專利名稱：冷卻鉆孔的參數(shù)化加工的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于參數(shù)化加工構(gòu)件中的鉆孔的方法，特別是用于參數(shù)化加工燃?xì)廨啓C(jī)或蒸氣輪機(jī)的構(gòu)件中的、優(yōu)選燃?xì)廨啓C(jī)或蒸氣輪機(jī)的葉片中的冷卻鉆孔。此外，本發(fā)明還涉及一種特別是用于實(shí)施該方法的鉆孔裝置以及一種構(gòu)件，在該構(gòu)件中按本方法加工了一個(gè)或多個(gè)鉆孔。
背景技術(shù)：
為了在高比功率的同時(shí)達(dá)到高效率，當(dāng)前燃?xì)廨啓C(jī)以很高的渦輪入口溫度工作。從燃燒室出來進(jìn)入渦輪的熱的流體流的溫度經(jīng)常超過渦輪葉片組的允許的材料溫度。為了使燃?xì)廨啓C(jī)仍能可靠和長久地運(yùn)行，必須對渦輪葉片以及還經(jīng)常要對葉片根部和殼體壁進(jìn)行冷卻。在此，一種很有效的冷卻方法是膜冷卻，其中試圖用一種冷流體膜覆蓋待冷卻構(gòu)件的待冷卻部位并從而使其相對于熱氣體被屏蔽。為了施加冷流體膜，通常將從一個(gè)在前的壓縮機(jī)機(jī)分支出來的冷流體例如冷空氣通過冷卻信道引導(dǎo)到待冷卻的、內(nèi)部空心構(gòu)造的葉片的內(nèi)部并從那里出來通過多個(gè)冷卻鉆孔引導(dǎo)到葉片的外側(cè)面上。從冷卻鉆孔出來的冷流體在從冷卻鉆孔出來時(shí)被流過葉片的熱氣體流偏轉(zhuǎn)和擴(kuò)展，使得沿著葉片壁形成一個(gè)冷膜。該冷膜阻止熱氣體直接與葉片接觸。
在此，冷流體膜的構(gòu)造對應(yīng)冷卻作用具有中心意義。如果冷流體以太陡的角度從冷卻鉆孔流出，則在朝向葉片壁偏轉(zhuǎn)前進(jìn)入熱氣流中太遠(yuǎn)。后果是，直接在冷卻鉆孔下游加強(qiáng)地構(gòu)成渦流，它導(dǎo)致熱氣體到達(dá)葉片壁上。冷卻效率特別是局部下降并且會產(chǎn)生所謂葉片“熱點(diǎn)”，即葉片的局部材料過熱。熱點(diǎn)會導(dǎo)致葉片損傷甚至破壞。但如果出來的冷流體流未被足夠地?cái)U(kuò)寬，以便能夠覆蓋中間區(qū)域直至從相鄰冷卻鉆孔出來的冷流體，則也會出現(xiàn)熱點(diǎn)。如果太少冷流體從冷卻鉆孔出來，也是同樣情況。
冷流體通過冷卻鉆孔的流動(dòng)和接下來的構(gòu)成貼在葉片壁上的冷流體膜明顯地由通過冷卻鉆孔的導(dǎo)流來決定。如果在此例如由于在加工時(shí)出現(xiàn)的材料毛邊而產(chǎn)生過高的冷卻流體流動(dòng)損失，則太少的冷流體流過冷卻鉆孔。為了能夠優(yōu)化冷流體在從冷卻鉆孔出來時(shí)的出流，冷卻鉆孔在出口區(qū)域內(nèi)通過構(gòu)造為具有非圓形橫截面的擴(kuò)散器。但如果例如擴(kuò)散器口的角度或非圓形擴(kuò)寬不符合給定幾何參數(shù)，則會產(chǎn)生帶來上述后果的冷流體錯(cuò)誤出流。為此要求，一個(gè)葉片的多個(gè)冷卻鉆孔相互協(xié)調(diào)，使得產(chǎn)生一個(gè)盡可能封閉的、包圍葉片的冷流體膜。
為了例如在燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片或其它構(gòu)件中設(shè)置冷卻鉆孔，從現(xiàn)有技術(shù)中已知多種鉆孔方法。這樣的鉆孔可以例如借助入在美國專利文獻(xiàn)US-A-4 197 443中說明的腐蝕方法制造。這種腐蝕方法除高制造成本外還具有的缺點(diǎn)是，小的表面公差就會導(dǎo)致各個(gè)鉆孔的很不相同的孔口情況。另一種傳播很廣的用于在構(gòu)件中制造冷卻鉆孔的方法是激光鉆孔。在此區(qū)分為沖擊式鉆孔，在沖擊式鉆孔中可用一系列激光脈沖加工圓柱形的鉆孔。另一方面在環(huán)鉆孔中使一個(gè)精密聚焦的激光束相對于工件運(yùn)動(dòng)并這樣切出鉆孔。由此也可以制造具有非圓形橫截面的鉆孔。
