CN102099147B - 涡轮机轮盘的修复或再加工方法以及经修复或再加工的涡轮机轮盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种修复涡轮机轮盘或涡轮机轮盘再加工的方法包括：轮缘处的至少一个外部径向突部，其带有轴向通孔以接纳轴向固定销，所述轴向固定销包括头部和带有螺纹部分的柄，所述固定销以其头部按压于突部的一个表面的方式滑入所述通孔中，所述的头部按压突部的一个表面是通过紧靠在所述突部的相反表面的螺帽的紧固来实现的，所述螺帽紧固于带有螺纹部分的柄上；所述销形成固定装置以保持突部紧固于连接轮缘的部件上，其特征在于，在突部上加工孔口平面(123B、223B、323B)，该孔口平面(123B、223B、323B)位于通孔(123A、223A、323A)周围且与磨损区域相对应；安装替换销(100)，所述替换销包括按压在所述孔口平面的表面上的凸缘(111A)，所述凸缘(111A)的直径大于头部(111)的直径。

Description

涡轮机轮盘的修复或再加工方法以及经修复或再加工的涡轮机轮盘

技术领域

本发明涉及涡轮机轮盘的轮缘处的径向安装突部的修复或再造方法。其尤其涉及固定突出部，更具体地涉及对多流涡轮喷气发动机的风扇轮盘上的叶片间平台进行保持的所谓的中心固定突出部。

背景技术

已知的双流发动机或涡轮风扇发动机(如CFM56型发动机)，包括受相关联的气体发生器的低压涡轮机驱动的前风扇。该风扇轮盘包括围绕在周围的轮缘，所述轮缘处加工有大致沿轴向取向的腔体，所述风扇轮盘被固定在低压压缩机鼓轮的下游，用于将主流体送入气体发生器中。轮盘和轮鼓形成低压压缩机模块。腔体具有榫形横截面并且用作容纳风扇叶片根部的壳体。轮缘还支撑叶片间平台，该叶片间平台还对使气流穿过风扇的管道的径向内壁进行界定。在本文中，术语轴向和径向、内和外、上游和下游是相对于安装有各个指示部件的发动机的轴线以及相对于穿过该发动机的气流的方向进行限定的。

各个平台包括细长形状的板，该板通过在其内表面上与轮缘和鼓轮连接的装置横向按压在相邻的风扇叶片上，所述与轮缘和鼓轮连接的装置由均被轴向开口穿过的内径向突部形成。轮缘和轮鼓包括与平台连接的装置，这些装置由供轴向销穿过的径向突部组成以及销的头部相对于供销穿过的突部突出。更具体地说，平台在三个固定点处由固定装置居中并固定在低压压缩机模块上。这些固定点中的两个固定点位于风扇轮盘上，而下游的第三个固定点可以位于低压鼓轮上。平台的内径向突部滑到固定在转子上的销的头部上。

在美国专利6447250中描述了风扇转子布置方式的一个实例，叶片间平台在三个连接点处由内部径向突部固定在风扇轮盘上，三个连接点之一居中地布置在上游固定装置与下游固定装置之间。

当发动机运转时，平台固定区域承受高径向负载。

本申请人在专利EP 1503039描述了装配有至少一个第一固定突部的涡轮喷气发动机风扇轮盘的叶片间平台，该第一固定突部设置有孔，趋向于将该第一固定突部与轮盘的第二固定突部相连接的固定销可以穿过上述孔；固定销包括柄部和头部，柄部包括有螺纹部分和第二部分，该螺纹部分具有第一直径，该第二部分包括从第一部分延伸的凸缘，具有比第一直径大的第二直径且倾向于介于第一固定突部与第二固定突部之间，而头部从第一子部分延伸且具有比第二直径小的第三直径，从而所述头部可以穿过第一固定突部的孔。这种布置方式使得负载更好地分布在销与固定突部之间。然而，这一发明创造涉及改变目前所使用的部件的几何结构并且不可以用作部件的替代。此外，该文献既没有披露任何修复方法也没有给出任何建议。

