TWI655994B - 設定渦輪機轉子葉片之預定徑向間隙寬度的方法及裝置 - Google Patents

Abstract

藉由在原地研磨加工轉子葉片尖端來設定渦輪機轉子葉片之預定徑向間隙寬度的方法及裝置。

Description

設定渦輪機轉子葉片之預定徑向間隙寬度的方法及裝置

本發明係有關於一種設定被配置在渦輪機之殼體中之轉子葉片之預定徑向間隙寬度的方法。

渦輪機之葉片(尤指渦輪葉片)在作業期間係暴露在非常高負荷且對應地高磨耗下。因此，在維修工作之範圍內，葉片通常在一預定之作業時間後便會被更換以新的葉片。作業時間被有利地選定成可使得已被移除之葉片仍可被修理。

渦輪機葉片之更換包括渦輪機轉子葉片、渦輪機導向葉片及導向區段之更換。為可確保初始渦輪機性能在此更換進行時得被維持，新的渦輪機轉子葉片有必要仍具有初始之徑向葉片間隙寬度。為此目的，新轉子葉片之尖端在被裝配前將先被相應地加工。然而，因為徑向間隙寬度不僅取決於新轉子葉片之生產公差且還取決於其他之影響因素，故最終之徑向葉片間隙只在所有葉片均被完全更換後才會形成。在本案例中這些影響因素例如：新導向葉片之輪廓、新導向環之輪廓、新導 向葉片及環之塗層、新葉片相對於被更換之舊葉片在位置上之差異、及其他類似之考量。事先計算此最終間隙寬度係相當困難的，且僅可在一非常寬廣的公差界限內被完成。

加工新轉子葉片之尖端以便設定徑向間隙係通常藉由研磨來執行。此加工通常係遠離渦輪機而被執行，因為若不如此將會有渦輪機遭加工期間所產生之粉塵損壞的風險。因此可在葉片被安裝於原來的轉子盤上時例如利用傳統之研磨系統來加工此諸葉片，儘管這需要事先將此轉子拆卸而耗費相當大之工作量。或者，取代原本之轉子盤，一種所謂之模型轉子盤可被使用，因此無需拆卸該轉子。然而，利用此一模型轉子盤也意味著加工精度的降低，此可能對渦輪機之性能具有負面的影響。另可有不用轉子盤來加工轉子葉片的方式，亦即利用一種所謂單葉式之研磨設備，此在加工精度方面將承擔更多的不利結果。

有鑑於此先前技藝，本發明之目的在於提供一種如序言中所提及類型之方法及一種用於執行此方法之研磨裝置，藉此使得在經由研磨來加工葉片尖端之程序中設定被配置在渦輪機殼體中之轉子葉片的預定徑向間隙寬度之工作可更簡單、快速且方便地執行，同時可確保很高之加工精度，而不致於會危害到渦輪機之正常運轉。

為達此目的，本發明提供一種在序文中已提 及之方法，其包括下列步驟：a)移除一殼體部分，至少部分地露出該等欲被加工之轉子葉片；b)在一欲被加工之轉子葉片的區域中配置一研磨裝置，以致於可利用該研磨裝置之一研磨盤來加工該轉子葉片之尖端；c)藉由配置一遮擋裝置來遮擋該加工區域，而該遮擋裝置被構成以便可緩解粉塵從該已被遮擋之加工區域處之釋出；d)設置一抽吸裝置，以便使其可抽出來自該已被遮擋之加工區域處之粉塵；及e)在原地研磨加工該轉子葉片之尖端，藉以產生該預定之徑向間隙寬度。本發明之方法尤其在下列所述者係值得注意的：加工區域之遮擋及抽吸裝置之使用將防止渦輪機受到研磨粉塵的污染，因此可在正常安裝情形下在原地進行加工。原地加工轉子葉片在一方面對於達成很高加工精度方面是有利的(優於習知方法)，以致不僅可確保渦輪機原始性能之維持外，另還可藉由設定徑向間隙寬度而最佳化其性能。另一方面，為了執行此方法，無需拆卸轉子盤，此導致時間與費用的節省。轉子葉片可例如為壓縮機或渦輪機轉子葉片。

