用于控制流体射流的冲击隔板和利用流体射流切削的方法

技术领域

本发明涉及利用研磨流体射流加工工件的领域。它特别地涉及用于流体射流切削工具的高压流体射流的冲击隔板和切削通过工件的方法。

背景技术

已知的是，利用以高压力从喷嘴排出的流体射流(典型地水射流)用于工件的加工，特别是切削。射流直径典型地以大约1mm的数量级。在所谓的“研磨水射流切削”(AWJ)的情况下，超过300MPa的水压力用来生成具有研磨颗粒的水射流。这种水射流可用作为全方向的切削工具，用于切削宽范围的、具有高达200mm的厚度的金属或非金属材料。

在大型涡轮特别是蒸汽涡轮中，叶片可例如依靠销接的叶片根部附连到转子，其中压入配合或过盈配合的销放置在钻孔中，该钻孔延伸通过叶片根部和转子。在销放置在钻孔中之前，销例如依靠液氮例如被冷却到低温。因而在大小方面轻微减小，然后利用重型工具它们被按压到钻孔内，这导致在销和涡轮转子和叶片根部之间的紧密、高张力配合。

在涡轮维护期间，涡轮叶片装置必须被移除并且替换，从而要求压入配合销从它们的钻孔中移除。然而，这为困难的工序，这是因为叶片排之间的空间可在某些情况下被限制到窄到15mm的尺寸(在工业蒸汽涡轮的情况下)。

共同拥有的美国专利no.7628678描述水射流工具的就地使用，该水射流工具具有相对于水射流工具的主体成角度地布置的喷嘴。该水射流导向在销的表面的部分之上并且移除那部分，由此分割该销。为了最小化对周围材料的损坏，被移除的部分在最小数量的点处并且在界面的最小范围之上触碰在销和周围固体材料之间的界面。

已经建议用于水射流的紧凑收集装置，其可与水射流工具一起移动并且还可在应用现场处限制空间条件的情况下使用。这种装置例如描述于公开的欧洲专利申请no.EP 0244966 A2和EP 0252657 A2和共同拥有的公开的美国专利申请no.US 2009/0178526 A1，其通过引用并入本文用于使用并且控制冲击隔板的总体方面。’526申请示出收集装置，用于检测高压水射流对收集装置的第一冲击，并且利用相应信号用于控制水射流工具的使用，或者检测收集装置的故障并且使用相应信号用于终止水射流工具的使用。

鉴于已知的现有技术，被认为是本发明的目标的是，改善特别地用于非常受限制空间的已知收集装置。

发明内容

根据本发明的一方面，提供用于与射流切削工具相结合地操作的冲击隔板，隔板包括冲击层和横向延伸传感层，以在冲击层由射流切削工具刺穿之后触发控制信号，用于中断射流切削工具的切削操作。

在本发明的该方面的优选实施例中，延伸传感层当被至少部分地透过时触发信号。在该实施例的变型中，延伸传感层包括传导层的精细网格或栅格。

冲击隔板还可包括记录射流对隔板的冲击的开始的传感器，例如加速度计。

冲击隔板还可包括用于检测合适安装的传感器和/或用于记录隔板是否处于面向工件的正确位置的接近传感器。

冲击隔板的另一优选特征是具有在冲击射流的方向上测量的小于20mm或小于15mm，优选5mm到15mm，并且甚至更优选5mm到10mm的宽度，以使隔板能够配合例如在非常受限制的间隙内以接近待切削的工件。

根据本发明的另一方面，提供使用暴露于流体射流的薄的冲击隔板的方法，该方法包括以下步骤：生成通过待切削的工件的延伸的预切削部，同时避免刺穿，后面是以下步骤：刺穿通过延伸的预切削部，以形成通过工件的切削部。

在该方法的优选实施例中，该延伸切削部具有两个端区，相比于当切削在端区外的切削部时的切削速度，在该两个端区处该切削速度减小。

在该实施例的变型中，切削并且不刺穿在工件的暴露面的中心位置处开始并且以第一切削速度在第一方向上引向工件的暴露面的周边并且当到达距周边的预定距离时以第二减小的切削速度继续切削而不刺穿，直到到达周边；然后反转切削方向并且在存在的预切削部内开始切削并且刺穿，直到到达中心位置；并且切削并且不刺穿在中心位置处重新开始，并且以第一切削速度在第二方向上引向工件的暴露面的周边，并且当到达距周边的预定距离时，不具有刺穿的切削以第二减小的切削速度继续，直到到达周边；然后反转切削方向并且在存在的预切削部内开始切削并且刺穿，直到再次到达中心位置。

