從燃氣渦輪發動機機盤燕尾槽底部去掉材料的方法和裝置的製作方法

2023-06-10 18:41:46 4

專利名稱：從燃氣渦輪發動機機盤燕尾槽底部去掉材料的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及燃氣渦輪發動機機盤的燕尾槽的修理，具體地，涉及從這種燕尾槽底部去掉預定數量材料的設備和方法。
背景技術：
已經發現在加工燃氣渦輪發動機機盤，尤其是旋轉的渦輪盤，的燕尾槽時會在燕尾槽中產生可降低低循環疲勞性能的強冷加工材料和其他特性。具體地，在形成燕尾槽時由於使用鈍的拉刀可產生擾動材料。傳統的除去這種擾動材料的方法包括銑削燕尾槽或再次進行拉削。然而，這些方法只在所使用的工具很銳利時才有用。而且，一般需要進行手工去毛刺，這往往會在高應力的燕尾區域產生工具刀痕。
在現有技術中已經知道可以使磨料在燃氣渦輪發動機部件表面上流動來進行拋光或表面精加工。這類操作只能去除極少量的材料(舉例來說，大約為0.0005英寸或0.5密耳)。在Shaw的美國專利6,183,347公開了這種方法的實例，其中將載流體中柔韌的物料流以小入射角噴射到插塞及其相鄰表面進行選擇性磨蝕以形成臺階。應當認識到所介紹的方法只對工件進行選擇性表面處理，所去除材料的數量不能滿足去除擾動材料層或淺裂紋所要求的數量。
由於上述從燃氣渦輪發動機機盤去掉擾動材料的方法只用於該特定目的，所以需要研製出一種能夠克服上述局限性的去掉這種擾動材料的改進方法。還需要研製出一種可形成通過燕尾槽的流動通道的設備，能夠在不影響燕尾槽壓力面部分的情況下從燕尾槽底部去掉基本相同數量的材料。

發明內容
在本發明的第一個示例性實施例中，公開了一種從燃氣渦輪發動機機盤的燕尾槽底部去掉預定數量材料的方法，包括以下步驟設置通過燕尾槽的指定流動通道；使磨料按指定的循環次數流過流動通道從燕尾槽底部去掉基本相同數量的材料。這種方法還包括密封燕尾槽的壓力面的步驟，以防止磨料流到壓力面。
在本發明的第二個示例性實施例中，公開了一種從燃氣渦輪發動機機盤的燕尾槽底面去掉預定數量材料的設備，其中，一縱軸貫穿該燕尾槽延伸。這種系統包括裝置，使磨料以預定的壓力和流速在指定通道來回流動；支架，將燃氣渦輪發動機機盤固定在適當位置使燕尾槽與指定通道流體連通；和構件，形成磨料的通過燕尾槽的指定流動通道。這樣磨料的流動可將基本相同數量的材料從燕尾槽底面去掉。磨料流動裝置中的指定通道設置成可使機盤的每個燕尾槽的工作基本上同時進行。


圖1是根據本發明安置在磨料流動裝置中的渦輪盤的剖視圖，以沿燕尾槽的底部去掉材料；圖2是安置在圖1所示磨料流動裝置中的渦輪盤的局部放大剖視圖；圖3是通過圖1和2所示燕尾槽底部的流動通道的放大側視圖；圖4是通過圖2和3所示燕尾槽底部的流動通道的放大正視圖；圖5是渦輪盤的局部正視圖，其中具有特定斷面形狀的銷狀件設置在燕尾槽中，準備沿該燕尾槽的底部去掉材料；圖6是圖5所示渦輪盤的局部後視圖；圖7是圖5和6所示具有特定斷面形狀的銷狀件的側向透視圖，其中為了清楚起見已將上部除去；圖8是圖7所示具有特定斷面形狀的銷狀件的側視圖，其中為了清楚起見已將上部除去；圖9是圖7和8所示具有特定斷面形狀的銷狀件的正視圖，其中為了清楚起見已將上部除去；圖10是圖7-9所示具有特定斷面形狀的帶有上部的銷狀件的側向透視圖；圖11是另一種結構形式的具有特定斷面形狀的銷狀件側向透視圖，其中為了清楚起見已將上部除去；圖12是圖11所示另一種結構形式的具有特定斷面形狀的銷狀件的底視透視圖，其中為了清楚起見已將上部除去；圖13是圖11和12所示具有特定斷面形狀的帶有上部的銷狀件的側向透視圖；和圖14是圖11-13所示具有特定斷面形狀的帶有上部的銷狀件的底視透視圖。