較佳地，在完成步驟e)後，研磨裝置及另一轉子葉片立即朝向彼此，而隨之重複執行步驟c)至e)。換言之，在本案例中多個轉子葉片被一個接著一個地加工。

根據本發明所實施之方法的一變化型式，步驟e)被執行在一已預先研磨其尖端之轉子葉片上。預先研磨葉片尖端可例如執行在一種其中轉子葉片被附接在 一如序言中所述之模型轉子盤上或利用一單葉式研磨裝置之狀態下。最終或精細加工則接著利用本發明之方法讓葉片處於被正常安裝之狀態下被執行，藉此可達到非常高之加工精度及相應最佳之渦輪機性能。

遮擋裝置較佳地係由一刷體結構所構成，而此刷體結構被設置在研磨裝置上，並係以環狀之形式圈圍住研磨盤。除此之外，利用一刷體結構作為遮擋裝置在下列方面係有利的：撓性刷毛係以密封方式被設置成與將被加工之部件相抵靠，如此可消除讓研磨粉塵得以從已被遮擋之加工區域處逃逸出之間隙。

被使用之研磨裝置的尺寸係順應渦輪機之多個軸向相鄰葉片配列(blading)間之間隔，以致於可利用此研磨裝置之研磨盤來加工所有葉片配列之轉子葉片，而不會有任何碰撞情形發生。因此可例如利用一單一研磨裝置來加工一渦輪機之所有級的轉子葉片，因此可免除了對換的時間。

複數個被設置在轉子葉片上之冷卻液孔在執行步驟e)之前將先被至少部分地封閉。此使得可以防止在加工期間所產生之粉塵阻塞諸位於已被遮擋之加工區域內部的冷卻液孔。儘管有遮擋裝置及抽吸裝置，此也解決了冷卻液孔被產生自已被遮擋之加工區域處之粉塵所阻塞的情形。

複數個冷卻空氣孔較佳地用黏著帶及/或蠟予以封閉。黏著帶較佳地係位於不會與遮擋裝置相接觸之位置。蠟的使用尤其有利於用在葉片尖端區域中，因 為蠟在與遮擋裝置相接觸時通常不會脫落。

根據本發明方法所實施之一種構形，研磨裝置被支承在一複合滑塊上，而此複合滑塊則被配置在一基板上，以便使此研磨裝置可移動在兩相互垂直之方向上。因此，研磨盤便可用一種適當之方式移動以利於加工葉片尖端。

基板在步驟b)中被緊固至渦輪機之殼體上。因此，研磨盤與將被加工之轉子葉片間之不想要的相對運動可被避免，因而可保證有一恰當之工作結果。

為了達成序言中所述之目的，本發明另提供一種研磨裝置，尤其係用於執行如前所述之方法；此研磨裝置包括：一研磨盤；一遮擋裝置，其圈圍住此研磨盤，並被構成可在此研磨裝置之正常操作期間遮擋住加工區域；及一抽吸裝置，其被構成可在研磨裝置之正常操作期間將研磨粉塵從已被遮擋之加工區域處抽離。

