專利名稱：用于控制流體射流的沖擊隔板和利用流體射流切削的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用研磨流體射流加工工件的領域。它特別地涉及用于流體射流切削工具的高壓流體射流的沖擊隔板和切削通過工件的方法。
背景技術：
已知的是，利用以高壓力從噴嘴排出的流體射流(典型地水射流)用于工件的加工，特別是切削。射流直徑典型地以大約Imm的數(shù)量級。在所謂的“研磨水射流切削”(AWJ)的情況下，超過300MPa的水壓力用來生成具有研磨顆粒的水射流。這種水射流可用作為全方向的切削工具，用于切削寬范圍的、具有高達200mm的厚度的金屬或非金屬材料。在大型渦輪特別是蒸汽渦輪中，葉片可例如依靠銷接的葉片根部附連到轉子，其中壓入配合或過盈配合的銷放置在鉆孔中，該鉆孔延伸通過葉片根部和轉子。在銷放置在鉆孔中之前，銷例如依靠液氮例如被冷卻到低溫。因而在大小方面輕微減小，然后利用重型工具它們被按壓到鉆孔內，這導致在銷和渦輪轉子和葉片根部之間的緊密、高張力配合。在渦輪維護期間，渦輪葉片裝置必須被移除并且替換，從而要求壓入配合銷從它們的鉆孔中移除。然而，這為困難的工序，這是因為葉片排之間的空間可在某些情況下被限制到窄到15mm的尺寸(在工業(yè)蒸汽渦輪的情況下)。共同擁有的美國專利n0.7628678描述水射流工具的就地使用，該水射流工具具有相對于水射流工具的主體成角度地布置的噴嘴。該水射流導向在銷的表面的部分之上并且移除那部分，由此分割該銷。為了最小化對周圍材料的損壞，被移除的部分在最小數(shù)量的點處并且在界面的最小范圍之上觸碰在銷和周圍固體材料之間的界面。已經(jīng)建議用于水射流的緊湊收集裝置，其可與水射流工具一起移動并且還可在應用現(xiàn)場處限制空間條件的情況下使用。這種裝置例如描述于公開的歐洲專利申請n0.EP0244966 A2和EP 0252657 A2和共同擁有的公開的美國專利申請n0.US 2009/0178526Al，其通過引用并入本文用于使用并且控制沖擊隔板的總體方面?！?26申請示出收集裝置，用于檢測高壓水射流對收集裝置的第一沖擊，并且利用相應信號用于控制水射流工具的使用，或者檢測收集裝置的故障并且使用相應信號用于終止水射流工具的使用。鑒于已知的現(xiàn)有技術，被認為是本發(fā)明的目標的是，改善特別地用于非常受限制空間的已知收集裝置。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供用于與射流切削工具相結合地操作的沖擊隔板，隔板包括沖擊層和橫向延伸傳感層，以在沖擊層由射流切削工具刺穿之后觸發(fā)控制信號，用于中斷射流切削工具的切削操作。在本發(fā)明的該方面的優(yōu)選實施例中，延伸傳感層當被至少部分地透過時觸發(fā)信號。在該實施例的變型中，延伸傳感層包括傳導層的精細網(wǎng)格或柵格。沖擊隔板還可包括記錄射流對隔板的沖擊的開始的傳感器，例如加速度計。
沖擊隔板還可包括用于檢測合適安裝的傳感器和/或用于記錄隔板是否處于面向工件的正確位置的接近傳感器。沖擊隔板的另一優(yōu)選特征是具有在沖擊射流的方向上測量的小于20mm或小于15mm,優(yōu)選5mm到15mm,并且甚至更優(yōu)選5mm到IOmm的寬度，以使隔板能夠配合例如在非常受限制的間隙內以接近待切削的工件。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供使用暴露于流體射流的薄的沖擊隔板的方法，該方法包括以下步驟:生成通過待切削的工件的延伸的預切削部，同時避免刺穿，后面是以下步驟:刺穿通過延伸的預切削部，以形成通過工件的切削部。在該方法的優(yōu)選實施例中，該延伸切削部具有兩個端區(qū)，相比于當切削在端區(qū)外的切削部時的切削速度，在該兩個端區(qū)處該切削速度減小。在該實施例的變型中，切削并且不刺穿在工件的暴露面的中心位置處開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邊并且當?shù)竭_距周邊的預定距離時以第二減小的切削速度繼續(xù)切削而不刺穿，直到到達周邊；然后反轉切削方向并且在存在的預切削部內開始切削并且刺穿，直到到達中心位置；并且切削并且不刺穿在中心位置處重新開始，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邊，并且當?shù)竭_距周邊的預定距離時，不具有刺穿的切削以第二減小的切削速度繼續(xù)，直到到達周邊；然后反轉切削方向并且在存在的預切削部內開始切削并且刺穿，直到再次到達中心位置。