CN107443004B - 用于燃气涡轮发动机的旋转构件的原位平衡的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于燃气涡轮发动机(10)的旋转构件(104)的原位平衡的系统及方法。该方法能够包括将维修工具(102)穿过燃气涡轮发动机(10)的进入孔而插入，维修工具(102)包括定位于燃气涡轮发动机(10)内的尖端(112)和定位于燃气涡轮发动机(10)的外侧的材料供应端(114)。维修工具(102)的尖端(112)定位成与燃气涡轮发动机(10)的内部旋转构件(104)的表面(105)相邻。新材料(108)从维修工具(102)的材料供应端(114)被供应至维修工具(102)的尖端(112)；并且，沿旋转构件(104)的表面(105)的方向从维修工具(102)的尖端(112)排出，使得新材料(108)被添加至旋转零件的一部分上。

Description

用于燃气涡轮发动机的旋转构件的原位平衡的系统及方法
技术领域
本主题一般涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及用于执行燃气涡轮发动机的内部旋转构件的原位维修的系统及方法。更具体地，本主题一般涉及燃气涡轮发动机的内部旋转构件的原位平衡(in situ balancing)。
背景技术
燃气涡轮发动机典型地包括涡轮机械核心，涡轮机械核心成串流的关系地具有高压压缩机、燃烧器和高压涡轮。核心可按已知的方式用于生成主气流。高压压缩机包括固定式导叶的环形阵列(“多排”)，这些导叶将进入发动机的空气导向至下游，从而使压缩机叶片旋转。一排压缩机导叶和一排压缩机叶片共同地组成压缩机的“级”。类似地，高压涡轮包括环形的多排固定式喷嘴导叶，这些固定式喷嘴导叶将退出燃烧器的气体导向至下游，从而使涡轮叶片旋转。一排喷嘴导叶和一排涡轮叶片共同地组成涡轮的“级”。典型地，压缩机和涡轮两者都包括多个相继的级。
燃气涡轮发动机，具体而言，飞机发动机，要求高度的定期维护。例如，通常，将定期维护列入计划，从而允许对发动机的内部构件检查缺陷且随后维修。令人遗憾的是，许多常规的用于飞机发动机的维修方法要求将发动机从飞机主体移除且随后部分地或完全地拆卸。因而，这些维修方法导致与维修内部发动机构件相关联的时间和成本两者的显著增加。
燃气涡轮发动机包括采取典型的装有叶片的盘的形式的各种转子。各转子盘具体地配置有径向外缘，一排叶片从该径向外缘延伸。沿轴向较薄的腹板从该缘沿径向向内延伸，并且，终止于沿轴向较厚的毂中，该毂具有位于其中的中心孔。
装有叶片的盘构造的特别的优点是，整体盘可能较小，因为，不使用燕尾榫，并且，叶片围绕盘缘整体地形成。然而，该构造增大维修难度，因为，不可容易地将叶片从盘个别地移除。可以在装有叶片的盘中进行叶片的小型维修，但叶片的大型维修要求通过切割受损叶片的对应的部分而实现的移除或完全移除，通过焊接或用于实现装有叶片的盘的原始强度的其他冶金结合过程而进行叶片的置换。
装有叶片的盘的制造中的额外的难度是其平衡。必须使燃气涡轮发动机中的所有的转子构件合适地静态地且动态地平衡，以便使运行期间的旋转失衡载荷最小化，从而减振。燕尾榫盘构造许可在制造的期间首先使转子平衡，在盘上的适当的位置单独地制造个别的叶片且使个别的叶片匹配，以便使由此造成的组装失衡最小化。
因而，存在对燃气涡轮发动机的内部旋转构件，具体地，旋转盘的原位平衡的方法的需要。
发明内容
在以下的描述中，将部分地陈述本发明的方面和优点，或可以从描述显而易见本发明的方面和优点，或可以通过实施本发明而学习本发明的方面和优点。
一般提供用于执行燃气涡轮发动机的内部旋转构件的原位平衡的方法。在一个实施例中，方法包括将维修工具通过燃气涡轮发动机的进入孔而插入，维修工具包括定位于燃气涡轮发动机内的尖端和定位于燃气涡轮发动机的外侧的材料供应端。维修工具的尖端定位成与燃气涡轮发动机的内部旋转构件的表面相邻。将新材料从维修工具的材料供应端供应至维修工具的尖端；并且，沿旋转构件的表面的方向从维修工具的尖端排出，使得将新材料添加到旋转零件的一部分上。
在该方法的另一实施例中，将维修工具通过燃气涡轮发动机的进入孔而插入，维修工具包括定位于燃气涡轮发动机内的尖端和定位于燃气涡轮发动机的外侧的材料供应端。维修工具的尖端定位成与燃气涡轮发动机的内部构件的表面相邻。将固体填充材料供应至维修工具的尖端，并且，以高流速从维修工具的尖端排出，使得当固体填充材料冲击内部构件时，固体填充材料被导向至表面上且粘附至表面。
根据本发明，公开了以下技术方案。
技术方案1．一种用于执行燃气涡轮发动机(10)的内部旋转构件(104)的原位平衡的方法，所述方法包括：
将维修工具(102)穿过所述燃气涡轮发动机(10)的进入孔而插入，所述维修工具(102)包括定位于所述燃气涡轮发动机(10)内的尖端(112)和定位于所述燃气涡轮发动机(10)的外侧的材料供应端(114)；
将所述维修工具(102)的所述尖端(112)定位成与所述燃气涡轮发动机(10)的所述内部旋转构件(104)的表面(105)相邻；
将新材料(108)从所述维修工具(102)的所述材料供应端(114)供应至所述维修工具(102)的所述尖端(112)；以及
将所述新材料(108)从所述维修工具(102)的所述尖端(112)沿所述旋转构件(104)的所述表面(105)的方向排出，使得所述新材料(108)被添加至所述旋转构件(104)的一部分上。
技术方案2．根据技术方案1所述的方法，其中，添加所述新材料(108)，使得使所述旋转构件(104)沿周向进行重量平衡。
技术方案3．根据技术方案1所述的方法，其中，所述旋转构件(104)是装有叶片的盘(252)。
技术方案4．根据技术方案3所述的方法，其中，所述装有叶片的盘(252)包括从平台延伸的翼型。
技术方案5．根据技术方案4所述的方法，其中，所述新材料(108)被添加至所述平台。
技术方案6．根据技术方案1所述的方法，其中，所述新材料(108)包括金属。
