CN102137736A - 涡轮机叶片盘的抛光方法以及抛光装置 - Google Patents

Abstract

一种用于涡轮机压缩机的离心式叶轮(2)的抛光装置包括：被抛光剂填充的缸体(8)和叶轮支撑件(10)，支撑件(10)能使叶轮(2)围绕轴线旋转并且沿着所述纵轴平移，从而使叶轮(2)的所有点具有螺旋移动，所述螺旋移动的节距接近于叶轮的气流通道的整体形状所形成的螺旋部分的节距，气流通道由叶轮的叶片限定。

Description

涡轮机叶片盘的抛光方法以及抛光装置

技术领域

本发明主要涉及涡轮机的包括气流通道的叶片盘的抛光方法，更具体地说涉及涡轮压缩机的离心式叶轮和单件式叶片盘的抛光方法、以及实施上述方法的抛光装置。

背景技术

涡轮机传统上包括压缩机、压缩室和涡轮。

压缩机用于增大气压，燃烧室将对燃料和经压缩机压缩的空气进行混合并使混合物燃烧，布置在排出流中的涡轮受到非常炙热的气流驱动。这用于通过涡轮的轴线驱动压缩机。

压缩机包括转子和定子，所述转子包括叶片盘，一些叶片盘被称为离心式叶轮。离心式压缩机叶轮(在下文中称之为叶轮)包括大致锥形的主体以及分布在主体整个表面上的叶片。

这些叶片与锥形主体一起在两两叶片之间限定了螺旋形式的气流通道。

因此，离心式压缩机叶轮具有复杂的形状。

对于某些应用而言，该叶轮是从团块，例如一块钛或镍合金中直接切割出来的。这种叶轮还可以通过铸造、通过快速原型开发或通过电化学的方式来获得。

此外，由于离心式压缩机叶轮必须实现空气动力功能，因此叶轮的表面状况，尤其是形成气流通道底部的锥形主体的表面状况、以及叶片的表面状况是非常重要的，应当对其制造予以非常特别的关注。

为了满足空气在叶轮上流动的空气动力条件，表面参数Ra须不得超过0.6μm(Ra是统计数值，对应于相对于中心线的算术平均差；Rt是峰的最大高度)。然而，该粗糙度值不能直接通过加工、铸造或制造叶轮的其它技术来获得。因此，需要抛光步骤来获得所需的表面质量。

现有对这些部件进行抛光的多种技术。

可以使用砂带手动地完成抛光处理。该技术的优点是可以抛光具有复杂形状的部件。然而，该抛光处理耗时很长，因此非常耗费劳动力。此外，其质量完全取决于执行该抛光处理的操作者。

可以使用在美国专利2547056中描述的那些机器，但是这些机器具有非常复杂的结构并且不能抛光具有复杂形状的部件。

还可以使用文献JP57211469中所述的磨料颗粒来执行抛光处理。该技术提供如下的方法：将盖体安装在叶轮上以将包括叶片的叶轮的作用区域封闭在闭合空间中并将磨料颗粒放置在该体积中，然后使叶轮围绕水平轴线旋转。旋转和重力使颗粒在待抛光的表面上移动。当达到期望的表面状态时，中断叶轮的旋转，并移除盖体和颗粒。在采用该结构的情况下，存在由于磨料颗粒淤塞在所关注的区域中而不能实现期望表面参数Ra的风险。

因此，本发明的一个目的在于提出离心式叶轮的抛光方法，更概括地说，涡轮机的叶片部件的抛光方法，该抛光方法是简单的并适用于所有类型的叶轮，而与它们的形状复杂度无关，并对气流提供性能非常高的表面状态。

本发明的目的还在于提出简单耐用的叶片盘的抛光装置。

发明内容

本发明的目的通过使用至少一种抛光剂的抛光方法来实现，在该方法中提供抛光剂来移动叶轮，或者更概括地说移动叶片盘，该叶片盘包括叶片，叶片限定了由螺旋部分形成的气流通道，上述移动操作跟随节距与螺旋部分的节距接近的螺旋运动。

所述叶轮的两个叶片限定气流通道；所述气流通道大致具有锥形螺旋部分的轮廓。于是，术语“叶轮的螺旋部分的节距”指的是由气流通道形成的螺旋部分的节距。由两个相邻的叶片限定的气流通道具有大致相同的螺旋轮廓。