根據本發明研磨裝置所實施之一種構形，遮擋裝置被設置成一刷體結構之型式，其以環狀形式圈圍住研磨盤。憑藉此類型之刷體結構可獲得很好的結果。

研磨裝置較佳地係被支承在一複合滑塊上，而此複合滑塊則被配置在一基板上，以便使得研磨裝置可移動在兩相互垂直之方向上。

一緊固裝置有利地係被設置在基板上，此緊固裝置被構成可使此基板被可鬆釋地緊固至一渦輪機之殼體上。

1‧‧‧研磨裝置

2‧‧‧研磨盤

3‧‧‧驅動裝置

4‧‧‧刷體結構

5‧‧‧抽吸裝置

6‧‧‧基板

7‧‧‧複合滑塊

8‧‧‧渦輪機

9‧‧‧下殼體

10‧‧‧連接部

11‧‧‧轉子葉片

12/13/14‧‧‧級

15‧‧‧黏著帶

16‧‧‧螺絲

17/18‧‧‧箭頭

S1-S11‧‧‧步驟

本發明之另外特徵與優點將經由參閱依循一示範性實施例所作之敘述及參照若干附圖而變得顯而可知，在此諸附圖中：第1圖係一根據本發明之一實施例所實施之研磨裝置的前視圖；第2圖係顯示一根據本發明之一實施例所實施之方法之諸步驟的流程圖，可利用第1圖所示之研磨裝置來執行本方法；第3圖係一渦輪機之一部份的立體圖，其顯示移去上殼體部分的三個呈軸向相鄰之轉子葉片配列或級；第4圖係第3圖所示渦輪機之一部份放大的立體圖，其顯示此渦輪機利用第1圖所示之研磨裝置來加工其轉子葉片的尖端；及第5圖係顯示一根據本發明之另一實施例所實施之方法之諸步驟的流程圖，可利用第1圖所示之研磨裝置來執行本方法。

第1圖顯示一根據本發明之一實施例所實施之研磨裝置1。研磨裝置1包括一研磨盤2，其係經由一驅動裝置3而被旋轉地驅動。研磨盤2係以環狀方式被一遮擋裝置所圈圍，而此遮擋裝置在本案例中係由一刷體結構4所構成。刷體結構4包括許多撓性刷毛，其向外伸出超過研磨盤2，以便使此諸刷毛在研磨裝置1之正常操作期間可接觸到欲被加工之工件。研磨裝置1另包括一被設置在研磨盤2下方之抽吸裝置5，其在研磨 裝置1之正常操作期間可從研磨裝置1之被遮擋的加工區域處抽離研磨顆粒，而此區域則係由刷體結構4所界定。研磨盤2之驅動裝置被連接至抽吸裝置5，以便使此驅動裝置可在抽吸裝置5失效時被自動關閉停止。研磨裝置1被支承在一複合滑塊7上，而此滑塊則被配置在一基板6上，以便可沿著兩相互垂直之方向移動於基板6之平面上。研磨裝置1可藉由一驅動單元(其細節未被顯示)及一經指定之控制單元而被移動。研磨裝置1之尺寸及重量係一起被選定的，如此可使得此裝置可被容易地裝箱並運送至渦輪機正在作業中之位置處。研磨裝置1較佳地被體現為一種可攜帶單元。

第2圖係一根據本發明之一實施例所實施之方法的流程圖，可利用第1圖所示之研磨裝置來執行本方法。此方法係用以最佳化諸配置在渦輪機殼體中之轉子葉片的一預定徑向間隙寬度，並因此最佳化此渦輪機之性能。

此根據本發明所實施之方法之變化型式的起始點係一渦輪機，其徑向間隙寬度及/或性能已經利用若干在序言中已被敘述的習知方法中之一者藉由縮短轉子葉片而被設定。基於此諸轉子葉片在所有這些方法中當要被拆卸時均需被加工之事實，設定此渦輪機之徑向間隙寬度並因此而設定其性能將可進一步地最佳化；為達此目的，根據本發明，下列之步驟將被執行：

在第一步驟S1中，渦輪機之一殼體部分被移去，藉以至少部分地露出將被加工之轉子葉片。作為一 範例，第3圖顯示一部分渦輪機8在步驟S1被執行後之視圖。渦輪機8包括一具有下殼體9及上殼體之兩部式殼體，而此上殼體被安置在下殼體9之頂部上且在正常狀態下係沿著一連接部10被牢固地螺合於其上。在第3圖所示之狀態中，此上殼體已被舉起以便可自由地接近此具有三級12,13,14之渦輪機的諸轉子葉片11。

在第二步驟S2中，當在步驟S6執行一後續之研磨加工時，可利用黏著帶15及/或蠟來封閉各單獨轉子葉片11的冷卻液孔，以便可防止研磨粉塵阻塞此諸冷卻液孔。黏著帶15被用在那些無法在研磨加工之範圍內與刷體結構4相接觸的位置處。對照地，在所有其他位置處(特別是在葉片尖端之區域內)則是用蠟，因為它即便是與刷體結構4相接觸也不會脫落。