為了在制造鉆孔時(shí)避免特別是在從圓形橫截面到非圓形橫截面的過渡區(qū)域中損傷鉆孔，開發(fā)了多種不同的方法。在美國專利文獻(xiàn)US-A-5 609 779中，一個(gè)激光束在少量幾個(gè)激光脈沖內(nèi)從孔中心線加速引導(dǎo)到擴(kuò)散器邊緣。但用這種方法制造的擴(kuò)散器結(jié)果很不相同。
在歐洲公開文獻(xiàn)EP 0 950 463 A1中說明了另一種用于制造非圓形冷卻鉆孔的方法，其中，冷卻鉆孔沿流動(dòng)方向由一個(gè)圓形的輸入段和一個(gè)非圓形的擴(kuò)散器段組成。為了避免在擴(kuò)散器段鉆孔時(shí)損傷輸入段，在確定這些段的幾何尺寸后，首先產(chǎn)生一個(gè)橫截面在輸入段橫截面之內(nèi)的通孔，接著用射束鉆孔法切出擴(kuò)散器段，使得輸入段區(qū)域內(nèi)的孔束基本保持在同一橫截面內(nèi)。
在所有從現(xiàn)有技術(shù)中公知的方法中，為了確定用于例如輸入段的對應(yīng)鉆孔深度，從安置鉆孔的那個(gè)位置上的由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定的壁厚出發(fā)。這些幾何尺寸通?；蛘咭越^對尺寸給出，或者以相對于通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定的理想壁厚的相對尺寸給出，并且通過用于控制鉆孔刀具的鉆孔控制并加工。但如果該位置上的實(shí)際壁厚與該理想壁厚有偏差，則會出現(xiàn)實(shí)際鉆孔與理想鉆孔之間的偏差并且由此在壁厚偏差處于制造公差之內(nèi)時(shí)也會出現(xiàn)部分明顯的冷卻鉆孔通流特性改變。鉆孔的例如圓形的、圓柱形的部分太長，由此，輸入段的入口區(qū)域與理想入口區(qū)域相比發(fā)生改變或者入口區(qū)域甚至損壞。由此發(fā)生冷流體通流與規(guī)定的通流相比的變化。如果相反輸入段太短，則發(fā)生輸入段中冷流體流的壓力損失減小，從而發(fā)生冷空氣從相關(guān)冷卻鉆孔過多地和不受控制的流出。如果擴(kuò)散加工得不完全，則直接影響出流特性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于在構(gòu)件中加工鉆孔的方法，其中，用該方法加工的鉆孔在實(shí)際壁厚與理想壁厚有偏差時(shí)也能符合預(yù)定的、理想的通流特性。該方法特別適合用于在燃?xì)廨啓C(jī)或蒸氣輪機(jī)的一個(gè)構(gòu)件中、優(yōu)選在燃?xì)廨啓C(jī)或蒸氣輪機(jī)的葉片中加工冷卻鉆孔。此外，本發(fā)明的一個(gè)任務(wù)是，提供一種用于實(shí)施該方法的鉆孔裝置。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過按照權(quán)利要求1的用于在構(gòu)件中參數(shù)化加工鉆孔的方法以及通過按照權(quán)利要求9的鉆孔裝置以及按照權(quán)利要求12的根據(jù)本發(fā)明制造的構(gòu)件來解決。本發(fā)明的其它有利構(gòu)型在從屬權(quán)利要求中。
