CN101960284A - 用于检测叶片基底涂层的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于检测涡轮机转子盘叶片根部涂层(36)的装置(10)，包括：两个检测半件(32)，其每个具有以所述涂层涂覆的支承表面(24)；一个对立检测件，其具有两个支承表面；和机器，其包括：第一保持***(20)，用于对立检测件(22)；和第二保持***(30)，用于围绕对立检测件保持检测半件(32)。使用拉伸机构(14)，使所述保持***承受沿所述拉伸轴线的预定拉伸循环，在所述拉伸循环过程中，拉伸力通过接触所述对立检测件(22)和所述检测半件(32)的相应支承表面而从一个保持***传递到另一保持***。所述第二保持***包括：弹性回复机构(40)，用于使所述两个检测半件沿垂直于所述拉伸方向的方向张开。

Description

用于检测叶片基底涂层的装置

技术领域

本发明涉及施加于旋转机叶片根部的耐磨涂层及其质量控制的领域。更准确地说，本发明涉及用于检测能够涂覆涡轮机转子叶片根部的涂层的装置。这可能是陆用或航空涡轮机，即飞机涡轮反应器或涡轮螺旋桨发动机。

背景技术

叶片，特别是航空涡轮机中的扇叶片，是受应力极大的机械部件。为此原因，作为叶片保持部分的叶片根部是部件中的特别关键的部分。叶片根部包括：与转子盘的接触表面，或称支承表面，其在操作中承受压力和高温。为了减小施加于叶片根部支承表面的应力，即，剪切应力，以已知方式使用耐磨涂层。这些所称的耐磨涂层可通过热喷进行沉积。涂层可为多层。

由于叶片根部支承表面例如因裂纹出现而失效是叶片失效的主要类型之一，因而耐磨涂层的质量至关重要。为了确保这种涂层的质量和涂层在其与叶片本身的界面上的稳定性，以已知方式执行显微照相检测，其在于截取涂层和叶片根部，在显微镜下检验此截面的外观。还已知的是，通过标准的硬度检测、拉伸或剪切附着检测或进行厚度测量来检测涂层的质量。

然而，显然各种检测被证明对于将高质量涂层与具有仅可接受质量的涂层相区别，以及形成与叶片根部上沉积的涂层在使用中的耐久性和机械性能相关的精确结论来说是不充分的。

如果叶片(或叶片根部)的循环用于表明叶片在操作阶段中(在安装有涡轮反应器的飞机处于飞行中时)，即从起动到停止过程中所承受的一组应力，则前述意味着，只要叶片能以令人满意的方式经受多次循环，则当前的检测不允许表现在不同涂层之间的质量差异。

发明内容

本发明的目的在于限定用于检测能够涂覆涡轮机转子叶片根部的涂层的装置，与现有技术的检测相比，其允许针对被检测涂层的质量执行更区别性的检测，且其检测结果与叶片根部涂层实时稳定性的实际评估高度相关，如在叶片整个使用寿命中(通常为10′000至15′000次循环)所发现的那样。

这一目的通过如下装置而实现，其包括：两个检测半件，每个检测半件具有以所述涂层涂覆的支承表面；一个对立检测件，其具有两个支承表面；以及一机器，其包括：第一保持***，用于沿拉伸轴线保持所述对立检测件；第二保持***，用于围绕所述对立检测件保持所述检测半件；拉伸机构，用于使所述保持***承受沿所述拉伸轴线的预定拉伸循环，在所述拉伸循环过程中，拉伸力通过所述对立检测件和所述检测半件的相互接触的相应支承表面而从一个保持***传递到另一保持***；所述第二保持***包括：弹性回复机构，以允许所述两个检测半件在拉伸循环过程中响应于由所述对立检测件施加于这两个检测半件的张开力而沿垂直于所述拉伸方向的方向张开。