具體實施例方式
現在詳細參見附圖，其中相同的數字在所有附圖中表示相同的部件。圖1示出了對燃氣渦輪發動機的機盤12進行磨料流動處理的裝置10。這種裝置的實例是由賓夕法尼亞州Irwin市的Extrudehone公司製造的名為Spectrum的設備。應當認識到本發明的磨料流動處理可應用於燃氣渦輪發動機中的渦輪、壓縮機或風扇，附圖所示的機盤12是渦輪盤。更具體地，機盤12包含設在其周邊的沿圓周隔開的若干個燕尾槽14，每個燕尾槽14位於相鄰支柱16之間，可將帶有互補燕尾形狀(見圖4-6)的渦輪葉片(未示出)容納在其中。每個燕尾槽14最好具有大體上類似於樅樹的形狀並包含壓力面部分18和底部20。
為了從每個燕尾槽底部20的表面22去掉預定數量的材料，將機盤12安置在磨料流動裝置10的支架24上，使得磨料26通過指定通道28時被迫通過每個燕尾槽14。從圖1中可以知道，磨料流動裝置10的指定通道28最好是沿圓周布置的，並包含若干個與各燕尾槽14流體連通的分支30，所有分支30能夠基本上同時工作。裝置10的磨料26包含載體，如Extrudehone公司生產的型號為995L或649S的載體，其中的磨粒最好是用碳化硼、碳化矽或工業金剛石製成。應當認識到磨料26利用第一氣缸(未示出)以預定的壓力和流速(最好在每秒大約3-5立方英寸的流速和壓力為大約500-600磅/平方英寸下，不過當流速減小或增大時壓力可升高或降低)從磨料流動裝置10的下部34通過指定通道28、分支30和燕尾槽14進入磨料流動裝置10的上部36。然後，位於上部36附近的第二氣缸(未示出)迫使磨料26以相同的預定壓力和流速沿相反方向通過燕尾槽14、分支30和指定通道28回到下部34中。應當認識到磨料26從下部34移動到上部36然後回到下部34中構成本說明書所稱的一個循環。
對每個燕尾槽14來說，在燕尾槽底部20形成的與指定通道28流體連通的流動通道38(在圖2-4中可清楚看到)具有縱軸線40(見圖3)。為了形成流動通道38，最好將具有某種預定形狀的插塞或銷狀件42放置在每個燕尾槽14中。應當認識到沿流動通道38的橫斷面一般是不一致的。更具體地，銷狀件42的底面44包括具有至少一部分軸向長度的基本弧形的部分46，因此流動通道38沿縱軸40的橫截面是變化的。底面44中弧形部分46的指定半徑48最好與燕尾槽底部22的最小軸向長度50成正比。半徑48與最小軸向長度50的比率儘可能在大約1.0-1.5的範圍內，且最好在大約1.2-1.4的範圍內。
還可以看出底面44在整個弧形部分46上沿圓周方向(即基本上垂直於縱軸40)最好是弧形的，如圖4中清楚所示。因此，圓周半徑52最好與燕尾槽底部20表面22的圓周半徑54成正比。半徑52與半徑54的比率儘可能在大約1.2-1.8的範圍內，且最好在大約1.4-1.6的範圍內。
底面44在前端60和後端62處最好分別具有基本平面部分56和58，以便與設在機盤12上的對應槽口64和66緊密配合。因此，應當認識到雖然平面部分56和58可以具有不同的軸向長度，但經過那裡的底面44基本上是對稱的。從圖11-14所示的另一種結構形式可以看出，為了將所要求數量的材料從燕尾槽底部20的表面22上去掉，可以採用具有非線性不對稱底面144的銷狀件142。