用于在構(gòu)件中參數(shù)化加工鉆孔的本發(fā)明方法包括以下方法步驟a)測量該構(gòu)件在要設(shè)置鉆孔的那個(gè)位置上的實(shí)際壁厚；b)根據(jù)該測得的實(shí)際壁厚與一個(gè)假想的理想壁厚的比較求得至少一個(gè)參數(shù)化的鉆孔幾何值；c)按照所述至少一個(gè)求得的參數(shù)化的鉆孔幾何值加工該鉆孔。
本發(fā)明方法特別適合于在燃?xì)廨啓C(jī)或蒸氣輪機(jī)的一個(gè)構(gòu)件中、優(yōu)選在燃?xì)廨啓C(jī)或蒸氣輪機(jī)的葉片中或者還在葉片根部或殼體中加工冷卻鉆孔。
與從現(xiàn)有技術(shù)中知道的方法不同，在本發(fā)明方法中，在真正加工鉆孔前在要設(shè)置鉆孔的那個(gè)位置上測量該構(gòu)件的實(shí)際壁厚。由此可以在與測量過程相接的鉆孔加工中考慮實(shí)際壁厚的波動(dòng)，這些波動(dòng)例如由于鑄造過程中的材料收縮而不能精確地預(yù)先給定并且在公差范圍內(nèi)自理想的、由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)先給定的壁厚發(fā)散。因此通過在真正加工鉆孔前考慮實(shí)際情況可以這樣適配一個(gè)或多個(gè)鉆孔幾何值，使得該鉆孔對于通過該鉆孔流動(dòng)的流體具有精確地預(yù)先規(guī)定的通流特性和/或出流特性。在測量實(shí)際壁厚后，將測得的實(shí)際壁厚與給定的理想壁厚相比較并根據(jù)比較結(jié)果求得至少一個(gè)參數(shù)化的鉆孔幾何值。為此有利的是，該鉆孔幾何值借助簡單的、事先確定的函數(shù)關(guān)系根據(jù)比較結(jié)果確定。求得的鉆孔幾何值用作參數(shù)化加工鉆孔的參數(shù)并且為此例如直接規(guī)定鉆孔刀具控制，例如激光器的控制。
符合目的的是，在方法步驟a中借助渦流測量來測量構(gòu)件的實(shí)際壁厚。借助渦流的構(gòu)件壁厚測量在費(fèi)用相對較小的情況下提供了足夠精確的厚度結(jié)果。
為了求得參數(shù)化的鉆孔幾何值，在方法步驟b中優(yōu)選首先從假想的理想壁厚與測得的實(shí)際壁厚中求得一個(gè)差值，接著在考慮該差值的情況下從至少一個(gè)預(yù)給定值出發(fā)求得該鉆孔幾何值。例如該預(yù)給定值可以直接與求得的差值成正比地變化。這樣的修正適合于大多數(shù)應(yīng)用情況，以便以足夠高的精度達(dá)到預(yù)先確定的通流特性。同時(shí)，用于求得參數(shù)化的鉆孔幾何值的計(jì)算上的費(fèi)用很低。但在一種替換計(jì)算中也可首先構(gòu)成實(shí)際壁厚與理想壁厚的一個(gè)比值，接著使該鉆孔幾何值或這些鉆孔幾何值與求得的比值成正比地變化。
該預(yù)給定值可以是一個(gè)絕對值并且直接根據(jù)所述差值變化。但替換地，該預(yù)給定值也可是一個(gè)相對的、與壁厚相關(guān)的值并且變化一個(gè)值，該值正比于所述差值。在后一種情況下首先與絕對壁厚無關(guān)地進(jìn)行。因此可以用同一種求值算法計(jì)算對于不同厚度的壁的鉆孔幾何值。在這兩種情況下用于求得鉆孔幾何值的計(jì)算上的費(fèi)用有利地都很低。
如果要在燃?xì)廨啓C(jī)或蒸氣輪機(jī)的一個(gè)構(gòu)件、例如燃?xì)廨啓C(jī)或蒸氣輪機(jī)的葉片中加工鉆孔，該鉆孔在冷流體的流動(dòng)方向上包括一個(gè)入口段、一個(gè)引導(dǎo)段和一個(gè)擴(kuò)散器段。在此，入口段是鄰接在一個(gè)安置在該構(gòu)件或該葉片內(nèi)部的冷流體蓄存容器或冷流體導(dǎo)入管上的區(qū)域。渦輪葉片例如大多內(nèi)部空心構(gòu)造。因此，入口段是直接鄰接在空心腔上的那個(gè)區(qū)域。