由此限定的检测在原理上基本不同于前述已知的检测。实际上，其在于使涂层检测件承受疲劳检测，其中体现叶片根部在叶片使用寿命中将经受的应力。有利地，所述装置不需要使用实际叶片，而是仅使用检测半件，每个检测半件具有以将被检测的涂层涂覆的支承表面。而且应注意，理想的是可使每个检测半件具有不仅一个支承表面，而是具有多个支承表面，于是对立检测件包括对应于这两个检测半件的这些支承表面中的每一个的一个支承表面。

第一和第二保持***分别保持相互面对的检测半件和对立检测件，以使它们的支承表面匹配。保持***于是通过已知方式经历相对于彼此的拉伸运动，以使得支承表面，即检测半件的支承表面承受体现出叶片根部在操作中所经历的应力。

这样的应力通过拉伸循环模拟，在拉伸循环过程中，对立检测件经历沿拉伸方向的张力。这样的张力作为时间的函数，根据预定循环，即所称的拉伸循环而变化。优选地，对于每个拉伸循环，拉伸力从初始的零值或至少低值(相对于最大值)而增大到最大值，然后返回初始值。初始值和最大值至少一个独立地可保持一段时间。当然，其他拉伸循环的情况也是可以想到的，取决于如何模拟涡轮机的不同操作阶段。加速速率参数，即单位时间的拉伸力增量，也可用作能够优化的变量。

以已知方式，通常利用榫眼和榫接头形成连接以将叶片连接到转子盘。这种连接包括：在叶片的一个径向内端(叶片根部)形成的榫，其紧固在设置于转子盘周边上的榫眼中。在一方面的叶片根部和在另一方面的形成在转子盘榫眼之间的转子盘榫或凸部，因而呈相应互补的燕尾形状，并沿反向沿径向布置以确保在叶片与转子盘之间的相互紧固。

在叶轮中，叶片均匀连接在转子盘的外周边上，转子盘因而包括与将被紧固的叶片数目相等的紧固单元和燕尾榫。

叶片连接到转子盘因从形成沿周向重复的型式，并包括转子盘的燕尾榫，其中两个叶片根部半件将转子盘封闭在叶轮中。这就是通过由两个检测半件封闭的对立检测件所再现的样式。

如前所述，在集成到装置中的检测机器中，第二保持***包括弹性回复机构，其允许所述两个检测半件在拉伸循环过程中响应于由所述对立检测件施加于这两个检测半件的张开力而沿垂直于所述拉伸方向的方向张开。实际上，在拉伸循环过程中，即如果检测半件和/或对立检测件的支承表面是倾斜的，则对立检测件将支承在检测半件上，并可具有沿垂直于拉伸方向的横向使检测半件张开的趋势。为了避免这种情况，第二保持***有利地包括前述弹性回复机构，以允许使对立检测件和检测半件保持相对位置，这体现出涡轮机中的叶片根部或转子盘榫的实际位置。

根据一个实施例，所述检测半件的支承表面相对于所述拉伸轴线倾斜，以体现出涡轮机转子叶片根部的支承表面的形状。这样，由检测半件的支承表面形成的角度体现出由涡轮机中的叶片根部支承表面形成的相对于其径向的角度。有利地，支承表面相对于拉伸方向的角度可接近于45°，更常见地，此角度可在30°-60°之间变化。

而且，检测半件可不仅通过其支承表面的形状而且通过其材料而体现出叶片根部。这样，检测半件通常由与叶片根部相同的材料制成，典型地通过钛或镍基合金制成。

出于相同原因，对立检测件也可选择与转子盘相同的材料，即也通过钛或镍基合金制成。这使得可更确切地体现叶片根部相对于转子盘的行为。

根据一个实施例，所述对立检测件的支承表面相对于所述拉伸轴线倾斜，以体现出涡轮机转子盘榫的支承表面的形状。这样，由对立检测件的支承表面形成的角度体现出由涡轮机中的转子盘榫支承表面形成的相对于其径向的角度。由此，对立检测件的支承表面施加于检测半件的应力体现出涡轮机中的转子盘榫支承表面施加于叶片根部支承表面的应力。优选地，对立检测件的支承表面的倾斜角度在30°-60°内，通常选择接近于45°。

