CN113874169B - 用于安装飞机发动机的高压轴的工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在高压涡轮级已拆下的情况下安装并轴向固定飞机发动机的高压轴(80)的工具(1)及该工具的使用。该工具(1)包括：‑轴端盖元件(2)，具有与特定轴直径相适配的内半径以插接在该高压轴(80)的涡轮侧端(84)上；‑轴端盖容纳区域(3)，用于使轴端盖元件(2)径向移动和以在第一方向上在轴向上受限的方式容纳该轴端盖元件；以及‑阻挡元件(4)，可固定到轴端盖容纳区域(3)并且包括轴(5)，该轴可引入到高压轴中，该阻挡元件包括用于轴向固定轴端盖容纳区域(3)的固定元件(6)，其中提供了弹簧元件(12)，该弹簧元件相对于该轴端盖容纳区域(3)固定以用于在径向方向上向轴端盖元件(2)施加特定的弹簧力。根据本发明的使用涉及将所述工具附接到飞机发动机的高压轴(80)。

Description

用于安装飞机发动机的高压轴的工具
本发明涉及一种用于在高压涡轮级被拆下的情况下保持并轴向固定飞机发动机的高压轴的工具及该工具的使用。
在飞机发动机的维护、修理或改进期间，需要将各个部件和模块从发动机拆下，以可以在单独处理后重新安装这些部件和模块。如果没有完全拆开飞机发动机，由于飞机发动机中常见的轻量化设计以及相关的单独支撑结构的省略，通常不可能拆下任意部件或模块。这是因为飞机发动机的部件和模块相互连接，使得它们相互支撑或相互安装，从而可以省去单独的支撑结构(如已知的其他机器，特别是固定式机器)，部件和模块分别可拆卸地紧固到这些支撑结构。
除了大量其他类型的发动机之外，该发动机的一个示例是国际航空发动机公司(IAE)制造的V2500型发动机。在该飞机发动机的情况下，高压轴通过固定轴承安装在非旋转前轴承室的一侧，该固定轴承被配置为滚动轴承且布置在高压压缩机模块的上游。在另一侧，在燃烧腔室的区域中且因此在高压涡轮模块的上游设置作为浮动轴承的另一滚动轴承。例如，如果出于维护目的而仅移除前轴承室，则高压轴的轴向固定仅由安装在高压涡轮模块上的保持器实现。如果仅移除高压涡轮模块，则轴向固定仅由前轴承室的固定轴承实现。
对于作为示例提及的V2500发动机而言情况是如果未完全拆开发动机，则无法限定其中前轴承室和高压涡轮模块都被拆下的构造状态，并且在大量其他类型的飞机中也是如此。因此，对上述两个部件的维护和修理工作可以仅按顺序进行，结果是发动机的处理时间可能显著地增加。
本发明的目的是提供一种工具和该工具的使用，借助于它们可以避免或至少减少现有技术的缺点。
该目的通过根据主权利要求所述的工具和根据权利要求11所述的工具的使用来实现。从属权利要求的主旨包括有利的改进。
因此，本发明涉及一种用于在高压涡轮级被拆下的情况下保持并轴向固定飞机发动机的中空的高压轴的工具，该工具包括：
-轴端盖元件，具有与预定轴直径相适配的内半径，以用于插接在高压轴的涡轮侧端上，
-轴端盖容纳部，用于以使轴端盖元件径向上可移动的方式并且轴向上在第一方向上受限的方式容纳轴端盖元件，以及
-连接器元件，可紧固到轴端盖容纳部并且具有可被引入地高压轴中的柄部，该连接器元件包括用于轴向固定轴端盖容纳部的固定元件，其中
提供有弹簧元件，该弹簧元件相对于轴端盖容纳部位置固定，以用于在径向方向上向轴端盖元件施加预定的弹簧力。
此外，本发明涉及根据本发明的工具的使用，该使用包括以下步骤：
a)拆下飞机发动机的一个或多个高压涡轮级；
b)将轴端盖元件插接在高压轴的涡轮侧端上；
c)将具有固定元件的连接器元件的柄部引入到高压轴中；
d)将轴端盖容纳部安装在轴端盖元件周围；
e)将连接器元件连接到轴端盖容纳部，使得轴端盖容纳部由连接器元件的固定元件轴向固定；以及
f)通过相对于轴端盖容纳部位置固定的弹簧元件在径向方向上向轴端盖元件施加弹簧力。