在步驟S3中，研磨裝置1被配置在一欲被加工之轉子葉片11的區域(屬於級12)中，以便可利用研磨裝置1之研磨盤2來加工此轉子葉片的尖端。更具體而言，基板6(研磨裝置1被安裝於其上)藉由螺絲16而被緊固在渦輪機8之下殼體9的連接部10處，如第4圖中所示。因此，研磨盤2可藉由複合滑塊7而被移動於箭頭17及18之方向上，以便加工轉子葉片11。

當研磨盤2沿箭頭18之方向被帶上至一將被加工之轉子葉片11的尖端時，刷體結構4立即與此轉子葉片11成封閉接觸；根據步驟S4，藉此使得加工區域可被遮擋，以致在研磨加工期間自此被遮擋加工區域處釋出研磨粉塵之情形可被緩解。應注意到的是，刷體結 構4之上排諸刷體並未被顯示在第4圖中，以便可看見研磨盤2。

當研磨盤2被帶上至轉子葉片11時，根據步驟S5，抽吸裝置5亦自動地準備，以便其在研磨加工期間可將研磨粉塵抽離該已被遮擋之加工區域。

在另一步驟S6中，轉子葉片11之尖端接著在原處被研磨，藉此形成該預定之最佳間隙寬度。很高之加工精確度係因為轉子葉片11是在被適當地安裝時藉由研磨而被加工而達成。在加工作業期間，刷體結構4可防止粉塵從已被遮擋之加工區域處釋出，且抽吸裝置5可將此粉塵自此加工區域處移出。渦輪機受此粉塵之污染因此被有效地解決。如果抽吸裝置5在研磨加工期間失效，研磨盤2之驅動裝置將自動地切斷，因為其在沒有抽吸裝置下無法保證零污染之加工。

在另一步驟S7中，級12被轉動以便可利用研磨裝置1之研磨盤2來加工另一轉子葉片11之尖端，隨之再重複步驟S4至S6。此程序將被重複執行直到級12之所有轉子葉片11均已被加工為止，以便可最佳化該間隙寬度。

為了加工相鄰級13之轉子葉片11，研磨盤2可沿著箭頭17之方向被移動至級13，而此取決於基板6之寬度或複合滑塊7之長度。或者，基板6當然亦可沿著渦輪機8之連接部10而被手動地位移。

研磨裝置1之尺寸係順應諸單獨級12,13,14間之間隔，以致可利用研磨裝置1之研磨盤2來加工所 有級12,13,14之轉子葉片11，而不會有任何的碰撞發生。換言之，研磨裝置1之寬度被選定成使得在加工級12之轉子葉片11時，不會有研磨裝置1與級13之轉子葉片11(其徑向伸出超過級12之轉子葉片11)相碰撞之風險。同樣地，也可在不會發生研磨裝置1與級14之轉子葉片11相碰撞之情形下，加工級13之轉子葉片11。

第5圖顯示一根據本發明之另一實施例所實施之方法的流程圖，藉此使得在受損轉子葉片已被新的轉子葉片所取代後可再度地設定最初之間隙寬度。為簡化緣故，此第二變化型式之諸方法步驟(其對應於第2圖所示第一方法變化型式之諸方法步驟)在第5圖中具有相同之參考元件符號。這些相互對應之方法步驟的說明將不再重複贅述於下文中。

在步驟S1中，一渦輪機之殼體被移除，藉此至少部分地露出此待加工之渦輪機的諸轉子葉片，這將導致例如第3圖中所示之配置。

在後續之步驟S8中，欲被更換之轉子葉片將可被移除。

在下一步驟S9中，用以替代受損轉子葉片之新轉子葉片被設置。

在步驟S10中，在步驟S9中所提供之新轉子葉片的尖端可藉由研磨而被預加工。可例如藉由利用如序言中所述與習知方法相關之模型轉子盤或單葉片研磨裝置來執行此預加工。

在步驟S11中，預加工之轉子葉片被安裝作 為在步驟S8中所移除之轉子葉片的取代物。

如上所述，諸步驟S2,S3,S4,S5及S6接著被執行，以便可藉由研磨其尖端以縮短預加工之轉子葉片，以便可復原或最佳化預定徑向間隙寬度並因此賦予其最終之尺寸。

新的轉子葉片在步驟S10中係在未被安裝之狀態下被預加工，主要是因為在步驟S6中所產生之研磨粉塵量必須被降低至最小。步驟S6中所產生的研磨粉塵越少，渦輪機在研磨加工作業期間被污染的風險就越低。因此，在步驟S6中僅執行一精細加工。