第一和第二方向可被任意選擇，以分開工件，但是可能最好沿著相同的直徑線。還可能的是改變步驟的次序，使得端區(qū)在端區(qū)之間的區(qū)被切削和刺穿之后被切削。該步驟可被重復，以生成通過工件的多于一個切削部。特別地，可能的是將兩個切削部以交叉樣式切削到螺栓、螺釘、銷和其它緊固裝置內，以將它們分開成四部分。利用該方法，沖擊隔板暴露于高壓流體射流達一段時間，這相比于已知方法短超過10倍。沖擊隔板到射流切削工具的流體射流的暴露時間可在標準渦輪銷的切削期間減小到I分鐘或更少。本發(fā)明的這些和進一步的方面將從下文中列出的以下詳細描述和附圖中顯而易見。


本發(fā)明的示范性實施例現(xiàn)將參考附圖描述，其中:
圖1示出應用于切削渦輪轉子中的銷的、具有沖擊隔板的射流切削工具；
圖2A為根據(jù)本發(fā)明的實例的沖擊隔板的示意性分解視 圖2B以組裝狀態(tài)示出圖2B的沖擊隔板；和
圖3A-3C示出切削工藝的變型，以避免沖擊隔板長時間暴露于切削射流。部件列表:
渦輪轉子10
渦輪葉輪11、11’
水射流工具18
臂181、182
沖擊隔板20 第一保護層21
沖擊板22
框架結構221
加速度傳感器222
接近開關223
延伸部224
接觸開關225
延伸傳感層23
安全板24
螺栓30
切削部31
端區(qū)311、312
共同點或中心位置33
切削速度vl、v2。
具體實施例方式本發(fā)明的實例的方面和細節(jié)進一步詳細地在以下描述中利用銷的移除的實例而描述，該銷將葉片保持在蒸汽渦輪轉子中。參考圖1，渦輪轉子10示出為具有沿著它的長度的多個渦輪葉輪11。渦輪葉輪11攜帶周向排的葉片。在典型的重新裝配的操作中，任務是:通過切削過盈配合在轉子結構的相應孔中的螺栓或銷而使葉片與轉子10分離，該葉片能夠拆卸地緊固在轉子10的渦輪葉輪11上。銷將葉片根部固定在渦輪葉輪11的環(huán)形槽道內。水射流工具18在縱向方向上切削銷。銷然后利用例如切入到它們的剩余部分內的螺紋而從它們的孔中移除。圖1的渦輪轉子示出為安裝到車間地板的柱上。然而，相同操作可利用放置到發(fā)電站的平臺上的切削工具就地執(zhí)行。水射流工具18具有兩個平行定向臂181、182。該臂可利用液壓或電磁馬達移動。一個臂攜帶射流切削工具并且另一個臂攜帶沖擊隔板，使得切削器和隔板當安裝在正確位置時橫跨間隙對齊。為了切削銷，工具18移動以將轉子葉輪定位在間隙內部。然后加載有研磨材料的水經(jīng)由高壓水供給線被供應到成角度的噴嘴頭。一旦在轉子葉輪中的銷被切削穿，如果高壓水射流在穿透之后沒有被諸如本發(fā)明的沖擊隔板的射流捕集裝置所阻礙并且使得無害，則高壓水射流在渦輪葉輪11的另一側上排出到轉子葉輪之間的空間內并且可導致?lián)p壞。在圖2A中，根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的、用于高壓水射流的沖擊隔板20再現(xiàn)為分解視圖。沖擊隔板20特別地適合于涉及如上所描述的就地加工的渦輪轉子10和發(fā)電廠的構件的應用，其中用于從射流工具18收集水的空間受限制。示范性沖擊隔板20的外部尺寸在橫向方向上大約50mm到IOOmm并且在深度方面5mm到15mm,優(yōu)選5mm到IOmm,使得它可引入到在鄰近渦輪葉輪之間的窄的間隙內。間隙的寬度在渦輪的某些類型中可小至15mm,例如在工業(yè)蒸汽渦輪中的第一和第二葉輪之間的距離。圖3的沖擊隔板20包括夾層結構，其具有通過多個螺釘25保持在一起的多個層21、22、23、24。跟隨射流的方向，存在由諸如結構泡沫的柔軟材料的薄層制成的第一保護層21，其為沖擊板22提供覆蓋和緊固。沖擊板22由鋼制框架結構221圍繞，該鋼制框架結構221允許沖擊板22的容易的替換。沖擊板22由非常硬的材料制成，該硬的材料諸如碳化鎢，這是因為它在正常操作期間用來使水射流停止。第一保護層21和沖擊板22兩者可認為是犧牲層，這是因為這些層的損壞和劣化在沖擊隔板20的正常操作期間可設想到。