根据本发明，所述叶轮以平移和旋转的方式移动以再现由所述气流通道限定的螺旋部分。于是，旋转速度和平移速度被调整成使所述叶轮的任意点的移动轨迹接近于叶轮的螺旋部分。

因此，抛光剂相对于叶片装置的移动基本上与气流在叶片之间的移动一致，这改善了本发明方法的性能。

优选地，根据本发明的方法提供了施加交替移动的方法，然后沿着第一旋转方向和第一平移方向移动叶片装置，然后沿着与第一旋转方向相反的第二旋转方向和与第一平移方向相反的第二平移方向移动叶片装置，这两种组合移动交替地再现。

于是本发明主要涉及一种用于叶片盘的抛光方法，所述叶片盘包括多个叶片，所述叶片在两两之间限定了整体轮廓大致呈具有节距p的螺旋部分形状的气流通道，所述叶片盘浸没在抛光剂层中，所述方法至少包括如下步骤：

步骤A，使所述叶片盘围绕所述叶片盘的纵轴沿第一旋转方向移动并且同时沿着所述纵轴在第一平移方向上移动，从而所述叶片盘的各个点的行程至少是如下螺旋部分的一部分，所述螺旋部分的节距接近于所述气流通道的整体形状所形成的螺旋部分的节距。

根据本发明的方法还可以至少包括步骤A之后的步骤B，使所述叶片盘围绕所述叶片盘的纵轴沿与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向做旋转移动并且同时沿着所述纵轴在与所述第一平移方向相反的第二平移方向上做平移移动，从而所述叶片盘的所有点分别经过与步骤A中的螺旋部分相同的螺旋部分，但是沿着相反的方向。

尤其优选地，交替地重复步骤A和步骤B。

优选地用比例因数将所述叶轮的旋转速度和所述叶轮的平移速度联系起来，所述比例因数被计算为所述气流通道的整体形状所形成的所述螺旋部分的正切值的函数。

根据本发明的方法可以包括步骤C，所述步骤C在所述步骤A之前，用于确定要施加到所述叶片盘上的静压力并在所述叶片盘的上方放置预定量为预先确定为静压力的函数的抛光剂。

所述抛光剂可以由固体磨料颗粒形成，所述磨料颗粒的形状适于在叶轮的叶片之间流动。

优选地，所述抛光剂可以与水混合、与适用于待抛光的材料的酸混合、或者与介质混合以形成糊剂。

所述抛光方法优选地可应用于涡轮机压缩机的离心式压缩机叶轮。

本发明还涉及一种抛光装置，其包括：被抛光剂填充的缸体；叶片盘支撑件，所述叶片盘包括多个叶片，所述叶片在两两之间限定了整体轮廓大致呈具有节距的螺旋部分形式的气流通道；以及驱动装置，其能够驱动所述支撑件围绕其纵轴旋转并同时沿着所述纵轴平移，所述驱动装置被设计为使如下螺旋部分的一部分行进至所述支撑件的各个点，所述螺旋部分的节距接近于待抛光的叶片盘的气流通道的整体形状所形成的螺旋部分的节距。

所述支撑件可以包括具有纵轴的轴，所述纵轴上同轴地固定有待抛光的叶片盘，所述缸体包括设置有开口的底部，所述开口被所述支撑件的轴穿过，所述装置还包括所述缸体的底部与所述叶片盘之间的密封装置。

所述密封装置优选地包括：管体，其能够以密封方式沿着所述纵轴在所述开口中滑动；板，其上安装有所述叶片盘，所述板固定在所述管体的穿过了所述缸体的纵向端部上，所述管体的外径大致等于所述叶片盘支撑在所述管体上的部分的外径以及形成于所述缸体上的所述开口的直径。

尤其优选地，所述板的用于与所述叶片盘接触的表面包括环形凹槽，所述环形凹槽接纳密封装置，所述密封装置用于与所述叶片盘接触并防止所述抛光剂在所述叶片盘与所述板之间渗透。

