УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ЛОПАТКИ ТУРБОМАШИНЫ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
DEVICE FOR HOLDING TURBINE ENGINE BLADE DURING MACHINING

Настоящее изобретение касается устройства крепления лопатки турбомашины при механической обработке.
Лопатка турбомашины содержит лопасть, предназначенную для размещения в циркуляционном газовом потоке, и ножку, предназначенную для установки в выемке диска. Лопасть и ножка разделены платформой, ограничивающей часть внутренней стенки циркуляционного газового потока.
В процессе изготовления лопатки обычно изготавливают сырую деталь путем ковки или литья, размеры которой соответствуют конечным размерам в том, что касается части, образующей лопасть. Напротив, часть, предназначенная для формирования ножки, является только заготовкой, которую следует обработать для придания ей формы и окончательных размеров.
Будучи обработанной, ножка лопатки содержит также выступающие кромки, углы которых должны быть отбиты или затуплены в процессе операции подгонки или установки лопастей.
Подгонку ножки лопатки обычно осуществляет оператор, который механически обрабатывает выступающие углы с помощью карбидной фрезы или, например, щетки. Эта операция подгонки может осуществляться вручную, при этом между лопатками могут появляться размерные расхождения и от оператора к оператору.
Если подгонка ножки лопатки выполнена недостаточно или неточно (например, выступающий угол недостаточно затуплен), могут быть предприняты конечные операции изготовления. Так, в частности, в процессе дробеструйной обработки плохо подогнанной ножки лопатки некоторые шарики дроби могут быть отброшены сильно выступающим углом. Выступающий угол, кроме того, создает концентрации напряжений, вызывающих преждевременные трещины ножки лопатки.
Размерные расхождения между ножками лопаток могут также усложнять установку ножек в выемках дисков.
Наконец, ручные операции подгонки являются сложными и дорогостоящими.
Неопубликованная заявка на патент FR 10/57384, поданная на имя того же Заявителя, раскрывает способ подгонки ножки лопатки с помощью машины с ЦПУ. В процессе подгонки лопатки крепятся в оборудовании, содержащем держатель, в котором выполнены посадочные места. Лопасть лопатки зажимается между двумя захватами, которые шарнирно поворачиваются на одном конце и закреплены один с другим с помощью первого винта с другим концом. Захваты содержат опорные участки, к которым прижимается предназначенная для закрепления лопатка. Как только лопатка размещается между захватами, второй винт, предусмотренный на одном из захватов, позволяет прижать лопатку к упомянутым опорным точкам. Захваты и лопатка, таким образом, установлены в посадочном месте держателя и крепятся в последнем с помощью фиксаторов.
Таким образом, несколько лопаток могут быть установлены одновременно на держателе оборудования в различных посадочных местах для испытания подгонки.
Монтаж и демонтаж лопаток являются, во всяком случае, неинтересным. Действительно, например, после подгонки, когда необходимо вынуть лопатку, следует переместить фиксаторы, отвести захваты и лопатку от посадочного места держателя и отвинтить второй винт для освобождения лопасти от захватов.
Кроме того, такой монтаж не позволяет точно знать положение лопатки относительно держателя. Действительно, захваты установлены в посадочных местах держателя с небольшим монтажным зазором для того, чтобы даже если лопатка точно расположена на точках опор, невозможно точно знать положение захватов (и, следовательно, лопатки) относительно держателя, который образует известный ориентир.
Задачей изобретения является, в частности, простое, эффективное и экономичное решение вышеуказанной проблемы.
Для этого в изобретении предложено устройство для крепления лопатки турбомашины при ее механической обработке, содержащее держатель, включающий, по меньшей мере, посадочное место, в котором съемно установлен, по меньшей мере, блок с отверстием для монтажа лопасти лопатки, при этом упомянутый блок содержит, по меньшей мере, шесть точек опоры лопасти, отличающееся тем, что оно включает подвижный опорный палец, предназначенный для осуществления опоры на внутреннюю поверхность и спинку лопатки, перемещаемой таким образом, что в положении сжатия лопатки опорный палец прижимает лопасть к точкам опоры блока, который сам прижат к держателю.
Монтаж и демонтаж лопатки облегчены. Действительно, для монтажа достаточно ввести лопатку в отверстие блока (который может уже быть установлен в посадочное место держателя), затем привести в действие опорный палец так, чтобы лопатка и блок были прижаты соответственно к опорным точкам и к держателю таким образом, чтобы обеспечить их крепление на держателе. Для демонтажа достаточно воздействовать опорным пальцем в противоположном направлении для того, чтобы можно было удалить лопатку из блока.