技术方案7．根据技术方案6所述的方法，其中，所述维修工具(102)包括在所述维修工具(102)的所述材料供应端(114)与所述维修工具(102)的所述尖端(112)之间纵长地延伸的高温导管(110)，其中，将所述新材料(108)从所述维修工具(102)的所述材料供应端(114)供应至所述维修工具(102)的所述尖端(112)的过程包括，将液态金属通过所述高温导管(110)而供应至所述维修工具(102)的所述尖端(112)。
技术方案8．根据技术方案7所述的方法，其中，所述高温导管(110)由陶瓷材料形成。
技术方案9．根据技术方案8所述的方法，其中，所述维修工具(102)进一步包括与所述高温导管(110)操作相关联地提供的加热元件(120)，进一步包括当通过所述高温导管(110)而供应所述液态金属时，借助于所述加热元件(120)而在所述高温导管(110)内生成热。
技术方案10．根据技术方案7所述的方法，其中，所述维修工具(102)包括定位于所述维修工具(102)的所述尖端(112)处或定位成与所述尖端(112)相邻的喷嘴(122)，其中，从所述维修工具(102)的所述尖端(112)排出所述液态金属的过程包括，从所述喷嘴(122)排出所述液态金属，使得所述液态金属被导向至由所述旋转构件(250)上的缺陷(106)限定的可填充的体积中。
技术方案11．根据技术方案1所述的方法，进一步包括：
将光学探针(130)穿过所述进入孔或所述燃气涡轮发动机(10)的相邻的进入孔而插入，所述光学探针(130)配置成提供所述燃气涡轮发动机(10)内的所述内部旋转构件(104)的视图。
技术方案12．根据技术方案11所述的方法，其中，将所述维修工具(102)的所述尖端(112)定位成与所述表面(105)相邻的过程包括，基于所述光学探针(130)所提供的所述视图，将所述尖端(112)相对于所述表面(105)而定位。
技术方案13．根据技术方案1所述的方法，其中，所添加的所述新材料(108)足以围绕轴线来平衡所述旋转构件(104)的重量。
技术方案14．一种用于执行燃气涡轮发动机(10)的内部旋转构件(104)的原位平衡的方法，所述方法包括：
将维修工具(302)穿过所述燃气涡轮发动机(10)的进入孔而插入，所述维修工具(302)包括定位于所述燃气涡轮发动机(10)内的尖端(312)和定位于所述燃气涡轮发动机(10)的外侧的材料供应端(314)；
将所述维修工具(302)的所述尖端(312)定位成与所述燃气涡轮发动机(10)的内部构件(104)的表面(105)相邻；
将固体填充材料(108)供应至所述维修工具(102)的所述尖端(112)；以及
将所述固体填充材料(108)从所述维修工具(102)的所述尖端(112)以高流速排出，使得当所述固体填充材料(108)冲击所述内部构件(250)时，所述固体填充材料(108)被导向至所述表面(105)上且粘附至所述表面(105)。
技术方案15．根据技术方案14所述的方法，其中，所添加的所述新材料(108)足以围绕轴线来平衡所述旋转构件(104)的重量。
根据本发明，还公开了以下实施方案。
实施方案1．一种用于执行燃气涡轮发动机的内部旋转构件的原位平衡的方法，所述方法包括：
将维修工具穿过所述燃气涡轮发动机的进入孔而插入，所述维修工具包括定位于所述燃气涡轮发动机内的尖端和定位于所述燃气涡轮发动机的外侧的材料供应端；
将所述维修工具的所述尖端定位成与所述燃气涡轮发动机的所述内部旋转构件的表面相邻；
将新材料从所述维修工具的所述材料供应端供应至所述维修工具的所述尖端；以及
将所述新材料从所述维修工具的所述尖端沿所述旋转构件的所述表面的方向排出，使得所述新材料被添加至所述旋转零件的一部分上。
实施方案2．根据实施方案1所述的方法，其中，添加所述新材料，使得使所述旋转构件沿周向进行重量平衡。
实施方案3．根据实施方案1所述的方法，其中，所述旋转构件是装有叶片的盘。
实施方案4．根据实施方案3所述的方法，其中，所述装有叶片的盘包括从平台延伸的翼型。
实施方案5．根据实施方案4所述的方法，其中，所述新材料被添加至所述平台。
实施方案6．根据实施方案1所述的方法，其中，所述新材料包括金属。
实施方案7．根据实施方案6所述的方法，其中，所述维修工具包括在所述维修工具的所述材料供应端与所述维修工具的所述尖端之间纵长地延伸的高温导管，其中，将所述新材料从所述维修工具的所述材料供应端供应至所述维修工具的所述尖端的过程包括，将液态金属通过所述高温导管而供应至所述维修工具的所述尖端。
实施方案8．根据实施方案7所述的方法，其中，所述高温导管由陶瓷材料形成。
实施方案9．根据实施方案8所述的方法，其中，所述维修工具进一步包括与所述高温导管操作相关联地提供的加热元件，进一步包括当通过所述高温导管而供应所述液态金属时，借助于所述加热元件而在所述高温导管内生成热。
实施方案10．根据实施方案7所述的方法，其中，所述维修工具包括定位于所述维修工具的所述尖端处或定位成与所述尖端相邻的喷嘴，其中，从所述维修工具的所述尖端排出所述液态金属的过程包括，从所述喷嘴排出所述液态金属，使得所述液态金属被导向至由所述旋转构件上的缺陷限定的可填充的体积中。
实施方案11．根据实施方案1所述的方法，进一步包括：
将光学探针穿过所述进入孔或所述燃气涡轮发动机的相邻的进入孔而插入，所述光学探针配置成提供所述燃气涡轮发动机内的所述内部旋转构件的视图。
实施方案12．根据实施方案11所述的方法，其中，将所述维修工具的所述尖端定位成与所述表面相邻的过程包括，基于由所述光学探针提供的视图，将所述尖端相对于所述表面而定位。
实施方案13．根据实施方案1所述的方法，其中，所添加的所述新材料足以围绕轴线来平衡所述旋转构件的重量。
实施方案14．一种用于执行燃气涡轮发动机的内部旋转构件的原位平衡的方法，所述方法包括：
将维修工具穿过所述燃气涡轮发动机的进入孔而插入，所述维修工具包括定位于所述燃气涡轮发动机内的尖端和定位于所述燃气涡轮发动机的外侧的材料供应端；