然而，應注意到的是，根據本發明，步驟S10可被完全地省掉，且轉子葉片之研磨加工可完全地在步驟S6中被執行。

雖然本發明係已藉由諸實施例而被詳細地圖示並說明，但本發明並不受限諸被所揭示之範例，且其他變化型式均可由熟習本藝之人士在不脫離本發明之保護範圍下所推知。

Claims (13)

1. 一種設定被配置在渦輪機殼體中之轉子葉片之預定徑向間隙寬度的方法，其中該方法包括下列步驟：a)移除一殼體之一半部分，至少部分地露出該等欲被加工之轉子葉片(11)；b)在一欲被加工之轉子葉片(11)的區域中配置一研磨裝置(1)，以致於可利用該研磨裝置(1)之一研磨盤(2)來加工該轉子葉片(11)之尖端；c)藉由配置一遮擋裝置來遮擋該加工區域，而該遮擋裝置被構成以便可緩解粉塵從該已被遮擋之加工區域處之釋出；d)設置一抽吸裝置(5)，以便使其可抽出來自該已被遮擋之加工區域處之粉塵；及e)在原地研磨加工該轉子葉片(11)之尖端，其中該渦輪機於正常安裝情形下，藉以產生該預定之徑向間隙寬度。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在完成步驟e)後，該研磨裝置(1)及另一轉子葉片(11)立即朝向彼此，而隨之重複執行步驟c)至e)。
3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中步驟e)被執行在一已預先研磨其尖端之轉子葉片(11)上。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該遮擋裝置係由一刷體結構(4)所構成，而該刷體結構被設置在該研磨裝置(1)上，並係以環狀之形式圈圍住該研磨盤(2)。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該被使用之研磨裝置(1)的尺寸係順應該渦輪機之多個軸向相鄰之級(12,13,14)間的間隔，以致於可利用該研磨裝置(1)之該研磨盤(2)來加工所有級(12,13,14)之該等轉子葉片(11)，而不會有任何碰撞情形發生。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中複數個被設置在該轉子葉片(11)上之冷卻液孔在執行步驟e)之前將先被至少部分地封閉。
7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該轉子葉片(11)上具有複數個冷卻空氣孔，且該等冷卻空氣孔係用黏著帶(15)及/或蠟予以封閉的。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該研磨裝置(1)被支承在一複合滑塊(7)上，而該複合滑塊則被配置在一基板(6)上，以便使該研磨裝置(1)可移動在兩相互垂直之方向(17,18)上。
9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該基板(6)在步驟b)中被緊固至該渦輪機之該殼體上。
10. 一種研磨裝置(1)，係用於執行一如申請專利範圍第1至9項中任一項之方法，該研磨裝置包括：一研磨盤(2)；一遮擋裝置，其圈圍住該研磨盤(2)，並被構成可在該研磨裝置(1)之正常操作期間遮擋住加工區域；及一抽吸裝置(5)，其被構成可在該研磨裝置(1)之正常操作期間將研磨粉塵從該已被遮擋之加工區域處抽離。
11. 如申請專利範圍第10項之研磨裝置(1)，其中該遮擋 裝置被設置成一刷體結構之型式，其以環狀形式圈圍住該研磨盤。
12. 如申請專利範圍第10或11項之研磨裝置(1)，其中該研磨裝置(1)被支承在一複合滑塊(7)上，而該複合滑塊則被配置在一基板(6)上，以便使得該研磨裝置(1)可移動在兩相互垂直之方向(17,18)上。
13. 如申請專利範圍第12項之研磨裝置(1)，其中一緊固裝置(16)被設置在該基板(6)上，該緊固裝置(16)被構成可使該基板(6)被可鬆釋地緊固至一渦輪機之殼體上。