Таким образом, нет необходимости ни вынимать блок из держателя, ни завинчивать или отвинчивать винт, как в известном уровне техники.
Кроме того, положение блока относительно держателя точно известно, так как блок прижат к опорной поверхности блока. Положения лопасти и ножки лопатки могут, таким образом, быть определены с большой точностью, что улучшает качество выполняемой юстировки. Следовательно, установленные таким образом лопасти лопаток могут быть точно размещены внутри циркуляционного газового потока.
В соответствии с характеристикой изобретения опорные точки образованы площадками, например съемными, края которых, предназначенные для контакта с лопаткой, лишены острых кромок и являются, например, полусферами.
Эта характеристика позволяет исключить сильные локальные напряжения, могущие вызвать рекристаллизацию материала, что ухудшило бы его механические характеристики.
Когда необходимо осуществить подгонку лопаток другого типа, нужно просто сменить опорные площадки и сохранить тот же самый блок для того, чтобы приспособить опорные площадки к форме лопасти. Разумеется, можно также заменить блок, если это представляется необходимым.
Предпочтительно, блок содержит внутреннюю стенку, ограничивающую монтажное отверстие для лопасти, из которого выступают первая, вторая и третья опорные площадки, разнесенные одна от другой и предназначенные для обеспечения опоры в области передней кромки лопатки или вблизи последней, а четвертая площадка предназначена для опоры задней кромки площадки или вблизи последней, при этом пятая площадка предназначена для упора подвижного опорного пальца, а шестая площадка предназначена для опоры платформы лопатки.
Следует отметить, что ни одна из площадок не опирается в ножку площадки, что облегчает ее юстировку. Положение каждой из упомянутых опорных площадок позволяет, кроме того, эффективно и точно удерживать лопатку в нужном положении.
Предпочтительно, блок содержит две опорные площадки, предназначенные для обеспечения опоры на платформу лопатки перед стягиванием лопатки подвижным опорным пальцем, при этом платформа отходит от упомянутых площадок после стягивания лопатки.
Две упомянутые опорные площадки служат для предварительного позиционирования лопатки перед стягиванием и позволяют исключить отвод лопасти в неправильное положение в процессе стягивания подвижным опорным пальцем.
В соответствии с вариантом воплощения блок содержит отверстие для прохода подвижного опорного пальца.
Блок образован, например, двумя захватами, перемещающимися один относительно другого на одном конце и закрепленными между собою на другом конце.
Кроме того, средства привода подвижного опорного пальца могут содержать кулачок, снабженный приводным толкателем, при этом поворот кулачка при воздействии толкателя приводит к перемещению подвижного опорного пальца.
В этом случае устройство может содержать упор для ограничения углового перемещения приводного толкателя.
Предпочтительно, держатель содержит несколько посадочных мест, каждое из которых предназначено для установки блока и лопатки.
Несколько ножек лопатки могут быть, таким образом, отъюстированы в процессе одной операции.
В соответствии с другой характеристикой изобретения держатель содержит средства крепления блока внутри соответствующего посадочного места, такие как фиксаторы.
Блок может также удерживаться в посадочном месте держателя, даже когда опорный палец находится в разжатом положении.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
- фиг.1 изображает вид в изометрии устройства для крепления лопатки по изобретению,
- фиг.2 изображает вид в изометрии в увеличенном масштабе части держателя,
- фиг.3 изображает вид в изометрии и в увеличенном масштабе посадочного места держателя, в котором установлены два захвата,
- фиг.4 изображает вид в изометрии одного из захватов,
- фиг.5 изображает вид в изометрии другого захвата и опорного пальца,
- фиг.6 изображает вид в изометрии захвата и опорного пальца по фиг.5 и кулачка для привода упомянутого опорного пальца,
- фиг.7 и 8 являются схематическими видами сверху, изображающими часть устройства и лопатки соответственно перед и после стягивания лопатки,
- фиг.9 и 10 изображают виды в изометрии, представляющие часть устройства соответственно перед и после стягивания,
- фиг.11 и 12 изображают положение опорных площадок относительно лопатки,
- фиг.13 изображают вид в увеличенном масштабе, иллюстрирующий, кроме того, положение двух площадок предварительной опоры площадки перед стягиванием лопатки опорным подвижным пальцем.
Устройство крепления лопатки турбомашины при механической обработке, в частности для ее юстировки, изображено на фиг.1. Это устройство содержит держатель параллелепипедной формы 1, подвижный при вращении вокруг своей продольной оси А. Держатель 1 установлен своими концами 2, 3 в подшипниках, при этом один из концов 2 приводится во вращение при помощи электродвигателя 4 и средств управления.