通过根据本发明的工具，飞机发动机的高压轴可以在高压涡轮级被拆下的情况下在轴向方向上完全固定，同时经由弹簧元件在径向方向上得到保持，使得通过预定的弹簧力，可以模拟在安装高压涡轮级的情况下作用在高压轴上的重力。因此，高压轴在径向方向上不是完全固定的，而是仅用对应于所述重力的弹簧力加载，从而一方面将轴保持在所需的期望位置，而另一方面不通过位于所述轴的后端处的固定轴承将不期望的应力引入到高压轴中。
轴向固定由轴端盖容纳部与连接到轴端盖容纳部的柄部的相互作用来实现，其中由于轴向限制，轴端盖容纳部阻止具有装配的轴端盖元件的高压轴在第一方向上、具体是例如在轴端盖元件的方向上移动，通过柄部的固定元件可以阻止高压轴相对于轴端盖容纳部的与第一方向相反(例如，远离轴端盖元件)的轴向移动。
因此，高压轴可相对于轴端盖容纳部在轴向方向上完全固定，而仅在径向方向上施加预定的力，但是原则上，高压轴可相对于轴端盖容纳部在径向方向上稍微移动，至少原则上是这样，这是因为特别是在该方向上没有固定轴承。通过固定轴端盖容纳部，因此实现了对飞机发动机的高压轴的期望保持和轴向固定。
优选弹簧元件在弹簧力方面是可调节的。因此，可以调节对于某一发动机、某一发动机变型(即，发动机类型的多个变型中的一个)和/或某一类型的发动机预定的弹簧力。在适当的情况下，当工具处于发动机上的安装状态时，如果需要，也可以重新调节弹簧力。
连接器元件的柄部上的固定元件原则上可设计成用于与中空高压轴的内侧进行力配合连接。然而，优选的是，设计成与高压轴形状配合连接。为此，固定元件可以与多个底切部相互作用，这些底切部由于在轴向方向上改变的内直径而规则地存在于飞机涡轮的高压轴中。
因此，固定元件可以是例如锁定件，该锁定件布置在自由的柄部端部上以被引入到高压轴中且在柄部的两侧上延伸并且优选地可垂直于柄部的纵轴线和/或柄部的轴线枢转。在枢转状态下，固定元件可引入到中空高压轴中，而在未枢转状态下，锁定件在径向方向上延伸至最大，且因此可与中空轴内部中的支承面相互作用。
为了主动枢转锁定件，可以提供致动装置，例如拉线。然而，特别优选的是，锁定件相对于柄部具有非对称的重量分布。在该情况下，仅通过旋转柄部就可以使锁定件移动到竖直定向中或移动到使锁定件相对于柄部枢转的定向中。
根据本发明的工具特别是可以通过支架或保持器相对于飞机发动机定位或固定。然而，优选的是，工具直接紧固到飞机发动机，从而实际上排除了由于工具与飞机发动机之间的相对移动而造成损坏的风险。
优选地，因此，提供紧固元件，该紧固元件用于在高压涡轮级被拆下的情况下将工具位置固定地紧固到飞机发动机，该紧固元件具有紧固区域,以用于使轴端盖容纳部紧固到紧固区域。例如，紧固元件可以配置成将工具紧固到燃烧腔室的凸缘。工具的可拆卸地紧固例如可通过螺纹件实现。
紧固元件优选地在预定位置中紧固到飞机发动机。为此，紧固元件区域可以优选地配置成使得工具事实上可以仅在单个预定位置上紧固到发动机。这例如可以如下方式实现：紧固区域以及特别是设置在其上的用于螺纹接合的孔以精确配合的方式适配于设置在发动机上的紧固点。特别是在紧固元件上至少布置有或紧固有弹簧元件的情况下，通过对应地将工具正确地紧固到飞机发动机来实现弹簧元件的预定定向，从而例如能够模拟重力。
优选的是，轴端盖元件的设置成与高压轴接触的轴承和/或接触表面以及/或者固定元件的设置成与高压轴接触的轴承和/或接触表面由比高压轴的材料更软的材料制成，优选由塑料制成，更优选由PTFE制成。因此，可以有效地防止在使用根据本发明的工具时对高压轴造成损坏。
在每种情况下，为每个期望的发动机类型提供根据本发明的工具是有利的，然后在每种情况下，该工具按照发动机类型精确地定制。因此，紧固区域可精确地与该类型的发动机的分别设置的紧固点相适配，并且轴轴承元件的相对位置和曲率可精确地适配该类型的发动机的高压轴。这简化了对根据本发明的工具的使用，这是因为不必专门在工具上执行按照特定发动机的调节。
