CN1776200A - 制造经修理的涡轮发动机静叶组件的方法和经修理的组件 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于制造经修理的涡轮发动机的静叶组件(10)的方法，该静叶组件(10)包括至少一个连接在间隔开的第一和第二叶根缘板(12，14)之间的翼型(16)。该方法包括提供第一叶片装配件(28)，其包括第一叶根缘板(12)的至少一部分、翼型(16)以及与翼型(16)相连的第二叶根缘板(14)的第一段(34)。还提供了包括有第二叶根缘板(14)的第二段(40)的第二叶片装配件(30)，该第二段(40)带有凹腔(42)，其具有足以容纳第二叶根缘板(14)的第一段(34)的形状和尺寸。第一段(34)设于凹腔(42)中，之后例如通过铜焊或焊接来将第一和第二段(34，40)相连。这样便提供了一种包括结合在一起的第一和第二叶片装配件(28，30)的结构更可靠的经修理的涡轮发动机静叶组件(10)。

Description

制造经修理的涡轮发动机静叶组件的方法和经修理的组件
技术领域
本发明涉及涡轮发动机部件的修理，更具体地涉及对受损燃气涡轮发动机的静叶组件的修理。
背景技术
通常在发动机运转期间受到过度磨损或损坏或在制造期间受损的涡轮发动机的静叶组件的例子是处于燃气涡轮发动机的热运转涡轮段中的静叶组件。这种物件有时称为涡轮喷嘴或涡轮喷嘴组件，其通常包括至少一个翼型，以及用于空气冷却的通道和开孔。在这种发动机位置上，静叶组件在发动机的服务运转期间会承受到高温的恶劣环境条件。结果是会发生一定程度的破损，为了实现安全有效的运转，需要修理或更换该组件。如在本领域中众所周知的那样，制造这种空气冷却的涡轮部件通常比较昂贵，这是因为其设计复杂且由相对昂贵的材料如高温超合金制成。因此，通常是修理而非更换这种部件。
用于修理涡轮发动机的静叶组件的方法和装置的文献包括Cohen等人的美国专利4305697(于1981年12月15日授权)和Reverman等人的美国专利5758416(于1998年6月2日授权)。在这种涡轮叶片组件的修理期间，重要的是保持装配零件如翼型和间隔开的叶根缘板之间的相对位置，其中翼型固定在叶根缘板之间。在这样一类修理的期间，为了修理和/或更换这种单独的零件，首先要将内、外叶根缘板和翼型拆开。在该修理中，为了提供经修理的组件而将新的或修理过的零件重新装配起来的过程类似于叶片组件的初始制造过程。它包括例如通过在翼型残端的周围进行铜焊或焊接来将单个翼型的末端连接到间隔开的叶根缘板上，同时使所有这些零件保持在精确的相对位置处。这种修理会提供其连接构造并非是初始设计在物件中的许多接头。
希望能够提供一种用于制造经修理的涡轮发动机静叶组件的方法，其只需较少数量的零件、接头和修理步骤，从而在翼型和叶根缘板的连接处为经修理的组件带来增强的结构完整性。这种特征对于多翼型叶片组件的翼型之间的叶根缘板部分来说尤其重要。
发明内容
一方面，本发明提供了一种用于制造经修理的涡轮发动机静叶组件的方法，该静叶组件包括第一和第二径向间隔开的叶根缘板，以及至少一个位于它们之间的翼型。该翼型包括间隔开的第一和第二翼型端部。本方法提供了：第一叶片装配件，其包括在第一翼型端部处与翼型相连的第一叶根缘板的至少一部分；以及第二叶根缘板的第一段，其具有第一选定外周形状的第一边缘部分，并且在第二翼型端部处与翼型相连。还提供了包括有第二叶根缘板的第二段的第二叶片装配件，该第二段在其内包括有第一凹腔，其具有与第一选定外周形状基本上相同的形状的第二边缘部分，并且具有足以在其中容纳第二叶根缘板第一段以使第一和第二边缘部分并置在一起的尺寸。第二叶根缘板第一段设于第二叶根缘板第二段的第一凹腔中，并且第一和第二边缘部分并置在一起。然后在第一和第二边缘部分的周围将第一和第二叶片装配件连接起来，从而提供了经修理的涡轮发动机的静叶组件。