发明内容

在一种类型的发动机中，销包括头部和带有螺纹部分的柄部。该头部具有按压在轮缘的外径向突部的上游表面上的肩部。将头部按压在表面上的力是来自于抵靠于相反表面的螺帽的紧固，该螺帽旋拧在带有螺纹部分的柄上。可以发现与轮缘连接的外径向突部和平台的径向内中心固定突部之间的连接中心区域容易受到磨损和产生裂纹，与轮缘连接的外径向突部设置在上游固定装置与下游固定装置之间。这种破损可以用操作期间固定销的微移动来解释。该销滑入轮缘的外径向突部的通孔中并且如上所述借助螺钉连接保持在其中。然而，紧固销的力由工作横截面的机械强度来限制。在操作期间所承受的离心力可能超过紧固销的力并造成这种微移动。这些微移动在销的头部与突部相接触并按压突部的部位对突部造成磨损。此外，在容纳固定销的突部通孔的入口处的裂纹也已被注意到了。

本申请人自己已经设定如下开发目的：提供一种应用于设置有外径向突部和销的并呈现有这种类型的磨损和/或裂纹的涡轮机轮盘的修护方法，所述外径向突部和销用于固定诸如叶片间平台的部件。

根据本发明，所述涡轮机轮盘的修复或再加工方法包括：轮缘处的至少一个外部径向突部，其带有轴向通孔以接纳轴向固定销，所述轴向固定销包括头部和带有螺纹部分的柄，所述固定销以其头部按压于突部的一个表面的方式滑入所述通孔中，所述的头部按压于突部的一个表面是通过紧靠在所述突部的相反表面的螺帽的紧固来实现的，所述螺帽紧固于带有螺纹部分的柄上，所述销形成固定装置以保持突部固定于连接轮缘的部件上，其特征在于，在突部上加工孔口平面，该加工孔口位于通孔周围且与磨损区域相对应，安装替换销，所述替换销包括按压在所述孔口平面的表面上的凸缘，所述凸缘的直径大于替换销头部的直径，所述凸缘的厚度等于所述孔口平面的深度。

本发明所述方法不仅可以在无需改变部件布置方式的情况下修复部件(这在EP1503039没有披露)，而且可以通过提供扩大的接触表面区域来改善对磨损的抵抗能力。

由于裂纹的存在，所述方法还包括：通过机械加工扩大所述通孔以消除出现裂纹的材料。根据本发明的一个实施例，所述扩大通孔的量级为25％。所述替换销具有带有螺纹部的柄，该柄的直径比原始固定销的柄的直径大并且与新的通孔的直径相对应。所述柄包括平坦部分和螺纹部分。所述甲坦部分在其整个长度上对通孔中的销进行引导，并且其直径与通孔的直径相匹配以保证滑动接触。

通过增大带有螺纹部分的柄的直径，可以将螺帽更牢固地紧固到销上。因此，在操作过程中，离心力不会使销发生横向移动。

由于改善了对磨损和疲劳的抵抗能力，所以可以实施本发明所述方法以对轮盘上的径向固定突部再加工，所述轮盘是新的或是在上述任意一种形式的破损被注意到之前。其目的是延长该轮盘的潜在寿命。该轮盘寿命的增长是显著的并且量级为50％。

基于可用的手段和呈现出磨损和裂纹破损的区域的外观条件，孔口平面加工成朝向外固定突部的外边缘敞开的U形形状或可选地加工成朝向突部的外边缘和横向边缘敞开的L形形状，甚至在突部的通孔周围加工成圆形形状。

虽然本发明适用于产生同样问题的所有情况，但其更明确地适用于涡轮喷气发动机风扇轮盘的叶片间平台的中心保持突部。

本发明还涉及一种通过后续修复或可选地通过再加工而获得的涡轮机轮盘，包括轮缘处的至少一个外部径向固定突部，其设置有轴向销，所述轴向销包括头部和柄，所述头部按压在所述突部的第一表面上，所述柄带有供紧固螺帽旋拧在所述突部的相反表面上的螺纹部，其特征在于，所述头部包括直径大于该头部本身直径的凸缘，所述凸缘按压在所述第一表面上且容纳在所述突部的孔口平面中。