为了使用根据本发明的工具，首先拆下飞机发动机的高压涡轮。因此，高压轴的后端伸出发动机。在该状态下，高压轴的轴向固定仍然通过高压轴的固定轴承进行，该固定轴承例如设置在靠近高压压缩机的前轴承室中。
于是在可能的使用变型中，首先将轴端盖元件插接在高压轴的涡轮侧端上，并且将具有固定元件的连接器元件的柄部引入到高压轴中。然后，将轴端盖容纳部安装在轴端盖元件周围且连接到连接器元件的柄部，其中连接器元件已经通过固定元件连接到高压轴，由此使得根据本发明的工具的安装在高压轴上的部分在轴向方向上相对于高压轴位置固定。
通过适当地紧固轴端盖容纳部，高压轴然后可以相对于发动机在轴向方向上固定，而由于轴端盖元件的可移动性和轴端盖容纳部的可移动性在径向方向上保持一定可移动性。然而，通过相对于轴端盖容纳部位置固定的弹簧元件，在需要时，可以将预定的弹簧力在径向方向上施加到轴端盖元件上，并且因此施加到高压轴上。
轴端盖容纳部的紧固优选地可通过如上所述的紧固元件实现，该紧固元件允许位置固定地紧固到发动机自身。在此，在轴端盖容纳部的紧固期间，弹簧元件优选地尚未安装，并且仅在稍后安装。
紧固元件用为此设置的构件紧固到发动机，例如紧固到燃烧腔室凸缘，使得紧固元件的紧固区域适当地布置成使得轴端盖容纳部紧固到紧固区域。然后，优选以轴向和/或径向可变的方式将轴端盖容纳部紧固到紧固区域，即轴端盖容纳部和紧固区域不具有相对于彼此固定地限定的用于紧固的相对位置，而是在可以彼此连接的同时在轴向和/或径向方向上相对于彼此移位。连接或紧固可以以力配合的方式进行。
在将轴端盖容纳部紧固到燃烧腔室凸缘之后，可以通过已经提及的弹簧元件将预定的弹簧力在径向方向上施加到轴端盖元件，特别是以便模拟以其他方式作用在高压轴上的高压涡轮的重力。在此，弹簧元件可以优选地布置在紧固元件上或连接到紧固元件。
由此，通过工具来实现保持高压轴，然后例如可以拆下高压轴的固定轴承。在此，为了防止高压轴的前部下垂，可以预先在远离工具的区域中在高压轴上安装临时径向支撑件。通过现有技术已知形成用于高压轴的附加浮动轴承的对应支撑件，并且该支撑件可用于大量不同的发动机类型。
现在将参照附图基于优选的示例性实施例进一步描述本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的工具的第一示例性实施例；
图2示出了根据本发明的使用根据图1的工具的示意图；以及
图3a-3e示出了使用来自图1的工具实现图2中所图示的状态的示意图。
图1示出了根据本发明的工具1的第一示例性实施例，其中将在下面解释的工具的各个部件被组装。在图2中，示出了处于使用状态的工具1。图3e根据图2最后示出了处于使用状态的工具1的截面。除了工具1或其部件之外，图2和图3还示出了飞机发动机的一些部分，即高压轴80的后端以及具有周边凸缘82的燃烧腔室81的端部区域。
工具1包括轴端盖元件2，该轴端盖元件的内直径与飞机发动机的高压轴的涡轮侧端的直径相适配，提供工具1以用于飞机发动机的高压轴的涡轮侧端。轴端盖元件2可以与工具1的其余部件分开并且配置成使得该轴端盖元件可以插接在高压轴的相关端上。
在安装有工具的状态下，轴端盖元件2布置在轴端盖容纳部3中，该轴端盖容纳部限制或阻止轴端盖元件2在由箭头90指示的第一方向上移动，但同时允许轴端盖元件2在一定程度上径向移动。为此，轴端盖容纳部3的内半径大于轴端盖元件2的外半径，在该示例性实施例中，轴端盖容纳部还配置成盖的形式。
连接器元件4可拆卸地紧固到轴端盖容纳部3，该连接器元件具有可引入到高压轴中的柄部5，该连接器元件包括用于轴向固定轴端盖容纳部3的固定元件6。
在此，如下面将通过图3解释的，固定元件6设计成与高压轴80形状配合连接并作为锁定件8，该锁定件可绕轴线7枢转、在柄部5的两侧上延伸并且具有相对于柄部5非对称的重量分布。正是由于该非对称的重量分布，其中处于竖直定向上的锁定件8的重心根据可变定向的柄部5的旋转而位于轴线7的下方或上方，锁定件8移动到如图1中所示的用于轴向固定的位置中或移动到相对于柄部5的成角度位置中，在该成角度位置中连接器元件4可以插入到发动机的高压轴中或从该高压轴再次移除。
