monopieza que reciben el nombre de blisk, en los que los álabes se obtienen por mecanizado a partir del propio disco.
Tanto los discos rotores de tipo blisk, como los discos rotores convencionales deben ser sometidos a un proceso de rectificado del borde que determinan en la punta los álabes, y dicho proceso de rectificado debe realizarse con los discos ya montados en el rotor, para lograr una correcta concentricidad.
En el caso de los discos rotores convencionales, son conocidos dispositivos y métodos de rectificado de los bordes de los álabes, en los cuales los discos rotan sobre su eje a alta velocidad, lo cual genera esfuerzos radiales en los álabes debido a la fuerza centrifuga cuando la muela entra en contacto con las puntas de dichos álabes. Estos esfuerzos radiales provocan vibraciones en los álabes que son absorbidas por la amortiguación que genera el propio montaje de los álabes en sus ranuras.
Sin embargo, estas soluciones de rectificado, no son apropiadas para el rectificado de bordes de álabes de discos rotores de tipo blisk, ya que en este caso los álabes y el disco constituyen una misma pieza, lo que confiere a la unión entre el disco y los álabes de una mayor rigidez que en el caso de los discos rotores convencionales. Debido a esto, los álabes son incapaces de amortiguar las vibraciones generadas por los esfuerzos radiales generados durante el proceso de rectificado, las cuales impiden el mecanizado correcto que se obtiene con el rectificado y pueden provocar daños en la propia estructura de los álabes.
Debido a esto, el rectificado de los bordes de álabes de discos rotores de tipo blisk, se ha venido realizando previamente a su montaje en el rotor y mediante rectificadoras verticales convencionales, obteniendo de esta manera, un grado de precisión inadecuado en dicha rectificación así como una mala concentricidad con respecto al resto de los blisk o las etapas de álabes convencionales que forman parte del mismo rotor.
En este sentido, es conocida la patente EP 2030719, la cual propone un método y un dispositivo para el rectificado conjunto de los bordes de álabes de discos rotores convencionales y de tipo blisk en un mismo proceso. De esta manera, el rectificado de bordes de álabes de discos rotores convencionales se realiza de forma que dichos discos giran sobre su eje a alta velocidad, mientras que para el rectificado
Es conocida también la Patente EP 1990131, la cual divulga un método y un dispositivo para el rectificado de las puntas de álabes de discos rotores de tipo blisk donde el rectificado se realiza álabe a álabe y donde, además del movimiento de rotación de la muela, intervienen otros cinco movimientos en el proceso de rectificado.
Así, en esta solución los discos rotores van montados en un soporte que les permite girar sobre su propio eje, para de esta manera ir encarando sucesivamente la punta de cada álabe de cada disco con respecto a la muela, momento en que se bloquea dicho movimiento de giro para proceder al rectificado de la punta del álabe. De esta forma, el movimiento de rotación del disco no interviene en el proceso de rectificado, realizándose únicamente para el posicionamiento del álabe previo a su rectificación.
De este modo, durante dicho proceso de rectificado, el disco rotor permanece estático mientras que la herramienta va en una disposición que realiza cinco movimientos; el cabezal en el que va dispuesta la muela realiza un movimiento de traslación vertical sobre la columna en la que va montado y un movimiento de basculación en torno a un eje horizontal, normal al eje vertical de la columna, en tanto que la columna por su parte realiza un movimiento de giro en torno a su eje vertical y con respecto al carro sobre el que va montada, pudiendo este carro desplazarse longitudinal y transversalmente sobre la bancada del dispositivo. Objeto de la invención
De acuerdo con la invención se propone un dispositivo para el rectificado de bordes de álabes de discos rotores especialmente diseñado para el rectificado de bordes de álabes de discos rotores de tipo blisk, así como el método para llevar a cabo dicho rectificado.
El dispositivo objeto de la invención, permite resolver de una manera más sencilla que los dispositivos conocidos, el problema de las vibraciones que se generan en los álabes durante el proceso de rectificado y que pueden dañar la estructura de dichos álabes, influyendo además de forma negativa en la precisión del rectificado y en la concentricidad que se consigue.
En este sentido, se presenta una solución para el rectificado de bordes de álabes en la que, además del movimiento de rotación de la muela, intervienen otros tres movimientos en el proceso de rectificado.