根據(jù)入口段的情況不同在冷卻鉆孔內(nèi)構(gòu)成一個(gè)層流的或渦流的冷流體流，這直接對通過冷卻鉆孔的通過能力產(chǎn)生影響。連接在入口段上的引導(dǎo)段大多圓柱形地構(gòu)造并且將入口段與擴(kuò)散器段連接。引導(dǎo)段和入口段經(jīng)常也被稱為冷卻鉆孔的輸入段。在冷流體流動(dòng)方向上連接在引導(dǎo)段上的擴(kuò)散器段一直延伸到葉片的外側(cè)。擴(kuò)散器段的橫截面通常是帶有側(cè)面擴(kuò)寬的非圓形，使得冷流體流得到面積上的擴(kuò)寬。
在此符合目的的是，作為鉆孔幾何值，改變作為預(yù)給定值預(yù)給定的引導(dǎo)段長度，變化量為在鉆孔方向上投影的差值。在此該投影考慮鉆孔相對于壁厚度方向的傾斜。由此使得，即使在實(shí)際壁厚與理想壁厚有偏差的情況下，特別是擴(kuò)散器段以及符合目的地還有入口段，在制造時(shí)與理想壁厚相比既不變粗，也不伸長。實(shí)際壁與理想壁的厚度偏差完全通過引導(dǎo)段的長度適配被考慮。冷卻鉆孔的通流特性以及出流特性由此以很好的精度符合理想的預(yù)給定值。
補(bǔ)充地或者替換地，在此也可以使引導(dǎo)段的橫截面直徑作為冷卻鉆孔幾何值根據(jù)所述差值變化。由此提高了實(shí)際特性與預(yù)給定特性的一致性的精度。
在一個(gè)特別有利的實(shí)施方式中，本發(fā)明全自動(dòng)地實(shí)施。側(cè)得的值及比較結(jié)果以及求得的鉆孔值為此分別有利地被全自動(dòng)地從一個(gè)測量單元傳遞給一個(gè)計(jì)算單元并從這里傳遞該一個(gè)用于控制鉆孔刀具的控制單元。該方法的全自動(dòng)化使得能夠在時(shí)間和成本上高效率地加工例如分別帶有多個(gè)彼此相鄰地安置在葉片表面上的冷卻鉆孔的渦輪葉片。
為此有利地在進(jìn)行了用于加工第一個(gè)鉆孔的方法步驟a至c之后一次或多次重復(fù)該方法以便在構(gòu)件中加工一個(gè)或多個(gè)另外的鉆孔。
按照本發(fā)明的另一著眼點(diǎn)，提供一種特別用于實(shí)施上述用于在構(gòu)件中參數(shù)化加工鉆孔的本發(fā)明方法的鉆孔裝置。為此本發(fā)明鉆孔裝置包括一個(gè)用于測量該構(gòu)件壁厚的測量單元、一個(gè)用于將測得的實(shí)際壁厚與假想的理想壁厚進(jìn)行比較并用于根據(jù)該比較求得至少一個(gè)參數(shù)化的鉆孔幾何值的計(jì)算單元、一個(gè)用于控制鉆孔單元的控制單元以及一個(gè)用于在構(gòu)件中設(shè)置鉆孔的鉆孔單元。
特別有利的是，該鉆孔單元包括一個(gè)激光鉆頭。為了加工冷卻鉆孔可以有利地使用專利申請文獻(xiàn)EP 0 950 463 A1中說明的一種射束鉆孔方法。在此，激光鉆孔方法、優(yōu)選脈沖式激光鉆孔方法特別適合作為射束鉆孔方法。因此在此使用例如脈沖NDYAG激光器或脈沖CO2激光器。但使用其它鉆孔射束，如水射束也在本發(fā)明范圍內(nèi)。
特別是為了能夠全自動(dòng)地進(jìn)行鉆孔過程，該鉆孔裝置還按照目的附加包括一個(gè)抓取和定位單元，以便抓取待加工構(gòu)件并優(yōu)選全自動(dòng)地按照相應(yīng)待進(jìn)行的加工步驟定位。
按照另一著眼點(diǎn)，本發(fā)明提供一種構(gòu)件，特別是燃?xì)廨啓C(jī)或蒸氣輪機(jī)的葉片，其中，該構(gòu)件具有至少一個(gè)鉆孔，優(yōu)選多個(gè)鉆孔，這些鉆孔按照上述方法加工。與從現(xiàn)有技術(shù)中知道的構(gòu)件不同，特別是與從現(xiàn)有技術(shù)中知道的渦輪葉片不同，每一個(gè)鉆孔的各一個(gè)或多個(gè)鉆孔值分別根據(jù)構(gòu)件的剛好在鉆孔位置上的相應(yīng)壁厚被優(yōu)化。這樣，例如在鉆冷卻鉆孔時(shí)使輸入段的長度適配于相應(yīng)的局部壁厚，使得鉆孔具有希望的通流特性和出流特性，沒有迄今常見的由于加工造成的幾何波動(dòng)所產(chǎn)生的發(fā)散寬度。