在柄部5上还设置有由软塑料制成的引导元件5'，通过该引导元件来确保柄部5自身不与高压轴80的内壁接触且不可能在那里引起任何损坏。
轴端盖容纳部3被紧固到紧固元件10的紧固区域9。在此，紧固区域9配置成套筒或衬套的形式并且与轴端盖容纳部3的外直径相适配，使得轴端盖容纳部在紧固区域9中不仅可以在轴向上可变地紧固并且在一定程度上在径向方向上也可变地紧固。为此，在通过螺纹件11将轴端盖容纳部固定在期望的轴向和径向位置之前，轴端盖容纳部3可以相对于紧固区域9具有一定程度的间隙。
在紧固元件10上还设置有弹簧元件12，该弹簧元件在将轴端盖容纳部3固定到紧固元件10之后相对于该紧固元件位置固定。弹簧元件12穿过轴端盖容纳部3伸出并且设计成将其弹簧力在径向方向上施加到轴端盖元件2(参见图3)。弹簧元件12可经由设定螺纹件13在施加到轴端盖元件2上的弹簧力方面进行调节。
紧固元件10具有三个延伸臂14，以用于紧固到飞机发动机的燃烧腔室81的凸缘82(参见图2)。在此，延伸臂14被布置和设计成使得紧固元件10只能在一个预定位置中紧固到飞机发动机。由于在安装状态下的该确定位置，可以确保布置在紧固元件10上的弹簧元件12在安装状态下竖直定向，并且可以模拟以其他方式作用在涡轮侧端上的高压涡轮级的重力。
在使用工具1期间与高压轴直接接触的部件(即轴端盖元件2和固定元件6)完全由塑料制成，或至少在对应的接触表面上设置有塑料层。因为例如PTFE的塑料通常比高压轴的材料更软，因此可以有效地避免对高压轴的任何损坏。
通过图3a-3e，现在将举例解释根据图1的工具1的安装，以便实现图2中所示出的使用状态。
在图3a中，高压涡轮级被从飞机发动机拆下，其中仅示出了高压轴80的后部和燃烧腔室81的端部区域，由此，高压轴80的涡轮侧端84被暴露。
轴端盖元件2插接在高压轴80的该暴露端84上(图3b)。由于轴端盖元件的内半径与高压轴80的直径相适配，该轴端盖元件2牢固地安装在高压轴80上，其中盖形状确保轴端盖元件2实际上也保持在高压轴80的涡轮侧端84上。
然后，将连接器元件4的柄部5引入到高压轴80中，使得固定元件6位于高压轴80的轴直径增大的区域85中(图3c)。然后通过使柄部5绕其纵向轴线适当旋转，由于设计成锁定件8的固定元件6的重量分布不均匀，所以可以实现相对于柄部5的正交定向，其中固定元件6不再穿过高压轴80离开，而是与底切部形成形状配合连接，从而与高压轴80的直径增加的区域85形成形状配合连接。
柄部5通过引导元件5'保持远离高压轴80的内壁。
在下一步骤中，将轴端盖容纳部3安装在轴端盖元件2周围，并且产生连接器元件4的柄部5之间的连接(图3d)。通过充分支撑轴端盖容纳部3和连接器元件4，工具1的已经安装的部件2-4可以相对于高压轴80在轴向方向上固定：通过对应地限制轴端盖容纳部3来阻止轴端盖元件2相对于高压轴80的轴向移动，该轴端盖容纳部进而通过连接器元件4的支撑而在轴向方向上固定。
尽管存在该轴向固定，但轴端盖元件2相对于轴端盖容纳部3在径向方向上仍然可以至少相对较小地相对移动。
最后，安装紧固元件10(图3e)。为此，紧固元件10经由延伸臂14在唯一可能的位置紧固到燃烧腔室80的后凸缘82，否则至少一个高压涡轮级紧固到该后凸缘。在该状态下，轴端盖容纳部3位于紧固区域9内，并且可以通过螺纹件11在紧固区域内精确定位到期望的位置。
设置在紧固元件10上的弹簧元件12然后可经由设定螺纹件13进行微调，由此将预定的弹簧力施加到轴端盖元件2上，该轴端盖元件原则上可继续径向移动，所述弹簧力模拟以其他方式安装在该点处的高压涡轮级的重力。

Claims (14)

1.一种用于在高压涡轮级被拆下的情况下保持并轴向固定飞机发动机的中空的高压轴(80)的工具(1)，所述工具包括：