在另一方面，本发明提供了一种包括上述零件的经修理的涡轮发动机静叶组件。在这种组件中，将第一和第二叶片装配件在并置的第一和第二边缘部分处连接起来。
附图说明
图1是典型的燃气涡轮发动机的涡轮静叶组件的透视图；
图2是图1所示叶片组件的分解视图，显示了现有技术中的装配叶片零件的方法；
图3是根据本发明的经修理的涡轮发动机静叶组件的一个实施例的分解视图。
具体实施方式
下面将结合形式为代表了典型静叶组件的轴流式燃气涡轮发动机的固定式涡轮喷嘴来介绍本发明。这种发动机在串行流程上大体上从前至后地包括一个或多个压缩机、燃烧段以及一个或多个围绕发动机的纵向轴线而轴对称地设置的涡轮段。因而，如此处所运用的那样，使用了用语“轴向”或“轴向地”形式的词组如“轴向向前地”和“轴向向后地”指相对于发动机轴线的相对位置或大致方向；使用了用语“周向”形式的词组通常指围绕发动机轴线的大致周向位置或方向；而使用了用语“径向”形式的词组如“径向地背离”通常指离开发动机轴线的相对径向位置或方向。
目前用于修理因服务运转而损坏的燃气涡轮发动机的固定式涡轮喷嘴或静叶组件的一种方法包括将内、外叶根缘板从设置在叶根缘板之间的至少一个翼型上拆下来。图1的透视图显示了典型的燃气涡轮发动机的静叶或喷嘴组件10。静叶组件10包括第一即外叶根缘板12、与第一叶根缘板12间隔开的第二即内叶根缘板14，以及连接在叶根缘板12和14之间的多个翼型16，在本实施例中为两个。
在在图1所示涡轮静叶组件10的实施例中包括有负荷阻挡突起(load stop protrusion)18，其沿着内叶根缘板14的轴向21的向后部分而在周向19上延伸，并通常在径向23上背离翼型16而突出来。在内叶根缘板14的初始制造期间，通常在将其装配到涡轮喷嘴组件中之前，将负荷阻挡突起18精确地浇铸成叶根缘板14的一个整体部分。在这个示例中，负荷阻挡突起18用作涡轮喷嘴组件10的径向内后方的承载安装部分。由于与内叶根缘板14形成一个整体而不是与内叶根缘板14相连的单独零件，因此负荷阻挡物18和内叶根缘板14之间的连接在结构上更能够承载安装负荷。
在图2中以透视图的方式显示了图1所示涡轮叶片组件10的零件的分解视图。在一种用于对在发动机服务运转、制造或其它过程期间受损的涡轮发动机叶片组件进行修理的现有技术的方法中，需要将第一即外叶根缘板12、第二即内叶根缘板14和翼型16拆开。在图2所示的实施例中，翼型16包括第一翼型残端20和第二翼型残端22，它们分别设置在叶根缘板孔24和26中，用于在叶根缘板12和14之间进行对准和连接。在这种拆卸之后，用新的或经修理的零件来替换任何受损的零件，并将整个物件重新装配起来以供使用。在这种现有技术的示例中，需要至少四个单独的连接接头，例如铜焊或焊接接头，同时需要将四个单独的零件彼此之间固定在精确的设计位置中。利用现有技术方法的这种经修理的物件会包括并非初始设计在物件中的接头构造。
本发明的一种形式提供了用于制造经修理的涡轮发动机静叶组件的方法，其使用了较少的专用零件和较少的连接接头，以及更少的修理时间和成本。另外，本发明可包括将负荷阻挡突起18包含于其中的整体式的新替换材料。结果，根据本发明的经修理的涡轮发动机叶片组件具有增强的承载结构稳定性。
图3中的分解透视图显示了结合本发明的一种形式来使用的零件。第一叶片装配件大致以标号28表示，第二叶片装配件大致以标号30表示。