Así, al igual que en la solución propuesta por la Patente EP 1990131, en la solución objeto de la presente invención, los discos rotores van montados en un soporte que les permite girar sobre su propio eje, para ir encarando sucesivamente la punta de cada álabe de cada disco con respecto a la muela, pero una vez realizado dicho movimiento de posicionamiento, a diferencia de la solución de la Patente EP 1990131, el giro del disco no queda bloqueado, sino que interviene activamente en el proceso de rectificado del álabe correspondiente, siendo interpolado dicho giro con un movimiento de translación transversal respecto de la bancada, que es realizado por un carro que sirve de soporte a una columna en la que va dispuesto el cabezal que contiene la herramienta, y con otro movimiento de translación longitudinal, también respecto de la bancada, que puede ser realizado también por el mismo carro o bien por el soporte sobre el que se montan los discos rotores.
3 ES 2368242A1 4
De esta manera, en la solución de la invención, solamente intervienen tres movimientos en el proceso de rectificado, siendo uno de estos movimientos el giro del disco rotor, mientras que en la solución divulgada por la Patente EP 1990131, intervienen cinco movimientos en el proceso de rectificado permaneciendo estático el disco rotor durante dicho proceso.
Por todo ello, la solución objeto de la invención resulta de unas características ciertamente ventajosas, adquiriendo vida propia y carácter preferente respecto de las soluciones conocidas. Descripción de las figuras
La figura 1 es una vista del dispositivo de rectificado según la invención en la que se muestra un álabe del disco rotor en una posición previa al comienzo del proceso de rectificado.
Las figuras 2a y 2b corresponden a sendas vistas del dispositivo de rectificado, en las que se muestra un álabe del disco rotor en las posiciones inicial y final del rectificado de su borde.
La figura 3a muestra un detalle de una muela de apoyo puntual respecto de un álabe a rectificar en una posición previa al comienzo del proceso de rectificado.
Las figuras 3b y 3c muestran sendas posiciones del detalle de la figura anterior en las posiciones inicial y final del rectificado sobre el borde extremo del álabe. Descripción detallada de la invención
El objeto de la presente invención está relacionado con las rectificadoras de bordes de álabes de discos rotores de turbinas, proponiendo una solución que gracias a sus características constructivas y funcionales, no genera vibraciones en los álabes y permite obtener una buena concentricidad y precisión en el rectificado de bordes de álabes de discos rotores de tipo blisk.
La solución objeto de la invención comprende una bancada (1), sobre la que va dispuesto un carro (2) móvil, portador de una columna (3) en la que va montado un cabezal (4) que contiene una muela (5). El carro móvil (2) es capaz de desplazarse sobre la bancada (1) tanto longitudinal como transversalmente en las direcciones de (X) y de (Z) respectivamente, arrastrando a la columna (3) que se encuentra fijada por su base a dicho carro (2). El cabezal (4) va montado en el extremo superior de la columna (3) en una disposición que le permite bascular según un movimiento (A), en torno a un eje perpendicular a la columna (3).
Por su parte, los discos rotores que comportan a los álabes (6) a rectificar, se disponen montados en un soporte móvil (no mostrado), el cual, además de permitir la rotación de dichos discos rotores en torno a su propio eje según un movimiento (C), también puede moverse sobre la bancada (1) en la dirección de (Z).
Antes de comenzar con el proceso de rectificado, se posiciona la muela (5) en uno de los extremos del borde del álabe (6) a rectificar, punto desde donde se comenzará a rectificar dicho borde. Para el rectificado, la muela (5) debe realizar un seguimiento del borde del álabe (6), lo que se consigue mediante la interpolación del movimiento de rotación de los discos rotores con el movimiento de traslación del carro (2) en la dirección (X), y con un movimiento de traslación longitudinal en la dirección (Z), que puede ser realizado o bien por el carro (2) o bien por los discos rotores mediante la traslación del soporte móvil en el que van dispuestos.
Por su parte, el movimiento de basculación del cabezal (4), no interviene en el proceso de rectificado y solo se usa en el posicionamiento de la muela respecto del álabe (6) a rectificar, tras lo cual el cabezal permanece estático hasta el próximo movimiento de posicionamiento.
Tras la finalización del rectificado del borde de un álabe (6), el soporte sobre el que se disponen los discos rotores, rota para encarar el siguiente álabe (6) a rectificar, con respecto a la muela (5), la cual se posiciona en el extremo del borde del álabe (6) para a continuación comenzar el rectificado.