将所述维修工具的所述尖端定位成与所述燃气涡轮发动机的内部构件的表面相邻；
将固体填充材料供应至所述维修工具的所述尖端；以及
将所述固体填充材料从所述维修工具的所述尖端以高流速排出，使得当所述固体填充材料冲击所述内部构件时，所述固体填充材料被导向至所述表面上且粘附至所述表面。
实施方案15．根据实施方案14所述的方法，其中，所添加的所述新材料足以围绕轴线来平衡所述旋转构件的重量。
实施方案16．根据实施方案14所述的方法，其中，所述固体填充材料对应于金属基固体粉末材料或陶瓷基固体粉末材料。
实施方案17．根据实施方案14所述的方法，其中，将所述固体填充材料从所述维修工具的所述尖端以高流速排出的过程包括，将所述固体填充材料以超音速流速从所述尖端排出。
实施方案18．根据实施方案14所述的方法，其中，将所述固体填充材料供应至所述维修工具的所述尖端的过程包括，将增压后的气体和所述填充材料的混合物通过定位于所述维修工具的所述尖端处或定位成与所述尖端相邻的喷嘴而供应。
实施方案19．根据实施方案18所述的方法，其中，所述喷嘴限定收敛-发散型喷嘴几何形状。
实施方案20．根据实施方案14所述的方法，其中，当所述固体填充材料冲击所述内部构件时，所述固体填充材料经历塑性变形，并且与所述缺陷的所述表面机械地结合。
参考下文的描述和所附权利要求，将更清楚地理解本发明的这些及其他特征、方面以及优点。合并于本说明书中且组成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并且，附图连同描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
参考附图而在说明书中陈述针对本领域普通技术人员的本发明的包括最佳模式的详尽的授权的公开，其中：
图1图示根据本主题的方面的可以在飞机内利用的燃气涡轮发动机的一个实施例的横截面图；
图2图示适合于在图1中所示出的燃气涡轮发动机内使用的涡轮的一个实施例的局部横截面图，具体地，图示用于提供通向涡轮的内部入口的限定于发动机中的进入孔；
图3图示适合于在图1中所示出的燃气涡轮发动机内使用的压缩机的一个实施例的局部横截面图，具体地，图示用于提供通向压缩机的内部入口的限定于发动机中的进入孔；
图4图示根据本主题的方面的用于执行燃气涡轮发动机的内部旋转构件的原位平衡的系统的一个实施例的简化图，具体地，图示通过发动机的进入孔而插入，以便将液态金属供应至内部构件的缺陷的维修工具；
图5图示图4中所示出的维修工具和内部构件的局部视图，具体地，图示维修工具的一部分的横截面图；
图6图示根据本主题的方面的用于执行燃气涡轮发动机的内部旋转构件的原位平衡的方法的一个实施例的流程图；
图7图示根据本主题的方面的用于执行燃气涡轮发动机的内部旋转构件的原位平衡的系统的另一实施例的简化图，具体地，图示通过发动机的进入孔而插入，以便将高速固体填充材料供应至内部构件的缺陷的维修工具；
图8图示图7中所示出的维修工具和内部构件的局部视图，具体地，图示维修工具的一部分的横截面图；
图9图示根据本主题的方面的用于执行燃气涡轮发动机的内部旋转构件的原位平衡的方法的另一实施例的流程图；并且，
图10图示示例性的装有叶片的盘，该盘具有添加于其上的新材料，以实现该盘的平衡。
具体实施方式
现在，将详细地参考本发明的实施例，在附图中，图示了实施例的一个或更多个示例。每个示例都经由对本发明的解释而提供，而不是经由对本发明的限制而提供。实际上，将对本领域技术人员显而易见，在不背离本发明的范围或实质的情况下，能够在本发明中作出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分而图示或描述的特征能够与另一实施例一起使用而产生更进一步的实施例。因而，预期到，由于这样的修改和变型属于所附权利要求及其等效物的范围内，因而本发明涵盖这样的修改和变型。
通常，本主题针对用于执行燃气涡轮发动机的内部构件的原位平衡(即，重新平衡)的系统及方法。具体地，在若干个实施例中，系统可以包括维修工具，该维修工具配置成通过燃气涡轮发动机的进入孔而插入，从而允许将工具的维修尖部或尖端定位成与发动机的内部构件的表面相邻。如将在下文中描述的，维修工具可以配置成将填充材料从发动机外部的定位供应至旋转构件的表面，从而将附加新材料添加至构件。例如，在一个实施例中，维修工具可以配置成将液态金属从发动机的外部供应至旋转构件的表面上。然后，液态金属可以冷却而固化至表面上，从而将重量添加至旋转构件的表面的一部分上。在另一实施例中，维修工具可以配置成将高速固体填充材料从发动机的外部供应至旋转构件的表面上。一冲击缺陷的表面，高速材料就可以塑性变形而粘附至表面，从而将重量添加至旋转构件的表面。
应当理解，所公开的系统及方法可以一般用于无论发动机的当前组装状态如何(例如，完全地或部分地组装)，都执行定位于包括基于飞机的涡轮发动机和基于陆地的涡轮发动机的任何合适的类型的燃气涡轮发动机内的内部旋转构件(例如，具体地，旋转盘)的原位维修(例如，平衡)。另外，参考飞机发动机，应当理解，可以在机翼上或在机翼外实现本主题。
至少一些已知的转子组件包括多个构件，比如盘、轴、卷轴、装有叶片的盘、密封件以及/或附接有装有叶片的集成式单个燕尾榫的叶片，但不限于此。装有叶片的盘沿周向连续，并且，具有相当大的环向强度，以便承受叶片随着在运行期间围绕盘的纵向或轴向中心线轴线旋转而产生的离心载荷。盘形在使不理想的重量最小化的同时，使强度最大化，以便在相当长的使用寿命的期间，有效地支撑叶片。
转子盘具有如下的各种各样的形式：用于支撑相对较大的风扇转子叶片和多排压缩机叶片，其中，这些压缩机叶片在尺寸上减小，从而在运行期间，使空气压缩。使空气与燃料混合而点燃，以便生成热燃气，这些热燃气向下游流过对应的转子盘上的在尺寸上增大的各种各样的多排涡轮叶片。在一个具体的配置中，在整体式或单件式构造中，叶片可以整体地形成有盘缘。