第一和第二方向可被任意选择，以分开工件，但是可能最好沿着相同的直径线。还可能的是改变步骤的次序，使得端区在端区之间的区被切削和刺穿之后被切削。该步骤可被重复，以生成通过工件的多于一个切削部。特别地，可能的是将两个切削部以交叉样式切削到螺栓、螺钉、销和其它紧固装置内，以将它们分开成四部分。

利用该方法，冲击隔板暴露于高压流体射流达一段时间，这相比于已知方法短超过10倍。冲击隔板到射流切削工具的流体射流的暴露时间可在标准涡轮销的切削期间减小到1分钟或更少。

本发明的这些和进一步的方面将从下文中列出的以下详细描述和附图中显而易见。

附图说明

本发明的示范性实施例现将参考附图描述，其中：

图1示出应用于切削涡轮转子中的销的、具有冲击隔板的射流切削工具；

图2A为根据本发明的实例的冲击隔板的示意性分解视图；

图2B以组装状态示出图2B的冲击隔板；和

图3A-3C示出切削工艺的变型，以避免冲击隔板长时间暴露于切削射流。

部件列表：

涡轮转子                     10

涡轮叶轮                     11、11’

水射流工具                 18

臂                                 181、182

冲击隔板                     20

第一保护层                 21

冲击板                         22

框架结构                     221

加速度传感器             222

接近开关                     223

延伸部                         224

接触开关                     225

延伸传感层                 23

安全板                         24

螺栓                             30

切削部                         31

端区                             311、312

共同点或中心位置     33

切削速度                     v1、v2。

具体实施方式

本发明的实例的方面和细节进一步详细地在以下描述中利用销的移除的实例而描述，该销将叶片保持在蒸汽涡轮转子中。

参考图1，涡轮转子10示出为具有沿着它的长度的多个涡轮叶轮11。涡轮叶轮11携带周向排的叶片。在典型的重新装配的操作中，任务是：通过切削过盈配合在转子结构的相应孔中的螺栓或销而使叶片与转子10分离，该叶片能够拆卸地紧固在转子10的涡轮叶轮11上。销将叶片根部固定在涡轮叶轮11的环形槽道内。水射流工具18在纵向方向上切削销。销然后利用例如切入到它们的剩余部分内的螺纹而从它们的孔中移除。图1的涡轮转子示出为安装到车间地板的柱上。然而，相同操作可利用放置到发电站的平台上的切削工具就地执行。

水射流工具18具有两个平行定向臂181、182。该臂可利用液压或电磁马达移动。一个臂携带射流切削工具并且另一个臂携带冲击隔板，使得切削器和隔板当安装在正确位置时横跨间隙对齐。为了切削销，工具18移动以将转子叶轮定位在间隙内部。然后加载有研磨材料的水经由高压水供给线被供应到成角度的喷嘴头。一旦在转子叶轮中的销被切削穿，如果高压水射流在穿透之后没有被诸如本发明的冲击隔板的射流捕集装置所阻碍并且使得无害，则高压水射流在涡轮叶轮11的另一侧上排出到转子叶轮之间的空间内并且可导致损坏。

在图2A中，根据本发明的示范性实施例的、用于高压水射流的冲击隔板20再现为分解视图。冲击隔板20特别地适合于涉及如上所描述的就地加工的涡轮转子10和发电厂的构件的应用，其中用于从射流工具18收集水的空间受限制。示范性冲击隔板20的外部尺寸在横向方向上大约50mm到100mm并且在深度方面5mm到15mm，优选5mm到10mm，使得它可引入到在邻近涡轮叶轮之间的窄的间隙内。间隙的宽度在涡轮的某些类型中可小至15mm，例如在工业蒸汽涡轮中的第一和第二叶轮之间的距离。

图3的冲击隔板20包括夹层结构，其具有通过多个螺钉25保持在一起的多个层21、22、23、24。跟随射流的方向，存在由诸如结构泡沫的柔软材料的薄层制成的第一保护层21，其为冲击板22提供覆盖和紧固。冲击板22由钢制框架结构221围绕，该钢制框架结构221允许冲击板22的容易的替换。冲击板22由非常硬的材料制成，该硬的材料诸如碳化钨，这是因为它在正常操作期间用来使水射流停止。第一保护层21和冲击板22两者可认为是牺牲层，这是因为这些层的损坏和劣化在冲击隔板20的正常操作期间可设想到。