根据本发明的抛光装置可以包括：用于将所述叶片盘保持在所述支撑件上的装置，所述叶片盘被保持为夹持在固定在所述支撑件的轴的自由端上的压盘与所述板之间。

根据本发明的抛光装置优选地包括：所述缸体与所述管体之间的O型圈或唇形密封型密封装置。

优选地，所述管体的直径大致等于所述叶片盘在后缘侧的直径。

所述驱动装置例如包括第一电动机和第二电动机，第一电动机用于驱动所述支撑件围绕纵轴旋转，能够驱动所述支撑件交替地沿第一方向以及沿与所述第一方向相反的第二方向旋转，第二电动机用于驱动所述支撑件沿着所述纵轴平移，能够驱动所述支撑件交替地沿着第一平移方向以及沿着与所述第一平移方向相反的第二平移方向平移。根据本发明的抛光装置优选地用于抛光涡轮机压缩机的离心式压缩机叶轮。

附图说明

采用下文说明和附图可以更好地理解本发明，其中：

图1是可以应用本发明的离心式压缩机叶轮的透视图，

图2是示出了根据本发明的抛光装置的剖面示意图，其中叶轮处于合适位置，

图3是图2的抛光装置的示意图，抛光装置处于不同的状态，叶轮处于合适位置。

具体实施方式

在以下的描述中，我们将该抛光方法应用于涡轮压缩机的离心式压缩机叶轮，但是本发明可应用于任何叶片部分，例如用于涡轮的单件叶片盘。

图1示出了应用本发明的压缩机的离心式叶轮2的实例。

离心式压缩机叶轮是围绕涡轮机的纵轴旋转地移动并且由涡轮驱动的部件。

叶轮2包括具有轴线X的大致环形凸轮3。凸轮3在第一纵向端部包括直径较大的大基部3.1并且在第二纵向端部包括直径较小的小基部3.2，较大直径和较小直径由被称为通道的环形凹面4连接起来。

叶轮2还包括从环形凹面4突出的叶片6。叶片6均匀地分布在凸轮3的整个外周上，并且从凸轮3的小基部3.2延伸至凸轮3的大基部3.1且借助于轮辐而连接至凸轮。

叶片位于小基部3.2侧的端部6.1形成前缘，位于大基部3.1侧的端部形成后缘。

从上方看，每个叶片6具有大致螺旋形状。所有叶片基本上是相同的，因此来自节距为p的同一螺旋部分。

叶片两两之间限定了供待压缩的空气从前缘朝向后缘流通的气流通道。因此，气流通道的整体轮廓呈与叶片6的螺旋部分大致相同的螺旋部分的形式。

叶轮可以通过加工例如钛等金属块来制造。在加工步骤结束时，叶轮的表面具有小面并且该状况是不可接受的。叶轮也可以直接通过铸造、快速原型开发或者电化学方法来制造。

然后用已知方式对该叶轮进行抛光步骤。

本发明提出了一种容易实施的抛光方法以及用于将这种叶轮抛光的耐用装置，还为叶轮提供了改善的空气动力特性。

图2和图3示出了根据本发明的抛光装置的实施例，包括用于容纳抛光剂的缸体8。图中示意地示出了叶轮2。

抛光剂至少部分地由固体磨料颗粒形成。抛光剂可以容纳在糊剂中或者与诸如水之类的流体混合。形成抛光剂的颗粒可以由氧化铝、碳化硅、碳化硼等等制成。上述列表不是穷举性的，颗粒材料根据待抛光部件材料的功能来选择。这些颗粒的粒度还根据待获得的表面状况的功能来选择。该磨料颗粒可以与诸如酸之类的化学磨料结合。

根据本发明，抛光装置还包括可动支撑件10，可动支撑件10能使叶轮2围绕轴线X1旋转地移动并且在缸体8中沿着轴线X1平移。

根据本发明，控制支撑件10在缸体中的移动，使其任意点根据节距与叶轮的叶片的节距p相等或至少接近的螺旋部分而移动。

因此，抛光装置包括用于支撑件的驱动装置(未示出)，驱动装置用于同时向支撑件10施加旋转运动和平移运动，每种运动的速度确定为符合螺旋部分的节距p。

优选的是，驱动装置可以使支撑件10移动，从而使支撑件的任意点沿着例如从底部到顶部的方向通过具有预定节距的螺旋部分，然后沿着例如从顶部到底部的相反方向经过同一螺旋部分。因此，支撑件做反复移动，交替地向上然后向下移动。此时叶片6之间的抛光剂相对于具有节距p的螺旋叶轮来回反复移动。该来回反复移动使得可以实现更紧凑的装置，这是因为其可以缩短盘的移动距离。