В варианте осуществления по фиг.1 держатель 1 содержит четыре посадочных места 5 общей квадратной формы, открывающихся с обеих сторон держателя 1 на уровне упомянутых поверхностей - верхней 6 и нижней 7, положение которых показано на фиг.1.
Как лучше видно на фиг.2, внутренние стенки 8 посадочных мест 5 содержат продольные выступы 9, предназначенные для образования упоров, расположенные на нижних концах посадочных мест 5 одни напротив других.
Держатель 1 снабжен, кроме того, фиксаторами 10, расположенными на верхних концах посадочных мест, при этом фиксаторы 10 подвижны между разомкнутым положением (фиг.2), в котором они полностью размещены в полостях 11 держателя 1, и фиксирующим положением (фиг.3), в котором они размещены поперек соответствующего посадочного места 5.
Держатель включает, кроме того, кулачок 12, размещенный в полости 13 держателя 1. Кулачок 12 имеет цилиндрическую форму и установлен с возможностью поворота на держателе 1 вокруг оси В, смещенной от геометрического центра кулачка 12. Таким образом, кулачок 12 может перемещаться между втянутым внутрь положением (фиг.2), в котором он целиком размещен в упомянутой полости 13, и развернутым положением, в котором он размещен поперек посадочного места 5.
Кулачок 12 содержит цилиндрическую опорную площадку 14, вытянутую вверх по оси В, свободный конец которой содержит плоскую часть 15, предназначенную для установки в отверстии 16 дополняющей формы рукоятки 17 для привода кулачка 12.
Верхний конец оси 14 не выходит за верхнюю плоскость держателя 1. В верхней поверхности 6 держателя 1 выполнено, кроме того, боковое углубление 18 для обеспечения установки рукояткой 17 на площадке 14 кулачка 12, а также для углового отклонения этой рукоятки 17 для привода кулачка 12. Упор 19 (фиг.9 и 10) может быть также предусмотрен на держателе 1 для того, чтобы ограничить ход рукоятки 17. Этот упор, например, образован винтовой головкой 19.
Когда она не используется, рукоятка 17 может быть размещена в боковой полости 20 держателя и удерживаться с помощью фиксатора 21, подобного фиксатору 10.
Устройство по изобретению содержит, кроме того, по меньшей мере, два захвата 22, 23, изображенные на фиг.3-8.
Первый захват 22 изображен на фиг.4. На виде сверху он имеет L-образную форму и содержит верхнюю поверхность 24, нижнюю поверхность 25, две боковые поверхности 26, 27, образующие прямой угол, и первый и второй боковые выступы 28, 29.
Боковые выступы 28, 29 соединены внутренней стенкой 30, из которой выходят площадки, предназначенные для опоры в поверхность спинки 33 лопасти 34 лопатки 35.
Точнее говоря, из внутренней стенки 30 выступают первая и вторая опорные площадки 31, 32, разнесенные одна от другой и предназначенные для опоры в поверхность спинки 33 лопасти 34 вблизи передней кромки 36 лопатки 35, третья площадка 37, служащая для опоры в упомянутую поверхность спинки 33 вблизи задней кромки 38 лопатки 35, четвертая опорная площадка 39 предназначена для опоры в среднюю зону поверхности спинки 33 напротив подвижного опорного пальца, который будет описан ниже. Опорная площадка 39 не изображена на фиг.9 и 10. Пятая площадка 40 выступает из верхней поверхности 24 первого захвата 22 и предназначена для осуществления опоры в платформу 41 лопатки 35 (фиг.11).
Как, в частности, изображено на фиг.5 и 6, второй захват 23 также имеет на виде сверху общую L-образную форму и содержит верхнюю поверхность 24, нижнюю поверхность 25, две боковых поверхности 26, 27, образующих, по существу, прямой угол, и первые и второй боковые края 28, 29.
Боковые края 28, 29 второго захвата 23 соединены внутренней стенкой 30, из которой выступает опорная площадка 42, предназначенная для упора в поверхность спинки 33 лопатки 35 на уровне передней кромки 36 лопатки 35.
Площадки 31, 32, 37, 39, 40, 42 образуют шесть соответствующих точек опоры, обеспечивающих правильное размещение лопатки 35 в захватах 22, 23.
Второй захват 23 содержит также отверстие, открывающееся в стенке 30 и служащее для установки опорного пальца 43, предназначенного для обеспечения упора первым концом 44 (фиг.6) в кулачок 12 и вторым концом 45 во внутреннюю поверхность 46 (фиг.12) лопасти 34 лопатки 35, по существу, напротив площадки 39. Второй конец 45 опорного пальца 43 имеет скругленную поверхность, соответствующую внутренней поверхности 46 в соответствующей опорной зоне.