当不平衡时，通过从失衡向量的角位置在直径上相反地，比如以180°添加附加材料，从而可以校正所测量到的失衡。可以将材料添加至所识别的叶片，或添加至叶片之间的平台区域。还可以将材料添加至装有叶片的盘的对应的延伸轴上的凸缘，其中，这些延伸轴用于承载来自给装有叶片的盘提供动力的发动机的低压涡轮的对该盘的转矩载荷。
作为示例性的转子组件，图10示出采取装有叶片的盘252的形式的旋转内部构件250。示例性的装有叶片的盘252包括中心盘厚区段254和多个压缩机或涡轮叶片256，这些叶片256与厚区段254整体地制备，或冶金结合至厚区段254。装有叶片的盘252可以由比如镍基、钴基和/或铁基超合金之类的任何可操作的材料制成。平台258在多个压缩机或涡轮叶片256之间形成中心盘厚区段254的径向外部区域。
装有叶片的盘可以被包括在任何燃气涡轮发动机(包括推进发动机，比如涡扇发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺桨发动机等)中。例如，图1图示根据本主题的方面的可以在飞机内利用的燃气涡轮发动机10的一个实施例的横截面图，出于参考目的，发动机10示出为具有贯穿发动机10的纵向或轴向中心线轴线12。通常，发动机10可以包括核心燃气涡轮发动机(通常由参考字符14指示)和定位于核心燃气涡轮发动机的上游的风扇区段16。核心发动机14可以一般包括大致管状的外壳18，外壳18限定环形入口20。另外，外壳18可以进一步包围并支撑增压压缩机22，增压压缩机22用于将进入核心发动机14的空气的压力提高至第一压力水平。然后，高压多级轴流式压缩机24可以从增压压缩机22接收增压空气，并且，进一步提高这样的空气的压力。然后，退出高压压缩机24的增压空气可以流动至燃烧器26，在燃烧器26内，将燃料注入增压空气流中，使由此造成的混合物在燃烧器26内燃烧。将高能量燃烧产物从燃烧器26沿着发动机10的热气路径导向至第一(高压)涡轮28，以便经由第一(高压)驱动轴30而驱动高压压缩机24，且然后，导向至第二(低压)涡轮32，以便经由与第一驱动轴30一般同轴的第二(低压)驱动轴34而驱动增压压缩机22和风扇区段16。在驱动涡轮28和32中的每个之后，可以经由排气喷嘴36而将燃烧产物从核心发动机14排出，以提供推进射流推力。
另外，如图1中所示出的，发动机10的风扇区段16可以一般包括可旋转的轴流式风扇转子组件38，风扇转子组件38配置成被环形风扇壳体40环绕。本领域普通技术人员应当理解，风扇壳体40可以配置成相对于核心发动机14而由多个大致沿径向延伸且沿周向隔开的出口引导导叶42支撑。因而，风扇壳体40可以包围风扇转子组件38及其对应的风扇转子叶片44。此外，风扇壳体40的下游区段46 可以遍布于核心发动机14的外部部分，以便于限定提供额外的推进射流推力的副空气流导管或旁通空气流导管48。
应当理解，在若干个实施例中，第二(低压)驱动轴34可以直接地与风扇转子组件38联接，以提供直接驱动式配置。备选地，第二驱动轴34可以经由减速装置37(例如，减速齿轮或齿轮箱)而与风扇转子组件38联接，以提供间接驱动式或齿轮驱动式配置。还可以根据期望或要求而在发动机10内的任何其他合适的轴和/或卷轴之间提供(多个)这样的减速装置。
在发动机10的运行的期间，应当理解，初始空气流(由箭头50指示)可以通过风扇壳体40的相关联的入口52而进入发动机10。然后，空气流50 经过风扇叶片44，并且，分成移动穿过导管48的第一压缩后的空气流(由箭头54指示)和进入增压压缩机22的第二压缩后的空气流(由箭头56指示)。然后，第二压缩后的空气流56的压力增加，并且，进入高压压缩机24(如由箭头58指示)。在与燃料混合且在燃烧器26内燃烧之后，燃烧产物60 退出燃烧器26，且流过第一涡轮28。此后，燃烧产物60流过第二涡轮32，且退出排气喷嘴36，从而为发动机10提供推力。
燃气涡轮发动机10还可以包括多个进入孔(access ports)，这些进入孔穿过其壳体和/或框架而限定，以便提供通向核心发动机14的内部的入口。例如，如图1中所示出的，发动机10可以包括多个进入孔62(仅示出六个)，这些进入孔62穿过外壳18而限定，以便提供通向压缩机22、24中的一个或两者的内部入口，且/或提供通向涡轮28、32中的一个或两者的内部入口。在若干个实施例中，进入孔62可以沿着核心发动机14沿轴向间隔开。例如，进入孔62可以沿着各压缩机22、24和/或各涡轮28、32沿轴向间隔开，使得至少一个进入孔62定位于各压缩机级和/或各涡轮级处，以便提供通向定位于(多个)这样的级处的内部构件的入口。另外，进入孔62还可以围绕核心发动机14沿周向间隔开。例如，多个进入孔62可以围绕各压缩机级和/或涡轮级沿周向间隔开。
应当理解，虽然参考提供通向压缩机22、24中的一个或两者的内部入口且/或提供通向涡轮28、32中的一个或两者的内部入口而在本文中一般描述进入孔62，但燃气涡轮发动机10可以包括进入孔62，比如，通过包括提供燃烧器26内的入口和/或发动机10的任何其他合适的构件的进入孔62，从而进入孔62提供通向发动机10的任何合适的内部定位的入口。
现在，参考图2，根据本主题的实施例而图示在上文中参考图1而描述的第一(或高压)涡轮28的局部横截面图。如图所示，第一涡轮28可以包括第一级涡轮喷嘴66和定位于喷嘴66的正下游的旋转涡轮叶片68(示出一个)的环形阵列。喷嘴66可以一般由包括多个沿径向延伸且圆形地隔开的喷嘴导叶70(示出一个)的环形流道限定。导叶70可以被支撑于一些弓状外带72与弓状内带74之间。另外，沿周向隔开的涡轮叶片68可以一般配置成从转子盘(未示出)向外沿径向延伸，其中，该转子盘围绕发动机10的中心线轴线12(图1)旋转。此外，涡轮护罩76可以定位成与涡轮叶片68的径向外部尖部紧邻，以便于为沿着发动机10的热气路径流过涡轮28的燃烧产物60限定外部径向流路边界。