驱动装置可以使支撑件10移动小于一个螺旋节距的距离、一个螺旋节距的距离、或大于一个螺旋节距的距离。

因此，通过将叶轮2固定在支撑件上使得叶轮2的轴线X与支撑件的旋转轴线X1同轴，抛光剂将在叶片6之间移动，同时基本上再现气流通道中的气流线路。因此，抛光处理以定向的方式进行并且改善了叶轮2的空气动力性能。

更具体地说，所示的装置包括位于缸体8底部的开口11，以供支撑件10穿过。支撑件10由具有轴线X1的轴12形成并且受驱动装置驱动，叶轮2绕该轴线X1安装。支撑件10包括用于将叶轮2固定地紧固到轴12位于缸体8中的自由端(未示出)上的紧固装置。这些紧固装置由例如夹持叶轮2的不需要用根据本发明的装置进行抛光的中部的加持***形成。

设置了作为夹持***一部分的压盘14，该压盘14覆盖叶轮2的中部通孔。压盘14例如由螺旋到轴12上的螺栓来保持。

在支撑件10与缸体8之间，更具体地说在支撑件10与开口11之间还提供了密封。

在所示实施例中，杆12被板19覆盖，板19用于支撑叶轮2，叶轮的大基部3.1置于该板19上。管体16例如通过焊接而经由纵向端部16.1固定至板19，板19从而形成了管体16的底部，其中，管体的外径大致等于叶轮的位于后缘侧的外径。开口11的直径大致等于管体16的外径从而保证管体16与开口11的周部之间的滑动接触。

板19在其外周处包括设置有接合部21的环形凹槽。该接合部21保证板19与叶轮2之间的密封性以防止颗粒或例如酸等流体出现在叶轮与板之间。

管体16至少可以沿着轴线X1进行平移，以跟随叶轮2并保持与叶轮2接触。

还设置有O型圈或唇形密封型的密封装置17，以保证管体16与缸体8的底部之间的密封性。

在一个可选的实施例中，应该将叶轮设置为直接置于管体16的纵向端部16.1上，然后通过简单的金属/金属接触或通过额外的接合部获得管体16与叶轮2之间的密封性。优选的是，管体16不相对于叶轮2移动，即，其随着叶轮2的移动而做出相同的移动，以防止在管体16与叶轮2之间出现任何相对偏移，从而改善管体16与叶轮2之间的密封性，并且防止管体16和/或叶轮2发生磨损。还可以提供将管体固定在叶轮上或者在旋转和平移时将管体紧固到移动支撑件10上的方法。

叶轮优选地通过将其夹持在压盘14与板19之间来保持。

叶轮2浸没在抛光剂层(未示出)中。在该实施例中，磨料颗粒布置在待抛光表面的上方，因此，磨料颗粒在叶轮2上的静压力完全与叶轮2上方的颗粒的高度成比例，上述颗粒的高度对应于叶轮2在缸体8中的平均浸没距离。

磨料颗粒表现得像流体一样。

因此，通过简单改变缸体中颗粒的数量，更确切地说通过改变颗粒的高度，可以改变抛光的有效性，从而改变获得期望表面状态所需的时间。于是，不需要使用对颗粒施加额外压力的特定装置。仅通过选择抛光剂的高度就可以在机械上实现压力调整。该装置是非常简单的并且不需要任何特定的监视装置。因此，该装置非常耐用。不过，可以考虑对缸体的底部施加轴向力的活塞型装置。

此外，抛光剂与叶轮之间的相对速度直接取决于叶轮2的旋转速度，因而取决于支撑件10的移动速度。因此，可以通过改变支撑件10的移动速度来改变叶轮2的抛光时间。

驱动装置包括第一电动机和第二电动机，第一电动机用于驱动支撑件旋转，第二电动机用于驱动支撑10沿着轴线X平移。

例如，颗粒相对于叶轮的移动速度可以在2米/分至20米/分之间；于是，抛光时间可以在10分至5小时之间。应该注意到，这些都是估算的速度。通常，在进行实验找出处理时间、保护部件以及获得的表面参数Ra之间的最佳折中方案之后调整上述参数。