De esta manera, el proceso de rectificado se realiza álabe a álabe y el movimiento de rotación de los discos rotores se produce únicamente para contribuir a que la muela (5) pueda realizar un seguimiento de todo el borde del álabe (6) que se rectifica, sin rotar de manera continua, y evitando así la generación de esfuerzos radiales en los álabes (6) al entrar en contacto con la muela (5).
Se prevé que la muela (5) sea una muela del tipo de apoyo puntual, de manera que solo exista un punto de contacto entre la muela (5) y el borde del álabe (6), lo cual obliga a tener que realizar más de una pasada sobre el borde de cada álabe para completar su rectificado. En la figura 3 se muestra una muela (5) de apoyo puntual, siendo este un ejemplo ilustrativo y no limitativo de este tipo de muelas.
Se prevé también, opcionalmente, que en el borde de los álabes (6) pueda realizarse un desbaste inicial, previo al rectificado, mediante una fresa convencional que iría acoplada en el cabezal en lugar de la muela (5).
5 ES 2368242A1 6

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo para el rectificado de álabes de discos rotores, del tipo destinado para la rectificación de bordes de álabes (6) de discos rotores de tipo blisk, caracterizado porque consta de una bancada (1) sobre la que se dispone un carro (2) capaz de moverse transversal y longitudinalmente sobre dicha bancada
    (1) según sendas direcciones (X) y (Z), un cabezal (4) montado en una columna (3) que va fijada por su base al carro (2), una muela (5) que va montada en el cabezal (4) con posibilidad de girar sobre su propio eje y un soporte móvil en el que se disponen los discos rotores incorporados en el rotor correspondiente, siendo este soporte capaz de hacer girar a los discos rotores en torno a su propio eje y llevarlos en desplazamiento sobre la bancada (1) en la dirección longitudinal (Z).
  2. 2. Dispositivo para el rectificado de álabes de discos rotores, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque la muela (5) presenta un borde de ataque que determina un apoyo puntual de rectificado sobre los álabes (6).
  3. 3.
    Método para el rectificado de álabes de discos rotores, del tipo destinado para la rectificación de bordes de álabes (6) de discos rotores de tipo blisk, caracterizado porque los bordes de los álabes (6) son rectificados uno a uno mediante una muela (5) de apoyo puntual, la cual rota sobre su propio eje, realizando durante el proceso de rectificado un seguimiento del borde del álabe (6), mediante la interpolación de un movimiento de giro del disco rotor sobre su propio eje, un movimiento de desplazamiento transversal de la muela (5) en una dirección (X) y un movimiento de desplazamiento longitudinal de la propia muela (5) en una dirección (Z).
  4. 4.
    Método para el rectificado de álabes de discos rotores, de acuerdo con la tercera reivindicación, caracterizado porque el movimiento de desplazamiento longitudinal de la muela (5) en la dirección (Z) puede ser sustituido por un movimiento de desplazamiento longitudinal del disco rotor en dicha dirección (Z), siendo interpolando este movimiento con el giro del disco rotor y con el desplazamiento transversal de la muela (5) en la dirección (X).
    ES 2 368 242 A1
    ES 2 368 242 A1
    ES 2 368 242 A1
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201000536
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 27.04.2010
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : B24B19/14 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    Y
    US 2008280546 A1 (MIELKE RAINER) 13.11.2008, párrafos [0012]-[0019]; figura 1. 1-4
    Y
    US 5035088 A (PUTNAM PETER H et al.) 30.07.1991, columna 2, línea 62 – columna 5, línea 31; figuras 1-3. 1-4
    X
    EP 0592112 A1 (NEWALL MFG TECH) 13.04.1994, página 3, línea 2 – página 9, línea 11; figuras 1-10. 1,2
    A
    3,4
    A
    US 4813187 A (MUSHARDT HEINRICH) 21.03.1989, columna 2, línea 45 – columna 6, línea 32; figuras 1-3. 3,4
    A
    US 6200200 B1 (HIMMELSBACH GEORGE) 13.03.2001, columna 3, línea 11 – columna 4, línea 55; figuras 1-4. 3,4
    A
    WO 0145898 A1 (NEWALL INTERNAT LTD et al.) 28.06.2001, todo el documento. 1-4
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 29.06.2011
    Examinador A. Andreu Cordero Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201000536
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) B24B Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201000536
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 29.06.2011
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-4 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-4 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201000536
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    US 2008280546 A1 (MIELKE RAINER) 13.11.2008
    D02
    US 5035088 A (PUTNAM PETER H et al.) 30.07.1991
  5. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    La presente invención hace referencia a un dispositivo para el rectificado de álabes de discos rotores, destinado para la rectificación de bordes de álabes de discos rotores tipo blisk, así como al método empleado.