本发明最终涵盖一种涡轮喷气发动机风扇转子，包括轮盘和叶片间平台，该叶片间平台包括由所述销来固定的内部径向突部。

附图说明

参照附图，下文对本发明进行了更详细地非限定性地说明，其中：

图1示出了现有技术中采用一种方式连接平台的风扇轮盘的局部轴向截面图，并且不进行修护或再造；

图2示出了图1中的轮盘的局部立体图，不带平台和叶片；

图3示出了常规保持销的装配立体图；

图4a和图4b示出了本发明所述的修护的实施例；

图5示出了本发明所述的可选实施例；以及

图6示出了本发明所述的孔口平面的实施例的另一可选形式。

具体实施方式

图1示出现有的目前用于操作中的发动机的装置。风扇转子1包括轮盘2，在轮盘2的轮缘处容纳有风扇叶片3的根部。该容纳区域由沿轴向方向且呈微弧形的腔体构成。轮盘2通过螺栓连接被固定在升压压缩机的鼓轮5处。上述部件一起形成低压压缩机模块。在腔体之间，轮缘形成肋21，该肋21包括位于与机器的轴线横切的平面中的面向外的径向突部：下游突部22，轮盘2借助该下游突部22螺栓链接于轮鼓5上；径向突部23，位于轮盘的上游表面24与下游边缘之间并被称为中间突部。风扇轮盘轮缘的该部分可以从图2的立体图中看到。

在两片相邻叶片3之间设置有平台4，且平台4按压在所述叶片的侧面上。平台包括板41，板41的上表面限定了管道的内壁以使空气穿过转子。平台从上游向下游方向倾斜，从而实现空气管道的横截面的减小。三个突部42、43和44从板的相对表面沿径向横向地延伸。突部沿轴向方向穿孔并用于通过与轮盘固定装置轴向接合而将平台固定至转子。上游突部44通过上游螺栓抵靠于轮盘的上游表面。下游突部42被下游销保持，下游销紧固至鼓轮的上游表面。

在上游和下游两突部之间，中心突部43在径向上由轴向销10保持，该轴向销10借助螺旋连接自固定。图3示出一种常规销，诸如在被装配到轮盘轮缘的中心突部23上的过程中的常规销。该销10包括头部11和带有螺纹部分12的柄，螺纹部分12滑入在中心突部23中加工出的轴向通孔23A中。为了固定销，在下游将螺帽13旋拧在具有螺纹部分的柄上直至头部11的肩部按压在突部23的上游表面上。当安装平台时，突部43设置成与销的头部11面对并且在下游突部与下游销装配的同时，借助突部43的开口接合并滑至该头部上。

在运转了一定长的时间之后，突部23的上游表面上出现磨损痕迹，该上游表面是接纳销的肩部的表面。在通孔的入口处还会出现径向裂纹。

为了修复损坏或防止发生损坏，本发明创造在突部的接纳保持销头部的表面上加工出孔口平面。

图4a示出了突部123的局部立体图。该突部123紧固在涡轮机轮盘的轮缘(未示出)上。在径向固定突部123的表面上加工出U形孔口平面123B。在本实施例中，所述表面是用于将平台固定在涡轮喷气发动机的风扇轮盘的轮缘上的中心突部的上游表面。孔口平面朝向突部123的自由上缘敞开。

此外，而且如果事实上需要的话，通过增大通孔直径的方式加工通孔123A。直径的增大具有两个功能：消除了裂纹区域或有可能产生裂纹的区域；能够装配的销的柄的直径比原始销的柄的直径大且能够更牢靠地紧固在固定突部123上。此外，螺帽与原始螺帽相比具有扩大的基部，这可以避免螺帽的碰撞，也可以避免解决方案的使用寿命的减短。具有螺纹部分的柄的平坦部分与通孔之间“紧密滑动配合”，即，彼此之间形成最小的正间隙，例如几微米的间隙。

销100处于将其安装在突部123的通孔123A内的过程中。销的头部111的直径大于柄120的直径，该柄120有至少一部分长度带有螺纹。该头部111在基部形成有凸缘111A以使按压在突部123上的表面面积增大。就头部的直径而言，其保持与待装配的平台上的固定突部的开口相匹配。凸缘的厚度最大等于并且优选地等于孔口平面的深度从而使得维修不会对相邻的部件造成影响。孔口平面的深度限定为如下的值：该值不会由于突部变薄而导致轮盘寿命的任何显著减短。如果超出该值，则损耗将大于对寿命的改善。