平移速度和旋转速度以比例因数联系起来，该比例因数是根据叶轮的螺旋部分的正切值得到的。因此，旋转速度和平移速度在移动期间由于螺旋部分的正切值改变而改变，但是也可以在这两个速度之间提供恒定的比例。这要求叶轮的通道底部具有凹入的环形表面。

下面，将对使用根据本发明的抛光装置的抛光步骤进行描述。

在图2中，根据本发明的抛光装置处于低位置，该位置对应于空转位置。

在第一步骤期间，将叶轮2固定在支撑件10上；为了实现这个目的，围绕支撑件10的轴12安装叶轮2，使轴12穿过叶轮的中心孔，于是，叶轮2和支撑件10是同轴的并且相对于彼此是不可移动的。

接着，将叶轮2支撑在板19上。然后，将压盘14固定在支撑件10的轴12的上端并且将叶轮保持为夹持在板19与压盘14之间。

然后，将抛光剂放在缸体8中，抛光剂的量，更具体地说覆盖叶轮2的抛光剂的高度被确定为期望执行的抛光处理，尤其是其时长的函数。

然后，启动驱动装置，对驱动装置的控制被设计为要再现的叶轮2的叶片6的螺旋部分的节距的函数。然后，第一电动机和第二电动机分别驱动支撑件10旋转和平移，这使叶轮2在填充了抛光剂的缸体8中移动，而使管体16可密封地通过缸体8的底部，如图2所示。

支撑件的旋转速度以及将叶轮抛光的时间优选地确定为所需抛光水平的函数，这些特征通常通过实验来确定。

然后叶轮以旋转和平移方式移动，在所示的实例中，叶轮逆时针(箭头18)地旋转并向上移动(箭头20)。因此，叶轮2的所有点从底部到顶部在具有节距p的真正螺旋部分上行进，直到到达如图3所示的高位置为止。

然后，将第一电动机和第二电动机的控制反转，叶轮顺时针地旋转(图3中的箭头18’)并从顶部向底部平移(箭头21)，叶轮的所有点从顶部到底部在相同螺旋部分上行进。

结果，抛光剂和叶轮相对偏移的方向，更具体地说为限定气流通道的部件的方向与叶轮装配到压缩机上时空气在叶轮上的行进的方向相同。

在所示的实施例中，叶轮2通过缸体8的下端，但是应该设置为使叶轮穿过缸体的上端并且朝向缸体的下端移动。在该情况下，颗粒所施加的压力不仅仅是与颗粒高度成比例的静压力，而是支撑件沿着朝向缸体底部定位的轴向所施加的压力。结果，该压力的控制会比所示实例中的压力控制复杂得多。

还可以提供向抛光剂赋予移动，即振动；因此，可以提供能够使缸体振动的装置。

根据本发明的方法可以抛光任意类型的叶轮，而与其尺寸无关。

此外，根据本发明方法的抛光处理可以容易地实现自动化，在抛光期间不需要人为干预。还具有简单和耐用的特点。

此外，该方法通过选择合适磨料而适用于所有材料。

Claims (17)

1.一种用于叶片盘(2)的抛光方法，所述叶片装置包括多个叶片(6)，所述叶片(6)两两之间限定了整体轮廓大致呈具有节距p的螺旋部分形式的气流通道，所述叶片盘(2)浸没在抛光剂层中，所述方法至少包括：步骤A，使所述叶片盘(2)围绕所述叶片盘(2)的纵轴(X)沿第一旋转方向移动并且同时沿着所述纵轴(X)在第一平移方向上移动，从而所述叶片盘(2)的各个点的行程至少是螺旋部分的一部分，所述螺旋部分的节距接近于所述气流通道的整体形状所形成的螺旋部分的节距p。

2.根据权利要求1所述的抛光方法，至少包括：步骤A之后的步骤B，使所述叶片盘(2)围绕所述叶片盘(2)的纵轴(X)沿与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向做旋转移动并且同时沿着所述纵轴(X)在与所述第一平移方向相反的第二平移方向上做平移移动，从而所述叶片盘(2)的各个点分别经过与步骤A中的螺旋部分相同的螺旋部分，但是沿着相反的方向。