在流動通道38中最好保持被稱作臨界間隙68的最小橫斷面以確保適量的磨料26從那裡流過。臨界間隙68還可以定義為燕尾槽底部20的表面22與銷狀件42的底面44之間的最小距離，或銷狀件42的徑向高度70與燕尾槽底部20的徑向高度72之間的差。臨界間隙68一般大約位於流動通道38的中點71，並且是前後端60和62處間隙寬度69的大約50-70％。因此中點71處流動通道38的相應橫斷面大約為前後端60和62處橫斷面的30-50％。
臨界間隙68一般是若干個參數的函數，這些參數包括磨料26所使用的材料、磨料26被迫通過流動通道38時的預定壓力和流速、以及沿軸向和圓周方向的流動通道38的形狀。儘管如此，已經發現對於將材料從燕尾槽底部20的表面22去掉的預定過程，徑向高度70與徑向高度72的比應儘可能在大約0.75-0.90的範圍內，且最好在0.80-0.86的範圍內。因此，臨界間隙68將儘可能在大約145-220密耳的範圍內，在大約160-210密耳的範圍內就更好，而最好是在大約170-200密耳的範圍內。
對於銷狀件42，應當認識到其還包括延伸到燕尾槽底部20以構成流動通道38的第一部分74，和可拆卸地固定在燕尾槽14的壓力面部分18的第二部分76。第一部分74具有包含銷狀件42底面44的底部78。作為底部78一部分的一對傾斜側壁80和82設置成能夠避免與燕尾槽底部20的側面84和86分別接觸。從底部78的頂面90延伸的中部88最好基本是平面的，並具有軸向長度92。中部88最好還包含至少一個開口94，其目的將在下面說明。應當認識到中部88可以具有其它形狀，比如從底部78的頂面90延伸的一個或多個圓柱體。
第一部分74還包括取向基本上垂直於中部88的頂部96，因此共同構成基本為T形的橫斷面。在頂部96的頂面100最好設有凹進部分98，因此提供了用於成形過程的澆口。具體地，應當認識到當通過比如失蠟鑄造法熔模鑄造形成第一部分74時，能夠方便地弄斷澆口拖尾而不必擔心表面光滑度，因為其中的任何殘留部分都位於頂面100的下面。應當認識到用於第一部分74的材料最好是可空氣淬硬的工具鋼如A2、D2或經過熱處理的韌性的鐵以提高耐磨性。其它可用於第一部分74的材料包括經模壓和燒結的碳化鎢硬質合金。無論在哪種情況下，第一部分74的材料的洛氏硬度最好在大約25-60的範圍，使得第一部分74能夠經受住流經流動通道38的磨料26的磨損。
銷狀件42的第二部分76基本上是燕尾的形狀，因此能夠很容易地插入燕尾槽14的壓力面部分18，使銷狀件42固定在適當位置。所以，在其各側面上最好設有一對凹槽部分77和79，而在它們之間設有一對突起部分81和83。第二部分76還在燕尾槽的壓力面部分18和底部20之間形成密封，因此磨料26不會接觸到壓力面部分18。第二部分76一般是通過注射模塑法形成的，並粘結到第一部分74上，如圖10所示。還可以設有從第一部分74的開口94中穿過的連接件部分(未示出)。第二部分76最好用比第一部分74軟的材料如熱固化塑料、尼龍或尿烷製成，只要其具有大約為D50-90的肖氏硬度。因此，第二部分76能夠在不刮傷或損傷壓力面部分18的情況下實現其預期的固定和密封功能。
應當注意到第二部分76可以帶有沿頂面87的前部60設置的臺階85，以對應於機盤12的每一相鄰支柱16的臺階102。在裝配到裝置10時，可以用來確認銷狀件42已適當地插入燕尾槽14中。