根据一个实施例，所述弹性回复机构包括：至少一个弹性材料棒，其在拉伸循环过程中变形并保持在其弹性变形范围内。该棒因而具有一些变形能力，能够使机器体现、模仿在涡轮机的操作中有效出现的变形，即叶片根部和/或转子盘榫的变形。由于两个检测半件的这种张开的可能性，利用检测装置获得的结果的代表性进一步增大。

根据前述实施例的变例，所述第二保持***包括两个柱，所述柱平行于所述拉伸轴线并用于保持所述两个检测半件，所述棒沿垂直于所述拉伸轴线的方向连接这些柱。平行于拉伸轴线且接近于检测半件的两个柱允许确保在拉伸循环过程中将检测半件保持就位。为此目的，检测半件优选地相对细长以利于旋转锁定。

而且，由于沿相对于拉伸方向的横向的张开力将通过所述至少一个棒，因而所述棒的尺寸易于根据棒将经历的拉伸力和在这种力作用下被认为可接受的延伸率而设置。

根据前述实施例的变例，检测装置进一步包括：用于在检测过程中测量所述检测半件的张开度的机构。由此，在任何时候均可确保对立检测件和检测半件的相对位置确实对应于期望位置。

根据一个实施例，所述检测半件在其支承表面的近处具有体现出涡轮机转子叶片根部半件的形状，所述拉伸轴线大致沿所述叶片根部半件的径向布置。这种布置允许检测半件在真实再现实际操作和应力条件的情况下被检测。而且，模拟叶片根部涂层的行为不限定至涂层的具体区域，而是包括叶片根部的位于支承表面附近的部分。

而且，根据一个实施例，所述对立检测件在其支承表面的附近具有体现出涡轮机转子盘榫形状的形状。在这种情况下，再现出转子盘榫在叶片根部上的影响的对立检测件的影响更加真实，这是因为其能够再现出转子盘榫的行为，不仅在支承表面的紧邻处，而且在位于支承表面附近的整个榫部分上再现，即通常在榫形对立检测件的整个端部再现。

应注意，在所述装置中，或多或少地依靠根据所选实施例，彼此面对的检测半件相当于叶片根部的相对面，对立检测件进而相当于用于将叶片紧固到转子上的转子盘榫。这样，在涡轮机上叶片根部被封闭并被紧固在两个转子盘榫之间，而在检测机器中两个检测半件在两侧上封闭对立检测件，体现出转子盘榫。已发现，尽管采取这种明显倒置的布置，所获得的结果仍具有良好的代表性。

根据一个实施例，位于对立检测件侧部上的检测半件侧部不具有底切。因此，检测半件是经济有效的，这是因为其易于通过三轴线机械进行机加工。对于对立检测件而言同样如此。而且，检测半件可甚至在对立检测件的侧部上具有凸形外形。

最后，应进一步注意，检测件沿拉伸方向的位移可由诸如比较器或计量器之类的位移测量***测量和记录。

附图说明

通过阅读以下对以非限制性示例方式体现的实施例的详细描述，本发明将被更好地理解且其优点将更显见。这些描述参照附图，其中：

图1是本发明的检测装置的轴向截面图；

图2A和2B分别是此装置的中央部分的前视和侧视截面图；和

图3是检测装置的对立检测件和检测半件的支承表面区域的轴向截面图。

具体实施方式

参见图1，现在描述根据本发明的针对能够施加于叶片根部涂层的检测装置10。此装置10包括机器，所述机器首先包括在整体上由机械焊接框架构成的构架12。此构架12支撑两个保持***20和30。

位于所述机器的下部分中的第一保持***20包括将对立检测件22保持就位的固定支柱29。对立检测件22包括供第一保持***的心轴26穿过的孔，无论承受何种拉伸应力，对立检测件22均利用心轴26得以保持。

