[发明专利]提高旋转时约束在一起的两转子部件间的粘着系数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及提高旋转时被约束在一起的两个转子部件，例如涡轮机转子的部件之间的粘着系数的方法。

背景技术

涡轮机转子通常包括多个盘，各个盘具有按压在相邻盘的环形凸缘上并且借助例如螺帽和螺栓紧固件通过螺栓固定而紧固到其上的环形凸缘。螺栓与转子的旋转轴线平行，并且穿过凸缘中的孔，螺栓规则地分布在以转子轴线为中心的周部上。

在操作期间，旋转扭矩经由凸缘和螺栓从一个转子盘传递至另一转子盘，该传递过程主要是借助剪力和摩擦力而发生的。由于支撑力位置的改变，凸缘之间的相对滑动使得对螺栓和供螺栓从凸缘中穿过的孔的边缘造成过大的应力，并且降低了凸缘的使用寿命，进而降低了转子的使用寿命。

该问题的一个解决方案包括：提高螺栓的夹持力，进而提高凸缘之间的夹持力，这意味着增大用于将凸缘紧固在一起的螺栓的直径和/或数量。然而，该解决方案在实践中并不总是可行的，尤其是由于空间可用性或盘材料的压缩强度的原因，并因为该方案使得转子的重量显著增大(在航空领域中增大重量总是有害的)而无法令人满意，并会(由于紧固件螺栓通道穿过的孔彼此更加接近，还由于离心力更大)造成盘的应力增大。

本发明的具体目的在于通过利用摩擦力而不是剪力促进凸缘之间的旋转扭矩的传递并且限制凸缘之间的相对移动，为解决现有技术中的上述问题提供了一种简单、有效且成本低的方案。

发明内容

为此，本发明提供了一种提高旋转时约束在一起的两个转子部件之间、尤其是两个涡轮机部件之间的粘着系数的方法，所述部件借助于支承面彼此相互支承并且借助螺栓固定方式紧固在一起，所述方法的特征在于，包括如下步骤：通过铣削对所述支承面中的至少一个支撑面进行加工以改变其表面状态和粗糙度，然后用摩擦系数高的硬质材料薄层涂覆所述或各个加工出的表面。

本发明的所述方法包括两个主要的连续步骤：铣削所述或各个部件的支承面以改变其粗糙度，以及用摩擦系数高的硬质材料保护薄膜来涂覆加工出的表面。

本发明用于以受控方式增大两个部件之间的粘着系数。已经提出了借助通常采用金刚砂或铝的喷砂法来增大这种组件中的部件粗糙度。然而，这种技术不能使部件之间的最终粘着系数得到很好的控制。由于支承面的形态是确定摩擦系数的主要因素，但该技术不能获得精确且可再现的形态。此外，喷砂之后不能进行如下的其他处理：包括沉积硬质保护材料以保证所获得的粗糙度在由于部件被夹持在一起并相互摩擦而导致的压缩状态是长期可用的。

本发明方法的铣削步骤优选地借助具有高推进速度的铣刀来执行，以在支承面上形成特定类型的突起部，该突起部由交替出现的顶点和沟槽形成。硬质材料薄层用于保护该突起部并避免其在将部件紧固并夹持在一起时被平坦化或被操作时的摩擦改变或损坏。薄膜的厚度较小以防止改变通过铣削方式所获得的表面状态。薄膜的材料优选地是陶瓷的，并且例如是氮化钛。通过化学气体或气相沉积可以在加工出的面上沉积薄膜。

优选地，通过铣削方式来加工两个部件的支承面，沿着相反方向形成所述支承面的顶点和沟槽，以成为大致互补的形状并且增大部件之间的摩擦系数。

举例而言，所述支撑面是围绕所述转子的旋转轴线延伸的环形面。

通过在一个或各个支承面上制造出一个或多个通道来进行所述铣削。

举例而言，使所述铣刀在一个所述支承面上围绕旋转轴线沿着顺时针方向移动来产生至少一个周向通道。使所述铣刀在另一个所述支承面上围绕旋转轴线沿着逆时针方向移动来产生至少一个周向通道。可以在所述或各个面上产生多个直径增大或减小的同心周向通道。

在变型例中，使所述铣刀在所述或各个支承面上沿着相对于所述转子的旋转轴线的大致径向方向上移动来产生多个径向通道，所述通道是一个挨着另一个的以加工所述面的整个面。还可以使所述铣刀在所述加工出的面上沿着相对于所述部件的大致切向移动来产生多个切向通道。

用铣刀来执行所述铣削，所述铣刀的每齿给进量fz确定为所述或各个支承面的期望算术平均粗糙度Ra和铣刀半径R的函数，并由如下公式确定：fz＝√(18√3)×√(Ra×R)。粗糙度或算术平均粗糙度Ra应该理解为顶点和沟槽的高度的算术平均值。举例而言，每齿给进量速度fz在0.01毫米每齿(mm/齿)至0.3mm/齿的范围内，优选地在0.05mm/齿至0.1mm/齿的范围内，例如为0.07mm/齿。

在本发明方法的特定实施例中，所述部件是涡轮机转子盘，各个转子盘具有抵靠在另一盘的环形凸缘上的环形凸缘并且借助螺栓固定方式紧固在其上，所述方法包括如下步骤：加工这些凸缘的支承面中的至少一个支撑面并用薄层对其进行涂覆。