在相反表面上，螺帽装配在柄的螺纹部分以将销紧固到突部123上。

在图4b中，已经装配了销111。具有凸缘的头部按压在固定突部的上游表面。凸缘的厚度和通孔的深度设计成使得凸缘不会突出于突部123的表面。

图5示出孔口平面的可选实施例。孔口平面223B呈L形并且朝向突部(此处表示为223)的侧面以及上缘敞开。如前面的实施例所述，如果需要的话，加工出通孔223A。

图6示出通孔的另一实施例。通孔323B呈圆形并且形成与销的凸缘111A的直径相配合的凹部(housing)。如前面的实施例所述，如果需要的话，加工出通孔323A从而能够装配销，销的带有螺纹部分的柄的直径大于原始固定销的柄的直径。该装配为紧密滑动配合。

孔口平面的几何结构的选择依赖于多种因素，包括微振磨损的类型和裂纹的尺寸。

总之，本发明使得如下情况成为可能：

消除或避免销所按压的表面上的微振磨损痕迹，

消除或避免通孔入口处的裂纹区域并且通过钻出通孔而使得使用较大工作横截面的销成为可能。

销的直径的增大减少了在消除了磨损风险的情况下在负载作用下的移动，也减小了在延长了临界区域的起始处的使用寿命以及减小了裂纹增大速率的情况下的压力水平。

Claims (8)

1.一种修复涡轮喷气发动机风扇轮盘或涡轮喷气发动机风扇轮盘再加工的方法，包括：轮缘处的至少一个外部径向固定突部，其带有轴向通孔以接纳轴向固定销，所述轴向固定销包括头部和带有螺纹部分的柄，所述固定销以其头部按压于突部的一个表面的方式滑入所述通孔中，所述的头部按压所述外部径向突部的一个表面是通过紧靠在所述外部径向固定突部的相反表面的螺帽的紧固来实现的，所述螺帽紧固于带有螺纹部分的柄上；所述销的头部形成径向固定装置以保持中心突部居中地紧固于连接到轮缘上的叶片间平台上，其特征在于，

-在所述外部径向固定突部上加工孔口平面(123B、223B、323B)，该孔口平面(123B、223B、323B)位于通孔(123A、223A、323A)周围且与磨损区域相对应；安装替换销(100)，所述替换销包括按压在所述孔口平面的表面上的凸缘(111A)，所述凸缘(111A)的直径大于头部(111)的直径；以及

-通过加工而使所述通孔(123A、223A、323A)增大以消除出现裂纹的材料，所述替换销(100)具有直径与新的通孔的直径相对应的带有螺纹部分(120)的柄，所述螺帽被如下的螺帽替代：该螺帽包括与原始螺帽相比增大了的基部；以及

-所述替换销头部的直径大于其柄的直径。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凸缘的厚度至多等于所述孔口平面的深度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述通孔(123A、223A、323A)直径增大的量级为25％。

4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的方法，其中，加工出的所述孔口平面(123B)呈朝向所述外部径向固定突部的外边缘敞的U形形状。

5.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的方法，其中，加工出的所述孔口平面(223B)呈其朝向所述外部径向固定突部的外边缘和横向边缘敞开的L形形状。

6.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的方法，其中，加工出的所述孔口平面(323B)呈圆形形状并且加工于外部径向固定突部的通孔周围。

7.一种涡轮喷气发动机风扇转子，包括轮盘，所述轮盘上装配有至少一个叶片间平台，所述轮盘包括，轮缘处的至少一个外部径向固定突部，所述外部径向固定突部包括装配有轴向销的轴向通孔，所述轴向销包括头部以及带有螺纹部分的柄，所述头部形成径向固定装置以保持中心突部居中地紧固于连接到轮缘上的叶片间平台上，并且按压于所述外部径向固定突部的第一表面上，而在所述外部径向固定突部的反面，紧固螺帽拧紧在所述带有螺纹部分的柄上，其特征在于，

-所述头部具有直径大于该头部自身直径的凸缘，所述凸缘按压在所述第一表面上，且所述凸缘得以容置于所述外部径向固定突部的孔口平面中；

-所述带有螺纹部分的柄的直径与所述通孔的直径相对应；以及

-所述销的头部的直径大于其柄的直径。

8.一种涡轮喷气发动机，包括如权利要求7所述的风扇转子。