下面借助實(shí)施例結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖表示圖1從現(xiàn)有技術(shù)中已知的一種用于加工鉆孔的方法的過程示意圖，圖2a一個(gè)帶有冷卻鉆孔的渦輪葉片的壁和一個(gè)橫截面，圖2b圖2a中的冷卻鉆孔的俯視圖，圖3用于參數(shù)化加工鉆孔、特別是冷卻鉆孔的本發(fā)明方法的過程示意圖。
在附圖中只表示出對于理解本發(fā)明重要的因素和構(gòu)件。
相同的和作用相同的構(gòu)件基本設(shè)置用相同的參考標(biāo)號。
具體實(shí)施例方式
在圖1中表示出從現(xiàn)有技術(shù)中已知的一種用于加工鉆孔的方法的過程示意圖。從一個(gè)CAD模型1出發(fā)，為加工鉆孔所必需的鉆孔幾何值3被輸入或讀入一個(gè)鉆孔刀具、例如激光鉆頭2的控制裝置中。接著，借助該鉆孔刀具根據(jù)這些鉆孔值在構(gòu)件4中加工鉆孔。構(gòu)件的實(shí)際尺寸與在CAD模型中預(yù)給定的理想尺寸的偏差在此不被附加考慮。這會導(dǎo)致實(shí)際加工出的鉆孔的幾何尺寸與理想的鉆孔有偏差并且由此實(shí)際加工出的鉆孔的通流特性和出流特性也與理想的鉆孔有偏差。
圖2表示出一個(gè)渦輪葉片的壁10的橫截面，帶有一個(gè)設(shè)置在該壁中的冷卻鉆孔11。在此示出的渦輪葉片內(nèi)部空心地構(gòu)造。渦輪葉片內(nèi)的空腔被用作冷流體蓄存容器，它通過輸送管路從前面的一個(gè)壓縮機(jī)級被供送冷空氣。在運(yùn)行中，來自燃燒室的熱的流體流按照流動(dòng)箭頭14在渦輪葉片的外側(cè)面上流動(dòng)。
冷卻鉆孔11沿通過該冷卻鉆孔流動(dòng)的冷流體的流動(dòng)方向13分成一個(gè)入口段15、一個(gè)與它連接的引導(dǎo)段16和一個(gè)與該引導(dǎo)段連接的擴(kuò)散器段18。入口段15和引導(dǎo)段16也可以如這里所表示的那樣被總括成輸入段17并且具有恒定的橫截面。入口段15和引導(dǎo)段16的分別垂直于鉆孔軸線12觀察的橫截面在大多數(shù)應(yīng)用情況下如所示出的那樣是圓形的，因?yàn)閳A形的鉆孔橫截面比非圓形的鉆孔橫截面可在制造技術(shù)上更簡單地加工。在此，鉆孔的半徑在入口段15和引導(dǎo)段16的區(qū)域內(nèi)也保持恒定，即冷卻鉆孔11的整個(gè)輸入段17在此圓柱形構(gòu)造。但也可以根據(jù)目的將入口段15具有非圓形橫截面地或者擴(kuò)寬地或噴嘴狀地構(gòu)造，以便將冷流體以希望的方式從鄰接的蓄存容器引導(dǎo)到冷卻鉆孔11中。在此在圖2中，擴(kuò)散器段18具有一個(gè)非圓形的、朝向出口擴(kuò)寬的橫截面，以便在運(yùn)行中在冷卻鉆孔11中就已經(jīng)達(dá)到通過該鉆孔引導(dǎo)的冷流體束的擴(kuò)寬以及變慢。因此，從冷卻鉆孔出來的冷流體束與主流配合一方面被更好地向葉片壁轉(zhuǎn)彎，另一方面由于擴(kuò)寬而覆蓋冷卻鉆孔下游葉片壁的一個(gè)更寬的區(qū)域。這總體導(dǎo)致渦輪葉片的葉片外側(cè)面上的冷膜的構(gòu)造改善并從而導(dǎo)致比無擴(kuò)散器段情況下更好的冷卻。