如上文所示，涡轮28可以一般包括任意数量的涡轮级，各级包括喷嘴导叶和随后的涡轮叶片68的环形阵列。例如，如图2中所示出的，涡轮28的第二级的喷嘴导叶78的环形阵列可以定位于涡轮28的第一级的涡轮叶片68的正下游。
此外，如图2中所示出的，多个进入孔62可以穿过涡轮壳体和/或框架而限定，各进入孔62配置成在不同的轴向定位处提供通向涡轮28的内部的入口。具体地，如上文所示，在若干个实施例中，进入孔62可以沿轴向间隔开，使得各进入孔62与涡轮28的不同的级对准，或另外提供通向涡轮28的不同的级的内部入口。例如，如图2中所示出的，第一进入孔62A可以穿过涡轮壳体/框架而限定，以提供通向涡轮28的第一级的入口，而第二进入孔62B可以穿过涡轮壳体/框架而限定，以提供通向涡轮28的第二级的入口。
应当理解，还可以针对涡轮28的任何其他级且/或针对第二(或低压)涡轮32的任何涡轮级而提供类似的进入孔62。还应当理解，除了图2中所示出的沿轴向隔开的进入孔62之外，还可以在不同的沿周向隔开的定位处提供进入孔62。例如，在一个实施例中，多个沿周向隔开的进入孔可以在各涡轮级处穿过涡轮壳体/框架而限定，从而在围绕涡轮级的多个周向定位处，提供通向涡轮28的内部入口。
现在，参考图3，根据本主题的实施例而图示在上文中参考图1而描述的高压压缩机24的局部横截面图。如图所示，压缩机24可以包括多个压缩机级，各级包括固定式压缩机导叶80的环形阵列(针对各级而仅示出一个)和可旋转的压缩机叶片82的环形阵列(针对各级而仅示出一个)两者。各排压缩机导叶80一般配置成将流过压缩机24的空气导向至其正下游的一排压缩机叶片82。
此外，压缩机24可以包括穿过压缩机壳体/框架而限定的多个进入孔62，各进入孔62配置成在不同的轴向定位处提供通向压缩机24的内部的入口。具体地，在若干个实施例中，进入孔62可以沿轴向间隔开，使得各进入孔62与压缩机24的不同的级对准，或另外提供通向压缩机24的不同的级的内部入口。例如，如图3中所示出的，图示提供分别通向压缩机24的四个相继的级的入口的第一、第二、第三以及第四进入孔62a、62b、62c、62d。
应当理解，还可以针对压缩机24的其他多级中的任一级且/或针对低压压缩机22的多级中的任一级而提供类似的进入孔62。还应当理解，除了图3中所示出的沿轴向隔开的进入孔62之外，还可以在不同的沿周向隔开的定位处提供进入孔62。例如，在一个实施例中，多个沿周向隔开的进入孔可以在各压缩机级处穿过压缩机壳体/框架而限定，从而在围绕压缩机级的多个周向定位处，提供通向压缩机24的内部入口。
现在，参考图4和图5，根据本主题的方面而图示用于执行燃气涡轮发动机10的内部旋转构件的原位平衡的系统100的一个实施例的简化图。如图所示，系统100可以包括维修工具102，维修工具102配置成穿过燃气涡轮发动机10的进入孔62，比如在上文中参考图1-3而描述的进入孔62中的任一个而插入，从而允许在发动机10的(多个)内部旋转构件(由虚线104指示)上执行原位维修程序。
在一个实施例中，维修工具102可以与可以穿过燃气涡轮发动机10的进入孔62而插入的任何(多个)合适的工具和/或(多个)构件相对应，从而允许在发动机10内供应新材料(例如，填充材料、新材料等)，以便将材料添加至正在维修的旋转构件104(例如，装有叶片的盘)的表面105。如图5中所示出的，通过经由维修工具102而将填充材料供应至表面105上，从而新材料108可以在旋转构件104的一部分上供应额外的重量。
在若干个实施例中，维修工具102可以配置成在燃气涡轮发动机10的内部内供应液态金属，以作为填充材料。例如，液态金属可以经由维修工具102而从燃气涡轮发动机10外部的定位运输至发动机10内的定位，从而允许将液态金属涂覆或以另外的方式导向至构件104所限定的表面105上。然后，随着金属冷却，液态金属可以固化于表面105上。应当理解，液态金属可以一般与任何合适的金属材料相对应。例如，在一个实施例中，液态金属可以与正在维修的内部构件104的母体金属材料相对应。在其他实施例中，液态金属可以对应于适合于在燃气涡轮发动机10内用作维修材料的任何其他金属材料。
如所图示的实施例中所示，维修工具102可以包括高温导管110，高温导管110用于将液态金属从发动机10外侧运输至缺陷106的定位。具体地，如图4中所示，高温导管110可以在定位于燃气涡轮发动机10内的尖端112与定位于发动机10外部的材料供应端114之间纵长地延伸。工具102的尖端112可以一般配置成定位成与构件104相邻，以便将液态金属导向至表面105上。另外，工具102的材料供应端114可以一般配置成从液态金属源接收液态金属。例如，如图5中所示出的，定位于燃气涡轮发动机10外部的炉116(或其他合适的液态金属源)内所含有的液态金属可以供应至工具102的材料供应端114(例如，如由箭头118指示)。然后，可以将在材料供应端114处接收到的液态金属通过高温导管110而导向至工具102的尖端112，从而允许将液态金属传递至表面105。
应当理解，高温导管110可以一般由允许导管110充当用于液态金属的流体传递部件的任何合适的高温材料形成。例如，在若干个实施例中，高温导管110可以由能够承受高于供应至表面105上的金属的熔融温度的温度的陶瓷材料形成。然而，在其他实施例中，导管110可以由任何其他合适的高温材料形成。
另外，如图5中具体地示出的，维修工具102可以包括在高温导管110内操作相关联地提供的一个或更多个加热元件(由虚线120指示)。通常，(多个)加热元件120可以配置成当将液态金属通过导管110而供应时，在高温导管110内生成热，以便于将金属维持于液态。例如，在一个实施例中，(多个)加热元件120可以与集成至导管110的(多个)壁部中或合并于壁部内的(多个)耐加热元件(比如，一个或更多个电阻丝)相对应。然而，在另一实施例中，(多个)加热元件120可以与可以用于在导管110内提供加热，以便于将液态金属的温度维持于熔融温度或高于熔融温度的任何其他合适的(多个)热生成装置和/或(多个)构件相对应。