    El documento D01 se considera el más próximo del estado de la técnica al objeto de las reivindicaciones 1 y 2 y en lo que respecta a la primera reivindicación puede entenderse que este documento muestra las siguientes características; describe un dispositivo para el rectificado de álabes de discos rotores, destinado para la rectificación de bordes de álabes de discos rotores tipo blisk.
    El dispositivo consta de una bancada (1) sobre la que se dispone un carro (5) capaz de moverse transversal y longitudinalmente sobre dicha bancada (1) según sendas direcciones (X) y (Z), un cabezal montado en una columna que va fijada por su base al carro (5), una muela (4) que va montada en el cabezal con posibilidad de girar sobre su propio eje (9) y un soporte móvil (7) en el que se disponen los discos rotores incorporados en el rotor correspondiente, siendo este soporte
    (7) capaz de hacer girar a los discos rotores en torno a su propio eje (ver figura 1, párrafos [0012], [0013]).
    La diferencia fundamental entre el documento D01 y el objeto de la reivindicación 1 radica en que el soporte móvil en el que se disponen los discos rotores realiza también un desplazamiento sobre la bancada en la dirección longitudinal (Z).
    El documento D02 divulga un soporte móvil para la pieza a rectificar que además del giro de la pieza permite un desplazamiento lineal sobre la bancada (ver figuras 1,2 y columna 2, línea 62 -columna 3, línea 68).
    Otras pequeñas diferencias entre algunos elementos del dispositivo reivindicado en la reivindicación 1 y el estado de la técnica se pueden considerar meras cuestiones prácticas o de diseño, obvias para un experto en la materia.
    A la vista de los documentos D01 y D02 que forman parte del estado de la técnica conocido, el experto en la materia podría combinar ambos documentos para obtener las características de la reivindicación 1.
    Por consiguiente, la invención según la reivindicación 1 no se considera que implique actividad inventiva (artículo 8.1 de la Ley 11/1986 de patentes).
    La reivindicación dependiente 2 hace referencia a una serie de características constructivas de diseño, que resultan ser cuestiones prácticas, las cuales son conocidas de los documentos citados o resultan obvias para un experto en la materia.
    Por lo tanto, el objeto de la reivindicación 2 no implica actividad inventiva (artículo 8.1 de la Ley 11/1986 de patentes).
    La reivindicación independiente 3 es una reivindicación de método para el rectificado de álabes de discos rotores, destinado para la rectificación de bordes de álabes de discos rotores tipo blisk. El documento D01 divulga un método en el que los bordes de los álabes son rectificados uno a uno mediante una muela (4) de apoyo puntual, la cual rota sobre su propio eje (9), realizando durante el proceso de rectificado un seguimiento del borde del álabe mediante otros cinco movimientos de la citada muela (4) (ver párrafos [0017], [0018]). La diferencia esencial entre la reivindicación 3 y el documento D01 radica en la manera de realizar el seguimiento del borde del álabe durante el proceso de rectificado. Sin embargo, el seguimiento de una superficie curva de un álabe mediante la interpolación de un movimiento de giro del álabe, un movimiento de desplazamiento longitudinal de la muela en una dirección y un movimiento de desplazamiento de la propia muela en una dirección perpendicular a la anterior, ya ha sido empleado en el equipo del documento D02 (ver figuras 1-3 y columna 2, línea 62 -columna 5, línea 31). El experto en la materia podría considerar que el método establecido en la reivindicación 3 es un proceso normal que se obtiene de la combinación de las características técnicas del documento D01 y de las características técnicas del documento D02.
    Así pues, el objeto de la reivindicación 3 no implica actividad inventiva (artículo 8.1 de la Ley 11/1986 de patentes).
    La reivindicación 4 dependiente hace nuevamente referencia a cuestiones prácticas, las cuales son conocidas previamente de los documentos citados (ver D02 columna 3, líneas 61-68) o son obvias para un experto en la materia y por lo tanto carecen igualmente de actividad inventiva (artículo 8.1 de la Ley 11/1986 de patentes).
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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