在圖2中示出的壁10具有標(biāo)準(zhǔn)壁厚19，它相應(yīng)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定的并且在流體機(jī)械方面優(yōu)化的CAD模型的一個(gè)值。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)壁厚19在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段確定冷卻鉆孔11的尺寸，使得在考慮所有必要的邊緣參數(shù)的情況下在燃?xì)廨啓C(jī)的一個(gè)寬的運(yùn)行范圍上構(gòu)成很大程度優(yōu)化的、通過冷卻鉆孔的冷流體流并且在該冷流體從冷卻鉆孔出來時(shí)構(gòu)成葉片外側(cè)面上的優(yōu)化的冷膜。但如果渦輪葉片的實(shí)際壁厚例如由于制造公差與預(yù)定的壁厚有偏差，則實(shí)際加工的鉆孔與理想鉆孔的幾何特性也有偏差。這會例如導(dǎo)致輸入段16與理想結(jié)構(gòu)相比過長或過短或者擴(kuò)散器18過長或過短或具有變化了的擴(kuò)散器口角度。在所有情況下這會導(dǎo)致冷流體通過冷卻鉆孔的流動(dòng)特性的改變，質(zhì)量流量增大或減小或者冷流體束在從冷卻鉆孔出來時(shí)的擴(kuò)寬變差。由于冷卻鉆孔的設(shè)計(jì)考慮最佳冷卻效率來設(shè)計(jì)，冷卻鉆孔的實(shí)際幾何特性相對于理想幾何特性的任何變化都會導(dǎo)致冷卻效率變差。
為了在加工鉆孔時(shí)考慮實(shí)際實(shí)現(xiàn)的壁厚與理想給定的壁厚的偏差，如在圖3中示意性示出的過程示意圖中反映的那樣，本發(fā)明在第一方法步驟21中規(guī)定，測量構(gòu)件20在要設(shè)置鉆孔的那個(gè)位置上的實(shí)際壁厚。從測量值出發(fā)在另一個(gè)方法步驟23中進(jìn)行測得的實(shí)際壁厚與假想的理想壁厚的比較。來自結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理想構(gòu)件或理想鉆孔CAD數(shù)據(jù)在這里被規(guī)定為輸入量(見參考標(biāo)號22)，它們在這里被根據(jù)實(shí)際存在的壁厚來修正。比較結(jié)果在方法步驟23中用于求出至少一個(gè)鉆孔幾何值，它然后被傳遞給一個(gè)合適的鉆頭、例如一個(gè)激光鉆頭的控制裝置。然后在另一個(gè)步驟24中按照作為鉆孔參數(shù)求得的鉆孔幾何值加工該鉆孔。
借助在圖3中示出的方法還可以在一個(gè)構(gòu)件中加工多個(gè)鉆孔，其中，為每個(gè)待加工的鉆孔要進(jìn)行完方法步驟21至24。在圖3中借助用虛線示出的從方法步驟24到方法步驟21的返回線表示出在一個(gè)構(gòu)件中這樣加工多個(gè)鉆孔。
在此，壁厚21的測量例如借助渦流測量來進(jìn)行。在進(jìn)行測量后，為了實(shí)施方法步驟23，測量結(jié)果被輸送給一個(gè)計(jì)算單元，例如一個(gè)CPU，以便在此求出至少一個(gè)為了鉆孔所要考慮的鉆孔幾何值。這里，例如作為鉆孔幾何值，可以改變作為預(yù)給定值預(yù)先給定的引導(dǎo)段長度，變化量為在鉆孔方向上投影的差值。這意味著，該引導(dǎo)段為了補(bǔ)償實(shí)際壁厚相對于理想壁厚的差值或者被相應(yīng)加長，或者被縮短。差值的投影在鉆孔軸線方向上進(jìn)行，以便考慮鉆孔的傾斜角度。由此保證，實(shí)際加工的擴(kuò)散器段的幾何特性符合預(yù)給定的理想擴(kuò)散器幾何特性，使得在此在運(yùn)行中產(chǎn)生通過冷卻鉆孔流動(dòng)的冷流體的預(yù)定的和最佳的流動(dòng)情況。