此外，在若干个实施例中，维修工具102还可以包括喷嘴122，喷嘴122定位于工具102的尖端112处，或定位成与尖端112相邻。通常，喷嘴122可以配置成提供对从工具102排出的液态金属的流动的方向的增强型控制。例如，如图5中所示出的，喷嘴几何形状可以沿工具102的尖端112的方向收敛，从而允许对液态金属相对于表面105的流动的精确控制。应当理解，在一个实施例中，喷嘴122可以在高温导管110内整体地形成。备选地，喷嘴122可以与配置成单独地与导管110联接的单独的构件相对应。
另外，系统100还可以包括光学探针130，光学探针130配置成与维修工具102关联而使用。例如，如图4中所示，光学探针130与配置成与维修工具102组合而使用，以便将新材料108添加至表面105上的单独的构件相对应。然而，在其他实施例中，光学探针130可以与维修工具102联接，或集成于维修工具102内。另外，如图4中所示，已将光学探针130穿过与维修工具102相同的进入孔62而插入。然而，在其他实施例中，可以将探针130插入与维修工具102不同的进入孔62(比如，定位成与已插入有维修工具102的进入孔62相邻的进入孔62)中。
通常，光学探针130可以对应于允许捕获或以另外的方式获得发动机10的内部的图像的任何合适的光学装置。例如，在若干个实施例中，光学探针130可以与允许通过进入孔62而观察燃气涡轮发动机10的内部的管道内窥镜、视频内窥镜、纤维内窥镜或在本领域中已知的任何其他类似的光学装置相对应。在这样的实施例中，光学探针130可以包括一个或更多个光学元件(由虚线框132示意地指示)，比如，一个或更多个光学透镜、光纤、图像捕获装置、电缆等，这些光学元件用于在探针130的尖部134处获得发动机10的内部的视图或图像，并且，将这样的图像从探针尖部134沿着探针130的长度传输或转发至发动机10的外部，以供在(多个)内部构件104上执行维修程序的人员观察。另外，探针130可以包括光源(由虚线框136指示)，该光源定位于探针尖部134处，或定位成与探针尖部134相邻，从而在发动机10的内部内提供照明。
如图4中所示，光学探针130还可以包括铰接组件138，铰接组件138允许在燃气涡轮发动机10的内部内调整探针尖部134的取向。例如，铰接组件138可以允许使探针尖部134围绕单个轴线或多个轴线旋转或绕枢轴旋转，从而调整尖部134相对于探针130的剩余部分的取向。应当理解，铰接组件138可以一般具有任何合适的配置，且/或可以包括允许调整探针尖部134相对于探针130的剩余部分的取向的任何合适的构件。例如，在一个实施例中，多个铰接电缆140可以在探针尖部134与一个或更多个铰接电动机142之间联接。在这样的实施例中，通过经由(多个)电动机142而调整电缆140的张力，从而可以使探针尖部144在燃气涡轮发动机10内重新取向。
现在，参考图6，根据本主题的方面而图示用于执行燃气涡轮发动机的内部构件的原位维修的方法200的一个实施例的流程图。通常，将在本文中参考在上文中参考图1-5而描述的燃气涡轮发动机10和系统100来讨论方法200。然而，本领域普通技术人员应当理解，通常，可以利用具有任何其他合适的发动机配置的燃气涡轮发动机且/或利用具有任何其他合适的系统配置的系统来实现所公开的方法200。另外，虽然出于图示和讨论的目的，图6描绘按照特定的顺序执行的步骤，但本文中所讨论的方法不限于任何特定的顺序或布置。使用本文中所提供的公开的本领域技术人员将意识到，在不背离本公开的范围的情况下，能够以各种各样的方式将本文中所公开的方法的各种各样的步骤省略、重新安排、组合且/或适应。
如图6中所示出的，在(202)，方法200可以包括将维修工具穿过燃气涡轮发动机的进入孔而插入，使得工具包括定位于发动机内的尖端和定位于发动机外侧的材料供应端。例如，如上文所示，维修工具102可以包括高温导管110，高温导管110在相对的端部112、114之间纵长地延伸。在这样的实施例中，通过将导管110的一部分穿过燃气涡轮发动机10的进入孔62而插入，从而维修工具102的尖端112可以定位于发动机10的内部内，而工具102的材料供应端114可以定位于发动机10外侧。另外，在(204)，方法200可以包括将维修工具的尖端定位成与燃气涡轮发动机的内部旋转构件的表面相邻。
此外，在(206)，方法200可以包括将新材料从维修工具的材料供应端供应至维修工具的尖端。例如，如上文所示，系统100可以包括定位于燃气涡轮发动机10外部的新材料源，比如含有液态金属的炉116。然后，可以将新材料从源116通过高温导管110而导向至维修工具102的尖端112。
进一步，在(208)，方法200可以包括将新材料从维修工具的尖端沿表面的方向排出，使得将新材料涂敷至构件上。具体地，如上文所示，通过高温导管110而导向的液态金属可以从工具102的尖端112排出，并且，可以流动至构件104的表面105上。然后，液态金属可以冷却而固化，从而将新材料108 添加至构件104的表面105上。
现在，参考图7和图8，根据本主题的方面而图示用于执行燃气涡轮发动机10的内部构件的原位维修的系统300的另一实施例的简化图。如图所示，系统300可以包括维修工具302，维修工具302配置成穿过燃气涡轮发动机10的进入孔62(比如，在上文中参考图1-3而描述的进入孔62中的任一个)而插入，从而允许在发动机10的(多个)内部旋转构件(由虚线104指示)上执行原位平衡。
与上述的维修工具102类似，维修工具302可以配置成穿过燃气涡轮发动机10的进入孔62而插入，从而允许在发动机10内供应填充材料，以便将附加新材料108添加至将维修的(多个)内部旋转构件104(例如，(多个)装有叶片的盘)的表面105上。然而，与上述的实施例不同，填充材料可以与如下的固体填充材料(例如，固体粉末材料或固体颗粒化材料)相对应：配置成以高速被导向至表面105上，使得当材料冲击内部构件104时，材料粘附或机械地结合至缺陷106的表面105(图8)。在这样的实施例中，可以经由维修工具302而将固体填充材料从燃气涡轮发动机10外部的定位运输至发动机10内的定位，从而允许将材料作为高速粉末或弹丸而排出或喷洒至可填充的体积108中。由于其高动能而导致当高速颗粒/弹丸冲击内部构件104时，填充材料可能经历塑性变形而粘附至表面105。