沖擊板22的厚度顯著地貢獻于沖擊隔板的整體深度并且應當被制造得盡可能薄，而同時阻止刺穿。在目前實例中，沖擊板22的厚度被選擇成大約5_。根據(jù)應用，沖擊板22的厚度可被選擇成在Imm和IOmm之間或甚至在Imm和5mm之間。如從共同擁有公開的美國專利申請n0.US 2009/0178526 Al中知道，加速度傳感器222可用來記錄水射流對沖擊板22的沖擊，從而指示射流刺穿或穿透通過工件?；趤碜约铀俣葌鞲衅?22的信號，切削工具可然后被移動到切削操作的下一步驟?？蚣芙Y構提供對基于感應的接近開關223的進一步支持，該接近開關223用來監(jiān)控到工件的接近度?？蚣馨ㄑ由觳?24，用于將沖擊隔板安裝到圖1所示的切削工具18的臂182上。接觸開關225用來確保隔板安全地安裝。也被固定到框架的為延伸傳感層23，其用來監(jiān)控射流穿透通過沖擊板22。在本實例中，傳感層23為基本上具有傳導路徑的樣式的印刷電路板。如果路徑被中斷，則水射流的緊急停止被觸發(fā)。該緊急停止設計成保證射流可能最快的停止，從而繞過或無視工具的所有其它預編程操作。值得注意的是，該停止為緊急操作，其通常保留為僅僅用于沖擊板22的刺穿的特定事件。如已經(jīng)在上文所述，正是沖擊板22在正常操作期間用于停止用于水射流，并且來自加速度傳感器222的信號用來控制正常切削操作。沖擊隔板20的背部為安全板24，其又由非常硬的材料制成，以在水射流刺穿通過沖擊板22和傳感層23兩者之后使水射流停止。為了發(fā)送由沖擊隔板20觸發(fā)或生成的信號的目的，安裝在沖擊隔板20上的所有傳感器連接到信號處理裝置，其將相應控制信號輸送到射流切削工具18的控制單元(在圖中未示出)。沖擊隔板20因而變成水射流工具的控制系統(tǒng)的部分。沖擊隔板20和它的部分簡單地并且不昂貴地被構建并且表示能夠容易地互換的抗磨損構件。包括第一保護層21和沖擊板22的它的構件的至少部分本身設計成已經(jīng)在正常操作期間被劣化和損壞。具有非常薄的射流沖擊或射流吸收層的上述類型的沖擊隔板最好與考慮了它們的限制的改變的切削方法一起使用。切削工件同時避免薄的沖擊隔板(例如上面的沖擊隔板)的早期劣化的方法特別參考圖3在下文中示意性地描述。在圖3A中，示出銷30，其將渦輪葉片固定到渦輪轉子作為待切削的工件。計劃切削部31為橫跨由虛線標記的螺栓的外徑的水平切削部。它包括兩個端區(qū)311、312，其定位在切削部的中心區(qū)和螺栓30的周邊之間。圖中的箭頭指示切削方案或操作。以vl表示的箭頭指示具有第一切削速度或進給速率vl的切削路徑。以v2表示的箭頭指示具有第一切削速度或進給速率v2的切削路徑。在中心區(qū)的切削期間施加的切削速度vl快于在兩個端區(qū)311、312的切削期間施加的切削速度v2。切削操作尋求控制切削，使得工件存在切削到工件內的第一預切削部，從而完全避免刺穿通過。并且工件僅僅在返回路徑上橫跨先前切削區(qū)或預切削部被刺穿。在存在的預切削部內的返回路徑由圖3A中的虛線箭頭指示。需要的控制參數(shù)可從關于待切削的材料的知識、穿透通過這種材料的速率和射流參數(shù)，或者通過使用相同材料和射流參數(shù)實施初步試驗而獲得。即使高壓流體被阻礙以免通過在相反側上的開口離開切削部達比已知方法更加更長，但是為了切削螺栓和類似切削操作的目的，切削的精度為足夠精確。圖3B和3C示出上面的步驟可被如何施加以在任意方向上橫跨工件生成切削部并且如何可被施加兩次或多次，以生成通過共同點或中心位置33的多個切削部，以將工件分成相應數(shù)量的部分，例如以促進過盈配合的銷的移除。本發(fā)明純粹地經(jīng)由實例在上面描述，并且更改可在本發(fā)明的范圍內被作出，諸如材料的特定尺寸或選擇。特別地，描述的傳感器可以可選地基于不同原理。例如傳感層的完整性可利用引導通過它的光波和聲波的反射或折射樣式而被監(jiān)控。在包括附圖的說明書中公開的各特征可由用于相同、等同或相似目的的可選特征替換，除非另外清楚地聲明。除非在此清晰地聲明，貫穿整個說明書的現(xiàn)有技術的任何討論不是承認這種現(xiàn)有技術為廣泛熟知的或形成本領域中的公知常識的部分。
權利要求
1.一種用于與射流切削工具相結合地操作的沖擊隔板，所述隔板包括具有沖擊層和橫向延伸傳感層的夾層結構，以在所述沖擊層由射流切削所刺穿之后觸發(fā)控制信號，用于中斷所述射流切削工具的切削操作。