為了考慮引導(dǎo)段中由于實(shí)際幾何特性與理想幾何特性的偏差引起的流量損失的變化，有利的可以是，使引導(dǎo)段橫截面直徑和/或擴(kuò)散器橫截面變化(Querschnittsverlauf)作為一個(gè)或多個(gè)另外的鉆孔幾何值根據(jù)所述差值變化。如果例如引導(dǎo)段加長，則引導(dǎo)段橫截面也可以加大，以補(bǔ)充由于引導(dǎo)段長度加大附加出現(xiàn)的額外的流量損失。如果相反引導(dǎo)段縮短，則有利地可以減小該橫截面。
這些鉆孔幾何值可以根據(jù)目的借助簡單的、預(yù)給定的相互關(guān)系，優(yōu)選借助比例函數(shù)，根據(jù)所述差值求得，并且傳遞給鉆孔刀具的控制裝置。
參考標(biāo)號1-4從現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于加工鉆孔的方法的方法步驟(steps of a method for drilling holes as known in the state ofthe art)10 構(gòu)件壁 (wall of component)11 鉆孔 (drilled hole)12 鉆孔軸線 (center line of drilled hole)13 鉆孔通流方向 (flow through drilled hole)14 主流的流動(dòng)方向 (mainstream flow)15 入口段 (inlet section)16 引導(dǎo)段 (feeding section)17 輸入段 (supply section)18 擴(kuò)散器段 (diffuser section)20-24 用于加工鉆孔的本發(fā)明方法的方法步驟(steps of the method for drilling holes according to theinvention)
權(quán)利要求
1.用于在構(gòu)件中參數(shù)化加工鉆孔、尤其用于在燃?xì)廨啓C(jī)或蒸氣輪機(jī)的一個(gè)構(gòu)件中、優(yōu)選在燃?xì)廨啓C(jī)或蒸氣輪機(jī)的葉片(10)中參數(shù)化加工冷卻鉆孔(11)的方法，其中，該方法包括以下方法步驟(21，23，24)a)測量該構(gòu)件在要設(shè)置鉆孔的那個(gè)位置上的實(shí)際壁厚；b)根據(jù)該測得的實(shí)際壁厚與一個(gè)假想的理想壁厚的比較求得至少一個(gè)參數(shù)化的鉆孔幾何值；c)按照所述至少一個(gè)求得的參數(shù)化的鉆孔幾何值加工該鉆孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在方法步驟a中借助渦流測量來測量該構(gòu)件的實(shí)際壁厚。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中為了求得該參數(shù)化的鉆孔幾何值，在方法步驟b中首先從假想的理想壁厚與測得的實(shí)際壁厚中求得一個(gè)差值，接著在考慮該差值的情況下從至少一個(gè)預(yù)給定值出發(fā)求得該參數(shù)化的鉆孔幾何值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中該預(yù)給定值是一個(gè)絕對值并且該預(yù)給定值根據(jù)所述差值變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中該預(yù)給定值是一個(gè)相對的、與壁厚相關(guān)的值并且該預(yù)給定值變化一個(gè)值，該值正比于所述差值。