如所图示的实施例中所示，维修工具302可以包括供应导管310，供应导管310用于将固体填充材料从发动机10外侧运输至表面105的定位。具体地，如图7中所示出的，供应导管310可以在定位于燃气涡轮发动机10内的尖端312与定位于发动机10外部的材料供应端314之间纵长地延伸。维修工具302的尖端312可以一般配置成定位成与表面105的定位相邻，以便将填充材料导向至构件104中。另外，维修工具302的材料供应端314可以一般与填充材料源和高压气体源两者都流体连通。例如，如图7中所示出的，可以使经由粉末加料器或其他粉末源352而提供的粉末材料(由箭头350指示)与从增压气体源356接收到的增压气流(由箭头354指示)混合。然后，可以将在工具302的材料供应端314处接收到的增压粉末/气体流通过供应导管310而导向至工具302的尖端312，以便随后传递至表面105。
应当理解，在系统300内使用的固体填充材料通常可以对应于如下的任何合适的材料(比如，在冷喷涂过程内典型地利用的任何合适的粉末材料或其他材料)：一与内部构件104冲击，就可以经由材料的塑性变形而与缺陷106的内表面109机械地结合。然而，在若干个实施例中，固体填充材料可以与金属基固体粉末材料或陶瓷基固体粉末材料相对应。
还应当理解，与填充材料混合的气体通常可以与任何合适的气体相对应。然而，在若干个实施例中，气体可以与氦气、氮气和/或空气相对应。另外，在一个实施例中，可以对从增压气体源356提供的气流进行加热。例如，可以将气流导向通过定位于使气流与固体填充材料混合的定位的上游的气体加热器(未示出)。
另外，维修工具302还可以包括喷嘴360，喷嘴360定位于维修工具302的尖端312处或定位成与尖端312相邻，以便提高从工具302排出或喷洒至表面105中的填充材料/气体流的流速。如在图8中具体地示出的，喷嘴360可以限定收敛-发散型几何形状，从而允许填充材料/气体流在流过喷嘴360时被加速。例如，喷嘴可以配置为拉伐尔喷嘴，且因而，可以包括上游收敛区段362和下游发散区段364。因而，随着填充材料/气体流从收敛区段362被导向至发散区段364，该流可以被加速至极高的速度。然后，从工具302的尖端312排出的高速高能量颗粒/弹丸可以冲击表面105，并且，经历塑性变形，从而允许颗粒/弹丸与表面105机械地结合。
应当理解，喷嘴360可以一般配置成将填充材料/气体流加速成如下的任何合适的速度：一与内部构件104冲击，就允许颗粒/弹丸与表面105机械地结合。例如，在一个实施例中，喷嘴360可以配置成将填充材料/气体流加速成超音速流速，比如大于每秒大约330米的流速。
另外，如图7中所示，系统300还可以包括光学探针330，光学探针330配置成与维修工具302相关联而使用。通常，光学探针330可以与在上文中参考图4而描述的光学探针130相同或类似地配置。例如，光学探针330可以与允许通过进入孔62而观察燃气涡轮发动机10的内部的在本领域中已知的管道内窥镜、视频内窥镜或纤维内窥镜或任何其他类似的光学装置相对应。在这样的实施例中，光学探针330可以包括一个或更多个光学元件(由虚线框332示意地指示)，比如一个或更多个光学透镜、光纤、图像捕获装置、电缆等，这些光学元件用于在探针330的尖部334处获得发动机10的内部的视图或图像，并且，将这样的图像从探针尖部334沿着探针330的长度传输或转发至发动机10的外部，从而供在(多个)内部构件104上执行维修程序的人员观察。另外，探针330可以包括光源(由虚线框336指示)，该光源定位于探针尖部334处，或定位成与探针尖部334相邻，从而在发动机10的内部和铰接组件338(例如，通过包括一个或更多个铰接电缆340和(多个)相关联的铰接电动机342)内提供照明，以便调整发动机10的内部内的探针尖部334的取向。
另外，虽然未示出，但应当理解，维修工具302还可以包括用于调整尖端312相对于工具302的剩余部分的取向的合适的部件。例如，维修工具302可以包括与用于光学探针330的铰接组件338类似的铰接组件，从而允许将尖端312的定位相对于正在维修的表面105而准确地定位。
现在，参考图9，根据本主题的方面而图示用于执行燃气涡轮发动机的内部旋转构件的原位平衡的方法400的另一实施例的流程图。通常，将在本文中参考在上文中参考图1-3而描述的燃气涡轮发动机10和在上文中参考图7和图8而描述的系统300而讨论方法400。然而，本领域普通技术人员应当理解，通常，可以利用具有任何其他合适的发动机配置的燃气涡轮发动机且/或利用具有任何其他合适的系统配置的系统来实现所公开的方法400。另外，虽然出于图示和讨论的目的，图9描绘按照特定的顺序执行的步骤，但本文中所讨论的方法不限于任何特定的顺序或布置。使用本文中所提供的公开的本领域技术人员将意识到，在不背离本公开的范围的情况下，能够以各种各样的方式将本文中所公开的方法的各种各样的步骤省略、重新安排、组合且/或适应。
如图9中所示出的，在(402)，方法400可以包括将维修工具穿过燃气涡轮发动机的进入孔而插入，使得工具包括定位于发动机内的尖端和定位于发动机外侧的材料供应端。例如，如上文所示，维修工具302可以包括高供应导管310，高供应导管310在相对的端部312、314之间纵长地延伸。在这样的实施例中，通过将导管310的一部分穿过燃气涡轮发动机10的进入孔62而插入，从而维修工具302的尖端312可以定位于发动机10的内部内，而工具102的材料供应端314可以定位于发动机10外侧。另外，在(304)，方法300可以包括将维修工具的尖端定位成与燃气涡轮发动机的内部旋转构件的表面相邻。