第二保持***30用于将两个检测半件32保持就位。此第二保持***30包括可动梁39，可动梁39被设置为通过线性致动器14或任何其他等同致动机构而沿竖直方向沿双箭头A平直交替地平动。此梁39通过滑动棒16被引导而进行其交替平动。保持***30进一步包括用于相对于梁39而刚性连接检测半件32的机构，即，包括上面提到的柱38。

选择线性致动器14的特性而使得线性致动器14可驱动第二保持***30相对于第一保持***20而平动，从而体现出在叶片所属的涡轮机的操作过程中由叶片且更准确地是由叶片根部执行的相对于转子盘的平动。这样的运动是由于在引擎旋转过程中由叶片承受的与叶片上的径向拉伸力相当的相当大的离心力所致。

通常，试图通过施加于叶片根部的特别是径向的张力和叶片根部的运动幅度来再现叶片根部的工作状况。叶片根部运动幅度取决于与叶片根部相互作用的部分；因此，其对于检测质量而言是高度相关的。在所示的机器中，这样的部分在保持柱38一侧上，而在另一侧(内侧)上，相当于转子盘榫的对立检测件22被设计为将叶片保持在涡轮机中。不过应注意，所述装置可用于沿多个方向或以多个拉伸力检测涂层，其中拉伸力不同于叶片根部及其支承表面的通常应力情况。

对于本发明机器的构架12和线性致动器14而言，可以使用用于机械部件循环拉伸检测的在机器中常采用的标准部件。将被再现的循环通常具有以下特性：可达10′000或15′000次循环的多次循环；在15′000至30′000daN之间变化的最大施加力。

对立检测件22包括孔24，第一保持***包括心轴26，无论会承受何种拉伸应力，对立检测件22均通过心轴26得以保持。

最后，检测半件相对于对立检测件的相对位移通过测量***19测量和记录。

参见图2A和2B，现在描述根据本发明的检测装置的中央部分的操作。图2A是表现两个检测半件32的截面图，检测半件32一方面被保持在第二保持***30(柱38)中，另一方面由对立检测件22保持。第二保持***30的作用是保持两个检测半件，更准确地是保持其与对立检测件22的对应支承表面(在图3中的附图标记25)相对的支承表面24；和传递检测半件32相对于对立检测件22的交替平动。

对立检测件22在其一端(在图1中的上端)具有相对对称的***部，***部的侧部23在其心轴的任一侧以悬臂形式突出。这些侧部23的底外表面(如图1中所示)是对立检测件22的接触表面或支承表面。这些支承表面再现了安装有叶片根部的涡轮机转子盘榫的形状。对立检测件22在其另一端具有紧固机构，以允许将其紧固到检测机器，其中通过在拉伸检测过程中用于保持和紧固对立检测件的第一保持机构而紧固。在此，这样的保持机构包括：孔24，其被设置用于供检测机器的紧固心轴穿过。

检测半件32的支承表面24可存在于检测半件32的基底上形成的凸起35的倾斜顶面上。这种支承表面是相当于叶片根部支承表面的接触表面。当第二保持***经历向上的拉伸应力时(如图1中所示)，检测半件和对立检测件的相应支承表面24和25进行接触，从而抵抗第二保持***30的向上位移，而可对沉积在待检测检测半件的支承表面24上的涂层34实施检测。

虽然检测半件32和对立检测件22由于检测导致其变形而在检测使用后报废，但与其相反，机器的其他部件则是可重新使用的部件。

第二保持***30包括两个平行于拉伸轴线并用于保持两个检测半件的柱38，每个柱38紧固到一个检测半件32上。紧固可利用螺钉42实现。另一方面，螺钉42穿过柱38并穿过检测半件32中的孔、槽孔或开口槽孔41而进行紧固(如图2B中所示)。