冲击板22的厚度显著地贡献于冲击隔板的整体深度并且应当被制造得尽可能薄，而同时阻止刺穿。在目前实例中，冲击板22的厚度被选择成大约5mm。根据应用，冲击板22的厚度可被选择成在1mm和10mm之间或甚至在1mm和5mm之间。

如从共同拥有公开的美国专利申请no. US 2009/0178526 A1中知道，加速度传感器222可用来记录水射流对冲击板22的冲击，从而指示射流刺穿或穿透通过工件。基于来自加速度传感器222的信号，切削工具可然后被移动到切削操作的下一步骤。

框架结构提供对基于感应的接近开关223的进一步支持，该接近开关223用来监控到工件的接近度。框架包括延伸部224，用于将冲击隔板安装到图1所示的切削工具18的臂182上。接触开关225用来确保隔板安全地安装。

也被固定到框架的为延伸传感层23，其用来监控射流穿透通过冲击板22。在本实例中，传感层23为基本上具有传导路径的样式的印刷电路板。如果路径被中断，则水射流的紧急停止被触发。该紧急停止设计成保证射流可能最快的停止，从而绕过或无视工具的所有其它预编程操作。

值得注意的是，该停止为紧急操作，其通常保留为仅仅用于冲击板22的刺穿的特定事件。如已经在上文所述，正是冲击板22在正常操作期间用于停止用于水射流，并且来自加速度传感器222的信号用来控制正常切削操作。

冲击隔板20的背部为安全板24，其又由非常硬的材料制成，以在水射流刺穿通过冲击板22和传感层23两者之后使水射流停止。

为了发送由冲击隔板20触发或生成的信号的目的，安装在冲击隔板20上的所有传感器连接到信号处理装置，其将相应控制信号输送到射流切削工具18的控制单元(在图中未示出)。冲击隔板20因而变成水射流工具的控制系统的部分。

冲击隔板20和它的部分简单地并且不昂贵地被构建并且表示能够容易地互换的抗磨损构件。包括第一保护层21和冲击板22的它的构件的至少部分本身设计成已经在正常操作期间被劣化和损坏。

具有非常薄的射流冲击或射流吸收层的上述类型的冲击隔板最好与考虑了它们的限制的改变的切削方法一起使用。切削工件同时避免薄的冲击隔板(例如上面的冲击隔板)的早期劣化的方法特别参考图3在下文中示意性地描述。

在图3A中，示出销30，其将涡轮叶片固定到涡轮转子作为待切削的工件。计划切削部31为横跨由虚线标记的螺栓的外径的水平切削部。它包括两个端区311、312，其定位在切削部的中心区和螺栓30的周边之间。图中的箭头指示切削方案或操作。以v1表示的箭头指示具有第一切削速度或进给速率v1的切削路径。以v2表示的箭头指示具有第一切削速度或进给速率v2的切削路径。在中心区的切削期间施加的切削速度v1快于在两个端区311、312的切削期间施加的切削速度v2。

切削操作寻求控制切削，使得工件存在切削到工件内的第一预切削部，从而完全避免刺穿通过。并且工件仅仅在返回路径上横跨先前切削区或预切削部被刺穿。在存在的预切削部内的返回路径由图3A中的虚线箭头指示。需要的控制参数可从关于待切削的材料的知识、穿透通过这种材料的速率和射流参数，或者通过使用相同材料和射流参数实施初步试验而获得。即使高压流体被阻碍以免通过在相反侧上的开口离开切削部达比已知方法更加更长，但是为了切削螺栓和类似切削操作的目的，切削的精度为足够精确。

图3B和3C示出上面的步骤可被如何施加以在任意方向上横跨工件生成切削部并且如何可被施加两次或多次，以生成通过共同点或中心位置33的多个切削部，以将工件分成相应数量的部分，例如以促进过盈配合的销的移除。

本发明纯粹地经由实例在上面描述，并且更改可在本发明的范围内被作出，诸如材料的特定尺寸或选择。特别地，描述的传感器可以可选地基于不同原理。例如传感层的完整性可利用引导通过它的光波和声波的反射或折射样式而被监控。

在包括附图的说明书中公开的各特征可由用于相同、等同或相似目的的可选特征替换，除非另外清楚地声明。

除非在此清晰地声明，贯穿整个说明书的现有技术的任何讨论不是承认这种现有技术为广泛熟知的或形成本领域中的公知常识的部分。