此外，在(406)，方法400可以包括将固体填充材料供应至维修工具的尖端。例如，如上文所示，维修工具302可以与增压气体源356和填充材料源354两者都流体连通，从而允许在工具302的材料供应端314处接收增压填充材料/气体流。然后，可以将增压填充材料/气体流通过供应导管310而导向至工具302的尖端312。
进一步，在(408)，方法400可以包括将固体填充材料从维修工具的尖端以高流速排出，使得当材料冲击内部构件时，材料被导向至表面上而粘附至缺陷的表面。具体地，如上文所示，增压填充材料/气体流可以被导向通过定位于工具302的尖端312处或定位成与尖端312相邻的喷嘴360，以便将填充材料/气体流加速至大致较高的流速，比如超音速。然后，从工具302的尖端312排出的高速高能量颗粒/弹丸可能冲击表面105而经历塑性变形，从而允许颗粒/弹丸与表面105机械地结合。
本书面描述使用示例来公开实施例，包括最佳模式，并且，还允许本领域任何技术人员实施实施例，包括制作并使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。本公开的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员所想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言无差异的结构要素，或如果这些示例包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等同结构要素，则这些示例旨在属于权利要求的范围内。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
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Claims (8)

1.一种用于执行燃气涡轮发动机(10)的内部旋转盘(104)的原位平衡的方法，所述方法包括：
将维修工具(102)穿过所述燃气涡轮发动机(10)的进入孔而插入，所述维修工具(102)包括定位于所述燃气涡轮发动机(10)内的尖端(112)和定位于所述燃气涡轮发动机(10)的外侧的材料供应端(114)，其中所述维修工具(102)包括在所述维修工具(102)的所述材料供应端(114)与所述维修工具(102)的所述尖端(112)之间纵长地延伸的高温导管(110)，且其中所述维修工具(102)包括定位于所述维修工具(102)的所述尖端(112)处或定位成与所述尖端(112)相邻的喷嘴(122)；
将光学探针穿过所述进入孔或所述燃气涡轮发动机的相邻的进入孔而插入，所述光学探针配置成提供所述燃气涡轮发动机内的所述内部旋转盘的视图；
将所述维修工具(102)的所述尖端(112)定位成与所述燃气涡轮发动机(10)的所述内部旋转盘(104)的表面(105)相邻；
将液态金属从所述维修工具(102)的所述材料供应端(114)通过所述高温导管(110)而供应至所述维修工具(102)的所述尖端(112)；以及
将所述液态金属从所述喷嘴沿所述旋转盘(104)的所述表面(105)的方向排出，使得所述液态金属被导向至由所述旋转盘上的缺陷限定的可填充的体积中，使得所述旋转盘重量周向平衡。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述内部旋转盘是包括从平台延伸的翼型的装有叶片的盘(252)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述液态金属被添加至所述平台。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高温导管(110)由陶瓷材料形成。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述维修工具(102)进一步包括与所述高温导管(110)操作相关联地提供的加热元件(120)，进一步包括当通过所述高温导管(110)而供应所述液态金属时，借助于所述加热元件(120)而在所述高温导管(110)内生成热。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述维修工具(102)的所述尖端(112)定位成与所述表面(105)相邻的过程包括，基于所述光学探针(130)所提供的所述视图，将所述尖端(112)相对于所述表面(105)而定位。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所添加的所述液态金属足以围绕轴线来平衡所述旋转盘(104)的重量。
8.一种用于执行燃气涡轮发动机(10)的内部旋转盘(104)的原位平衡的方法，所述方法包括：
将维修工具穿过所述燃气涡轮发动机(10)的进入孔而插入，所述维修工具包括定位于所述燃气涡轮发动机(10)内的尖端和定位于所述燃气涡轮发动机(10)的外侧的材料供应端；
将光学探针穿过所述进入孔或所述燃气涡轮发动机的相邻的进入孔而插入，所述光学探针配置成提供所述燃气涡轮发动机内的所述内部旋转盘的视图;
将所述维修工具的所述尖端定位成与所述燃气涡轮发动机(10)的所述内部旋转盘(104)的表面(105)相邻；
将固体填充材料(108)供应至所述维修工具(102)的所述尖端(112)；以及
将所述固体填充材料(108)从所述维修工具(102)的所述尖端(112)以高流速排出，使得当所述固体填充材料(108)在使旋转盘重量周向平衡位置处冲击所述内部旋转盘(104)时，所述固体填充材料(108)被导向至所述表面(105)上且粘附至所述表面(105)，其中所述固体填充材料被导向至由所述内部旋转盘上的缺陷限定的可填充的体积中。
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