通過上述對磨料流動裝置10、銷狀件42、以及每個燕尾槽14中流動通道38的介紹應當知道，從機盤12中每個燕尾槽底部20去掉預定數量材料的方法包括以下步驟設置通過每個燕尾槽14的流動通道38；使磨料26以指定的循環次數流過每一流動通道38，將基本上相同數量的材料從每一燕尾槽底部20的目標區域去掉。這種方法還包括使每個燕尾槽14的壓力面部分18與底部20隔絕的步驟，以防止磨料26流到壓力面部分18。這些功能是通過將銷狀件42的第二部分76插入每個燕尾槽14中來實現的。通過使銷狀件42具有適當的斷面形狀，可在每個流動通道38中形成橫斷面縮小的區域並保持最小間隙或臨界間隙68。
應當認識到從每個燕尾槽底部20的表面22上去掉的預定數量的材料應至少大約為0.002英寸(2.0密耳)，在大約0.002-0.006英寸(2.0-6.0密耳)的範圍內更好，最好是在大約0.0025-0.0035英寸(2.5-3.5密耳)的範圍內。為了確定從每個燕尾槽底部去掉預定數量的材料裝置10所需的指定循環次數，在磨料26通過流動通道38之前應測量燕尾槽底部20的深度，該深度在本說明中被稱作徑向高度72。在裝置10運行給定的循環次數之後，再次測量燕尾槽底部20的深度(徑向高度72)。該過程重複進行直至去掉預定數量的材料，並將需要的循環次數記錄下來。即使運行了指定的循環次數之後，最好要確定至少已經去掉預定數量的材料。在材料去除過程完成之後還可以對每個燕尾槽14的底部20進行噴丸硬化以強化表面22。
雖然已經示出和介紹了本發明的優選實施例，對磨料流動裝置10、燕尾槽底部20的流動通道38、和/或銷狀件42所作進一步修改屬於本發明的範圍。此外，從燕尾槽底部20去掉預定數量材料的方法中的步驟可以改變，但仍要實現預定的功能。
標記表10磨料流動裝置(總體地)
12渦輪盤14燕尾槽(總體地)16渦輪盤的支柱18燕尾槽的壓力面部分20燕尾槽的底部22燕尾槽底部的表面24固定渦輪盤的支架26磨料28磨料流動裝置中的指定通道30磨料流動裝置中指定通道的分支34磨料流動裝置的下部36磨料流動裝置的上部38通過燕尾槽的流動通道(總體地)40通過流動通道的縱軸42銷狀件(總體地)44銷狀件的底面46銷狀件底面的弧形部分48弧形部分的半徑50燕尾槽底部的最小軸向長度52銷狀件底面的圓周半徑54燕尾槽底部的圓周半徑56銷狀件底面前端的平面部分58銷狀件底面後端的平面部分60銷狀件的前端62銷狀件的後端64機盤前側的槽口66機盤後側的槽口68流動通道的臨界間隙70銷狀件的徑向高度71流動通道的中點72燕尾槽底部的徑向高度74銷狀件的第一部分76銷狀件的第二部分77銷狀件第二部分的凹槽部分78銷狀件第一部分的底部79銷狀件第二部分的凹槽部分
80底部的側壁81銷狀件第二部分的突起部分82底部的側壁83銷狀件第二部分的突起部分84燕尾槽底部的側面85銷狀件第二部分的臺階86燕尾槽底部的側面87銷狀件第二部分的頂面88銷狀件第一部分的中部90底部的頂面92中部的軸向長度94中部的開口(一個或多個)96銷狀件第一部分的頂部98頂面的凹進部分100頂部的頂面102支柱的臺階142另一種銷狀件144另一種銷狀件的底面
權利要求