3.根据权利要求2所述的抛光方法，其中，交替地重复步骤A和步骤B。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的抛光方法，其中，用比例因数将所述叶片盘的旋转速度和所述叶片盘的平移速度联系起来，所述比例因数被计算为所述气流通道的整体形状所形成的所述螺旋部分的正切值的函数。

5.根据上述权利要求中任一项所述的抛光方法，其包括步骤C，所述步骤C在所述步骤A之前，用于确定要施加到所述叶片盘(2)上的静压力并在所述叶片盘(2)的上方放置预定量为预先确定的静压力的函数的抛光剂。

6.根据上述权利要求中任一项所述的抛光方法，其中，所述抛光剂至少包括固体磨料颗粒，所述磨料颗粒的形状适于在叶片盘的叶片之间流动。

7.根据上述权利要求中任一项所述的抛光方法，其中，所述抛光剂与水混合、与适用于待抛光的材料的酸混合、或者与介质混合，以形成糊剂。

8.根据上述权利要求中任一项所述的抛光方法，所述叶片盘(2)是用于涡轮机压缩机的离心式压缩机叶轮。

9.一种抛光装置，包括：被抛光剂填充的缸体(8)；叶片盘(2)支撑件(10)，所述叶片盘包括多个叶片，所述叶片在两两之间限定有整体轮廓大致呈具有节距p的螺旋部分形式的气流通道；以及驱动装置，所述驱动装置能够驱动所述支撑件围绕纵轴旋转并且同时沿着所述纵轴平移，从而使如下螺旋部分的一部分行进至所述支撑件(10)的各个点，所述螺旋部分的节距接近于待抛光的叶片盘(2)的气流通道的整体形状所形成的螺旋部分的节距p。

10.根据权利要求9所述的抛光装置，其中，所述支撑件(10)包括具有纵轴(X1)的轴(12)，所述轴(12)上同轴地固定有待抛光的叶片盘(2)，所述缸体(8)包括设置有开口(11)的底部，所述开口(11)被所述支撑件(10)的轴(12)穿过，所述装置还包括所述缸体(8)的底部与所述叶片盘(2)之间的密封装置。

11.根据权利要求10所述的抛光装置，其中，所述密封装置包括：管体(16)，其能够以密封方式沿着所述纵轴(X1)在所述开口(11)中滑动；板(19)，其上安装有所述叶片盘(2)，所述板(19)固定在所述管体(16)穿过所述缸体(8)的纵向端部(16.1)上，所述管体(16)的外径大致等于所述叶片盘(2)的支撑所述管体(16)的部分的外径以及形成于所述缸体(8)上的所述开口(11)的直径。

12.根据权利要求11所述的抛光装置，其中，所述板(19)的表面用于与所述叶片盘接触，所述表面包括环形凹槽(21)，所述环形凹槽接纳密封装置，所述密封装置用于与所述叶片盘接触并防止所述抛光剂在所述叶片盘与所述板之间渗透。

13.根据权利要求11或12所述的抛光装置，包括：用于将所述叶片盘保持在所述支撑件上的装置，所述叶片盘用于被保持为夹持在固定到所述支撑件(10)的轴(12)的自由端上的压盘(14)与所述板(19)之间。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的抛光装置，其包括位于所述缸体(8)与所述管体(16)之间的O型圈或唇形密封型密封装置(17)。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的抛光装置，其中，所述管体(16)的直径大致等于所述叶片盘在后缘侧的直径。

16.根据权利要求9至15中任一项所述的抛光装置，其中，所述驱动装置包括第一电动机和第二电动机，第一电动机用于驱动所述支撑件(10)围绕纵轴(X1)旋转，能够驱动所述支撑件交替地沿第一方向以及沿与所述第一方向相反的第二方向旋转，第二电动机用于驱动所述支撑件沿着所述纵轴(X1)平移，能够驱动所述支撑件交替地沿着第一平移方向以及沿着与所述第一平移方向相反的第二平移方向平移。

17.根据权利要求9至16中任一项所述的抛光装置，其中，所述叶片盘(2)是涡轮机压缩机的离心式压缩机叶轮。

Images