-轴端盖元件(2)，具有与所述高压轴(80)的涡轮侧端(84)处的预定轴直径相适配的内半径，以用于插接在所述高压轴(80)的所述涡轮侧端(84)上，
-轴端盖容纳部(3)，用于以使所述轴端盖元件(2)径向地能移动的方式并且在沿着轴向方向的第一方向上轴向地受限的方式容纳所述轴端盖元件，以及
-连接器元件(4)，能紧固到所述轴端盖容纳部(3)并且具有能插入到所述高压轴中的柄部(5)，所述连接器元件包括用于轴向固定所述轴端盖容纳部(3)的固定元件(6)，其中
提供有弹簧元件(12)，所述弹簧元件相对于所述轴端盖容纳部(3)位置固定，以用于在径向方向上向所述轴端盖元件(2)施加预定的弹簧力。
2.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，
所述弹簧元件(12)在所述弹簧力方面是能调节的。
3.根据权利要求1或2所述的工具，其特征在于，
所述固定元件(6)设计成与所述高压轴(80)形状配合连接。
4.根据权利要求1或2所述的工具，其特征在于，
所述固定元件(6)是在所述柄部(5)的两侧上延伸的能枢转的锁定件(8)。
5.根据权利要求4所述的工具，其特征在于：
所述锁定件(8)具有相对于所述柄部(5)非对称的重量分布。
6.根据权利要求1或2所述的工具，其特征在于，
提供有紧固元件(10)，所述紧固元件用于在所述高压涡轮级被拆下的情况下将所述工具(1)位置固定地紧固到所述飞机发动机，所述紧固元件具有紧固区域(9)，所述轴端盖容纳部(3)紧固到所述紧固区域。
7.根据权利要求6所述的工具，其特征在于，
所述紧固区域(9)和/或所述轴端盖容纳部(3)设计成用于使所述轴端盖容纳部(3)相对于所述紧固区域(9)以轴向和/或径向可变的方式紧固。
8.根据权利要求6所述的工具，其特征在于，
所述紧固元件(10)被设计成紧固到所述飞机发动机的燃烧腔室(81)的凸缘(82)。
9.根据权利要求6所述的工具，其特征在于，
所述紧固元件(10)配置成使得所述紧固元件只能在单个预定位置上紧固到所述飞机发动机。
10.根据权利要求1或2所述的工具，其特征在于，
所述轴端盖元件(2)的设置成与所述高压轴(80)接触的轴承和/或接触表面以及/或者所述固定元件(6)的设置成与所述高压轴接触的轴承和/或接触表面由比所述高压轴(80)的材料更软的材料制成。
11.根据权利要求10所述的工具，其特征在于，所述轴端盖元件(2)的设置成与所述高压轴(80)接触的轴承和/或接触表面以及/或者所述固定元件(6)的设置成与所述高压轴接触的轴承和/或接触表面由塑料制成。
12.根据权利要求11所述的工具，其特征在于，所述轴端盖元件(2)的设置成与所述高压轴(80)接触的轴承和/或接触表面以及/或者所述固定元件(6)的设置成与所述高压轴接触的轴承和/或接触表面由PTFE制成。
13.根据前述权利要求中任一项所述的工具(1)来保持并轴向固定飞机发动机的高压轴(80)的使用，包括以下步骤：
a)拆下所述飞机发动机的一个或多个高压涡轮级；
b)将所述轴端盖元件(2)插接在所述高压轴(80)的涡轮侧端(84)上；
c)将具有所述固定元件(6)的所述连接器元件(4)的所述柄部(5)引入到所述高压轴(80)中；
d)将所述轴端盖容纳部(3)安装在所述轴端盖元件(2)上；
e)将所述连接器元件(4)连接到所述轴端盖容纳部(3)，使得所述轴端盖容纳部(3)通过所述连接器元件(4)的所述固定元件(6)轴向固定；以及
f)通过相对于所述轴端盖容纳部(3)位置固定的弹簧元件(12)在径向方向上向所述轴端盖元件(2)施加弹簧力。
14.根据权利要求13所述的使用，其特征在于，
为了使所述工具(1)相对于所述飞机发动机在轴向方向上固定，提供紧固元件(10)，所述紧固元件能够紧固到所述飞机发动机并且具有紧固区域(9)，所述轴端盖容纳部(3)紧固至所述紧固区域。
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