1.一種從燃氣渦輪發動機機盤(12)中燕尾槽(14)的底部(20)去掉預定數量材料的方法，包括以下步驟(a)設置通過所述燕尾槽(14)的指定流動通道(38)；和(b)使磨料(26)以指定的循環次數流過所述流動通道(38)，從所述燕尾槽底部(20)去掉基本相同數量的材料。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括密封所述燕尾槽(14)的壓力面(18)的步驟，以防止所述磨料(26)流到壓力面。
3.根據權利要求1所述的方法，還包括將銷狀件插入所述燕尾槽(14)的步驟，在所述流動通道(38)形成橫斷面縮小的區域。
4.根據權利要求1所述的方法，還包括在所述流動通道(38)保持最小橫斷面的步驟。
5.根據權利要求1所述的方法，還包括為了從所述燕尾槽底部(20)去掉所述預定數量材料而確定需要的指定循環次數的步驟。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，從所述燕尾槽底部(20)去掉的所述預定數量的材料至少為大約2密耳。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述預定數量的材料從所述燕尾槽底部(20)的目標區域去掉。
8.一種從燃氣渦輪發動機機盤(12)的燕尾槽(14)的底面(22)去掉預定數量材料的設備，其縱軸(40)通過所述燕尾槽(14)，所述設備包括(a)裝置(10)，使磨料(26)以預定的壓力和流速在指定通道(28)中來回流動；(b)支架(24)，將所述燃氣渦輪發動機機盤(12)固定在適當的位置，使所述燕尾槽(14)與所述指定通道(28)流體連通；和(c)構件(42)，構成所述磨料(26)通過的通過所述燕尾槽(14)的指定流動通道(38)；其中，所述磨料(26)的流動可從所述燕尾槽(14)的底面(22)去掉基本相同數量的材料。
9.根據權利要求8所述的設備，其特徵在於，所述構件(42)將所述燕尾槽(14)的壓力面(18)與所述磨料(26)流密封隔絕。
10.根據權利要求8所述的設備，其特徵在於，所述構件(42)在所述燕尾槽(14)的所述指定流動通道(38)形成最小橫斷面。
11.根據權利要求8所述的設備，其特徵在於，所述構件(42)使通過所述燕尾槽(14)的所述指定流動通道(38)沿所述燕尾槽(14)的所述縱軸(40)具有不同截面。
12.根據權利要求8所述的設備，其特徵在於，所述構件(42)使通過所述燕尾槽(14)的所述指定流動通道(38)沿基本上垂直於所述燕尾槽(14)所述縱軸(40)的方向具有不同截面。
13.根據權利要求8所述的設備，其特徵在於，通過所述機盤(12)的各所述燕尾槽(14)的指定流動通道(38)與所述磨料流動裝置(10)的所述指定通道(28)流體連通，磨料(26)基本上同時流過。
全文摘要
一種從燃氣渦輪發動機機盤(12)中燕尾槽(14)的底部(20)去掉預定數量材料的系統和方法，包括以下步驟設置通過燕尾槽(14)的指定流動通道(38)；使磨料(26)以指定的循環次數流過所述流動通道(38)，從燕尾槽底部(20)將基本上相同數量的材料去掉。這種方法還包括密封燕尾槽(14)的壓力面(18)的步驟，以防止磨料(26)流到壓力面。
文檔編號B24B31/00GK1509840SQ200310120740
公開日2004年7月7日 申請日期2003年12月3日 優先權日2002年12月3日
發明者P·Y·P·潘, G·R·格弗德特, M·J·布倫克, P Y P 潘, 布倫克, 格弗德特 申請人:通用電氣公司