即使两个柱38可以相互刚性紧固或甚至形成单一部件，不过相反地，有利的是，两个柱38成为第二保持***30的独立部分。

在此，两个独立部分意味着两个柱38可相对于彼此沿横向打开。此打开的方向垂直于拉伸方向并垂直于叶片根部的各支承表面。这种自由度可更好地再现在操作中的叶片的保持情况。

有利地，保持***两个部分的打开受限于弹性回复机构。这样的弹性回复机构包括四个金属棒40，金属棒40在拉伸循环过程中变形而同时处于其弹性变形范围内。这样的棒40沿垂直于拉伸轴线的方向连接柱38。棒40在其自由端处具有螺纹以通过螺纹连接进行紧固。

为了检查叶片根部将承受的适合的拉伸循环操作，所述机器进一步包括用于在检测过程中测量检测半件的张开度的机构18。这种测量可确保各部件在检测过程中的适合操作和正确定位。

参见图3，将描述对立检测件22和检测半件32的相对形状。检测半件32被显示为处于柱38上。检测半件32包括在点B与点D之间延伸的支承表面24。对立检测件还包括面对检测半件32的支承表面24的支承表面25。检测半件的支承表面24被涂覆以涂层，该涂层与叶片根部的对应区域为相同类型并根据相同方法施加。在检测半件32和对立检测件22的相对位置，仅在点B和C之间的属于检测半件的支承表面24的接触区域中进行接触。当然，在拉伸检测过程中，此接触区域的位置将针对支承表面而改变。

如图3中可见，检测件22和检测半件32的支承表面沿相对于方向E(其为拉伸方向)倾斜或斜置的方向布置。这是叶片根部紧固到转子盘时将呈现的斜度。倾斜角α接近于45°。

Claims (11)

1.一种用于检测能够涂覆涡轮机转子叶片根部的涂层(36)的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)包括：

两个检测半件(32)，每个检测半件(32)具有以所述涂层涂覆的支承表面(24)；

一个对立检测件(22)，其具有两个支承表面(25)；和

检测机器，其包括：第一保持***(20)，用于沿拉伸轴线(A)保持所述对立检测件(22)；第二保持***(30)，用于围绕所述对立检测件(22)保持所述检测半件(32)；拉伸机构(14)，用于使所述保持***承受沿所述拉伸轴线的预定拉伸循环，在所述拉伸循环过程中，拉伸张力通过所述对立检测件和所述检测半件的相互接触的相应支承表面(25，24)而从一个保持***传递到另一保持***；

所述第二保持***包括：弹性回复机构(40)，使所述两个检测半件可在拉伸循环过程中响应于由所述对立检测件施加于这两个检测半件的张开力而沿垂直于所述拉伸方向的方向张开。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，位于所述对立检测件(22)的侧部上的所述检测半件(32)的侧部不具有底切。

3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述检测半件的支承表面(24)相对于所述拉伸轴线倾斜，以体现出涡轮机转子叶片根部的支承表面的形状。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述对立检测件(22)的支承表面(25)相对于所述拉伸轴线倾斜，以体现出涡轮机转子盘榫的支承表面的形状。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述弹性回复机构包括：至少一个弹性材料的棒(40)，其在拉伸循环过程中变形并保持在其弹性变形范围内。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述第二保持***(30)包括两个平行于所述拉伸轴线并用于保持所述两个检测半件(32)的柱(38)，所述棒按照垂直于所述拉伸轴线的方向连接这些柱。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的检测装置，其特征在于，其进一步包括：用于在检测过程中测量所述检测半件的张开度的机构(18)。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述检测半件(32)在其支承表面的附近具有体现出涡轮机转子叶片根部半件的形状，所述拉伸轴线大致沿所述叶片根部半件的径向布置。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述对立检测件(22)在其支承表面的附近具有体现出涡轮机转子盘榫形状的形状。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述对立检测件由钛或镍基合金形成。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述检测半件由钛或镍基合金形成。

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