Подвижный опорный палец 43 установлен с возможностью скольжения во втором захвате 23 между разжатым положением, в котором он не упирается во внутреннюю поверхность 46 лопасти 34, и сжатым положением, в котором он упирается в эту внутреннюю поверхность 46. Скольжение подвижного пальца 43 вызывается вращением кулачка 12 между его втянутым и развернутым положениями. Возврат опорного пальца 43 в разжатое положение может быть осуществлен вручную или с помощью средств упругого возврата, например с помощью пружины.
В качестве варианта (не изображенного на чертеже) опорный палец 43 может быть установлен с возможностью перемещения на захвате 23 между разжатым положением и положением сжатия.
Две площадки 48, 49, разнесенные одна от другой, также выступают из верхней поверхности 24 второго захвата 23 и предназначены для осуществления опоры на платформу 41 лопатки 35 перед стягиванием лопатки 35 опорным подвижным пальцем 43, как это будет описано ниже. Для облегчения чтения чертежей эти площадки 48, 49 не изображены на фиг.11 и 12.
Площадки 31, 32, 37, 39, 40, 42, 48 и 49 и опорный палец 43 могут быть съемными для обеспечения возможности замены при различных формах или размерах лопасти 34. Концы опорных площадок, опирающихся в лопасть 34, лишены острых граней и могут быть, например, полусферическими или в форме усеченного конуса.
Первые концы 28 захватов 22, 23 образуют шарнир, позволяющий закрыть или открыть захваты путем поворота вокруг оси, образованной винтом 50 (фиг.3). Вторые концы 29 захватов 22, 23 могут быть зафиксированы один относительно другого с помощью винта, установленного в отверстии 51 второго захвата 23 (фиг.5) и ввинченного в винтовое отверстие 52 первого захвата 22 (фиг.4). Как только захваты 22, 23 скреплены между собой, они образуют блок 53, схематично изображенный на фиг.7 и 8. На этих схематичных чертежах только опорные площадки 31 и 37 изображены в увеличенном виде.
В качестве варианта захваты 22, 23 могут быть заменены моноблочной системой без изменения функционирования изобретения.
Функционирование этого устройства будет описано ниже.
Перед монтажом лопатки 35 блок 53, образованный двумя захватами 22, 23, скрепленными между собой и снабженными опорными площадками 31, 32, 37, 39, 40, 42, 48, 49 и подвижным опорным пальцем 43, установлены, по меньшей мере, в одном из посадочных мест 5 держателя 1. Блок 53 размещен на опорах 9 и удерживается в соответствующем посадочном месте фиксаторами 10. Кулачок 12 находится во втянутом положении, а опорный палец 43 находится в разжатом положении.
Лопасть 34 лопатки 35 может быть далее вставлена в пространство, ограниченное между захватами 22, 23 блока 53, до тех пор, пока платформа 41 лопатки 35 не упрется в предварительные опорные площадки 48, 49.
Кулачок 12 далее приводится оператором с помощью рукоятки 17, перемещающей опорный палец 43 к положению сжатия. Опорный палец 43 прижимает, таким образом, лопатку 35 в направлении опорных площадок 31, 32, 37, 39, 40 и 42, перемещая, таким образом, также блок 53 к внутренней стенке посадочного места 5 держателя 1. Таким образом, вследствие одного действия сжатия лопасть 34 лопатки 35 фиксируется опорным пальцем 43 на блоке 53, а последний фиксируется на держателе 1.
Механическая обработка лопатки 35, в частности юстировка лопатки 54, может также быть выполнена машиной с ЦПУ, как описано в документе FR 10/57384. Размещение опорных площадок, захватов 22, 23 и поворот держателя 1 вокруг оси А обеспечивает легкий доступ к системе обрабатываемых зон. Кроме того, лопасть 34, точно размещенная относительно держателя 1, обеспечивает точную повторяемость юстировки ножки 54 лопатки.
Разумеется, лопатка 35 может быть установлена в каждом из посадочных мест держателя 1 так, чтобы несколько лопаток 35 могли быть обработаны одновременно.
Демонтаж лопатки 35 осуществляется поворотом кулачка 12 и рукоятки 17 в противоположном направлении, что обеспечивает перемещение опорного пальца 43 в разжатое состояние.
Блок 53 и/или опорные площадки 31, 32, 37, 39, 40, 42, 48, 49, а также опорный палец 43 могут также быть легко заменены при необходимости обработки лопатки другого типа. Действительно, положение опорных площадок могут изменяться для каждого типа лопатки.