2.根據(jù)權利要求1所述的沖擊隔板，其特征在于，所述延伸傳感層設計成當被損壞時觸發(fā)所述信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的沖擊隔板，其特征在于，所述延伸傳感層包括傳導性通路的網(wǎng)格，其當切削時觸發(fā)信號。
4.根據(jù)權利要求1所述的沖擊隔板，其特征在于，還包括記錄射流對所述隔板的沖擊的開始的傳感器。
5.根據(jù)權利要求1所述的沖擊隔板，其特征在于，還包括記錄射流對所述隔板的沖擊的開始的傳感器，用于正?？刂扑錾淞髑邢鞴ぞ吆退鲅由靷鞲袑拥牟僮鳎杂|發(fā)所述射流的即時中斷。
6.根據(jù)權利要求1所述的沖擊隔板，其特征在于，具有在沖擊射流的方向上測量的小于20mm的寬度。
7.根據(jù)權利要求1所述的沖擊隔板，其特征在于，具有在沖擊射流的方向上測量的5mm到15_的寬度。
8.根據(jù)權利要求1所述的沖擊隔板，其特征在于，所述沖擊層具有在沖擊射流的方向上測量的Imm到7mm的寬度。
9.根據(jù)權利要求1所述的沖擊隔板，其特征在于，具有第一保護層，其由比所述沖擊層更柔軟的材料制成并且布置成在所述沖擊層之前暴露于射流。
10.一種與沖擊隔板相結合地操作射流切削工具的方法，所述沖擊隔板具有減小厚度并且用于捕集或吸收所述射流切削工具的流體射流，所述方法包括以下步驟:將具有減小厚度并且用于捕集或吸收流體射流的所述沖擊隔板放置到所述流體射流的投射路徑內；利用所述流體射流以生成通過待切削的工件的延伸的預切削部，同時避免刺穿；并且隨后利用所述流體射流以在所述延伸的預切削部內并且沿著所述延伸的預切削部刺穿通過所述工件。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟:將一個或兩個端區(qū)分配到所述延伸的預切削部；并且相比于當切削所述端區(qū)外的所述延伸的預切削部時的切削速度，減小在所述端區(qū)內的切削速度。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，切削同時避免刺穿在工件的暴露面的中心位置處開始并且以第一切削速度在第一方向上引向所述工件的暴露面的周邊，并且當?shù)竭_距所述周邊的預定距離時以第二減小的切削速度繼續(xù)切削同時避免刺穿，直到到達所述周邊，從而形成所述延伸的預切削部的第一區(qū)段；然后反轉切削方向并且在所述預切削部的存在的第一區(qū)段內切削并且刺穿，直到到達所述中心位置；并且以所述第一切削速度從所述中心位置在第二方向上引向所述工件的暴露面的周邊重新開始切削同時避免刺穿，并且當?shù)竭_距所述周邊的預定距離時以所述第二減小的切削速度繼續(xù)切削同時避免刺穿，直到到達所述周邊，從而形成所述延伸的預切削部的第二區(qū)段；反轉切削方向并且在所述預切削部的存在的第二區(qū)段內切削并且刺穿，直到再次到達所述中心位置。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一和第二方向沿著相同的直徑線。
14.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，待切削的所述工件為螺栓、螺釘、銷或類似緊固裝置。
15.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，待切削的所述工件為將渦輪葉片固定到所述渦輪的另一部分的銷。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制流體射流的沖擊隔板和利用流體射流切削的方法。描述一種用于射流切削工具的沖擊隔板和用于與射流切削工具相結合地操作隔板的方法，該隔板包括沖擊層和橫向延伸傳感層，以在沖擊層由射流切削工具刺穿之后觸發(fā)控制信號，用于中斷射流切削工具的切削操作。
文檔編號B24C9/00GK103213073SQ20131002082
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月21日 優(yōu)先權日2012年1月20日
發(fā)明者P.羅特, W.毛雷爾, V.德弗里斯 申請人:阿爾斯通技術有限公司