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求3至5之一的方法，其中該鉆孔是燃?xì)廨啓C(jī)或蒸氣輪機(jī)的一個(gè)構(gòu)件的、尤其是燃?xì)廨啓C(jī)或蒸氣輪機(jī)的葉片的冷卻鉆孔，該鉆孔在流動(dòng)方向上包括一個(gè)入口段、一個(gè)引導(dǎo)段和一個(gè)擴(kuò)散器段，并且，其中，作為鉆孔幾何值，改變作為預(yù)給定值預(yù)給定的引導(dǎo)段長度，變化量為在鉆孔方向上投影的差值和/或引導(dǎo)段的橫截面直徑根據(jù)所述差值變化。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中該方法全自動(dòng)地進(jìn)行。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中在進(jìn)行了用于加工第一個(gè)鉆孔的方法步驟a至c之后，重復(fù)該方法以便在構(gòu)件中加工一個(gè)或多個(gè)另外的鉆孔。
9.鉆孔裝置，特別是用于實(shí)施根據(jù)前述權(quán)利要求之一的用于在構(gòu)件中參數(shù)化加工鉆孔的方法，包括一個(gè)用于測量該構(gòu)件的實(shí)際壁厚的測量單元；一個(gè)用于將測得的實(shí)際壁厚與假想的理想壁厚進(jìn)行比較并用于根據(jù)該比較求得至少一個(gè)參數(shù)化的鉆孔幾何值的計(jì)算單元；一個(gè)用于控制鉆孔單元的控制單元以及一個(gè)用于在構(gòu)件中設(shè)置鉆孔的鉆孔單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的鉆孔裝置，其中該鉆孔單元包括一個(gè)激光鉆頭。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的鉆孔裝置，其中該鉆孔裝置附加包括一個(gè)抓取和定位單元，以便抓取待加工構(gòu)件并優(yōu)選全自動(dòng)地按照相應(yīng)待進(jìn)行的加工步驟定位。
12.構(gòu)件，特別是燃?xì)廨啓C(jī)或蒸氣輪機(jī)的葉片，該構(gòu)件具有至少一個(gè)鉆孔，優(yōu)選多個(gè)鉆孔，其中，該鉆孔或這些鉆孔按照根據(jù)權(quán)利要求1至8之一方法加工。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在構(gòu)件中參數(shù)化加工鉆孔、尤其用于在燃?xì)廨啓C(jī)或蒸氣輪機(jī)的葉片中參數(shù)化加工冷卻鉆孔的方法。在本發(fā)明方法中，在一個(gè)第一方法步驟(21)中測量該構(gòu)件在要設(shè)置鉆孔的那個(gè)位置上的實(shí)際壁厚。接著根據(jù)該測得的實(shí)際壁厚與一個(gè)假想的理想壁厚的比較求得至少一個(gè)參數(shù)化的鉆孔幾何值(方法步驟23)。然后按照求得的參數(shù)化的鉆孔幾何值加工該鉆孔(方法步驟24)。此外本發(fā)明涉及一種特別是用于實(shí)施該方法的鉆孔裝置以及一種構(gòu)件，在該構(gòu)件中按照該方法設(shè)置一個(gè)或多個(gè)鉆孔。
文檔編號F01D5/18GK1863638SQ200480028979
公開日2006年11月15日 申請日期2004年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月4日
發(fā)明者伊萬·盧凱蒂奇, 拉爾夫·瓦爾茨 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司