第一叶片装配件28包括在第一翼型端部32处与至少一个翼型16相连的第一即外叶根缘板12中的至少一部分，在该示例中是全部，第一翼型端部32并不需要包括残端，例如图2所示的翼型残端20。第一叶片装配件28还包括第二叶根缘板的第一段34，其具有选定外周形状的第一边缘部分36。段34在第二翼型端部38处与翼型16相连，第二翼型端部38也不需要包括残端，例如图2所示的翼型残端22。
第二叶片装配件30有时称为“窗框”式内带或内叶根缘板，其包括第二叶根缘板的第二段40，该第二段40在其中包括由与第一边缘部分36的选定外周形状基本上相同的第二边缘部分44所限定的第一凹腔42。第一凹腔42具有足以在其中容纳第二叶根缘板第一段34的尺寸，使得当段34处于第一凹腔42中时，第一边缘部分36和第二边缘部分44并置在一起。
在图3所示的实施例中，第一叶片装配件28包括负荷阻挡突起18，其沿着第二叶根缘板第一段34在周向19上延伸，并在径向23上背离翼型16延伸。在发动机的运转期间，空气动力负荷作用在翼型16上，并必须通过负荷阻挡突起18而传递到支撑了涡轮叶片组件10的发动机结构上。根据本发明的一种形式，通过在第一装配件28上结合有负荷阻挡突起18，就可以避免额外的修理用接头，而且空气动力负荷不会越过具有并非初始设计在涡轮叶片组件10中的结构的修理用接头。负荷阻挡突起18具有具有第二外周形状的突起边缘部分46。在该实施例中，第二叶片装配件30包括第二凹腔48，其具有与第二外周形状基本上相同的形状的第二凹腔边缘部分50。第二凹腔48具有足以在其中容纳负荷阻挡突起18的尺寸，使得当突起18处于第二凹腔48中时，突起边缘部分46与第二凹腔边缘部分50并置在一起。
第一叶片装配件28和/或第二叶片装配件30可以分别由新的零件或从之前制出的涡轮叶片组件中回收来的有用部分而提供。由于存在于这种回收部分中的连接接头在初始制造期间已经受到了精确的控制，因此这些部分包括初始设计在物件中的接头构造。当以新的零件来提供第一叶片装配件28和/或第二叶片装配件30时，可以包括增强的替换材料以增强诸如涡轮叶片组件10的结构稳定性和工作寿命等特征。根据本发明的一些形式，可以减少修理连接接头的数量，并通过其承载部分来提供更容易生产且结构上更稳定和更完整的物件。
在本发明方法的一种形式中，第一叶片装配件28的第二叶根缘板第一段34布置在第二叶片装配件30的第一凹腔42中，并使第一边缘部分36和第二边缘部分44并置在一起。之后例如通过铜焊或焊接而在第一边缘部分36和第二边缘部分44附近将第一叶片装配件28和第二叶片装配件30连接起来，从而提供经修理的涡轮发动机的叶片组件10。
在图3所示的实施例中，本方法另外还包括将第一叶片装配件28的负荷阻挡突起18布置在第二叶片装配件30的第二凹腔48中，并使突起边缘部分46与第二凹腔边缘部分50并置在一起。而后例如通过铜焊或焊接来将边缘部分46和50连接起来，从而提供经修理的涡轮发动机的叶片组件10。
在上文中已经结合特定的实施例、结构和方法介绍了本发明。然而应当理解，它们只是典型的和代表性的，而决不限制本发明的范围。例如涉及涡轮发动机及其设计、构造和修理等领域中的技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求的范围的条件下，本发明可具有多种变型和改型。

Claims (10)

1.一种用于制造经修理的涡轮发动机的静叶组件(10)的方法，所述叶片组件(10)包括第一叶根缘板(12)、与所述第一叶根缘板(12)径向(23)间隔开的第二叶根缘板(14)，以及至少一个位于它们之间的翼型(16)，所述翼型(16)包括第一翼型端部(32)和与所述第一翼型端部(32)间隔开的第二翼型端部(38)，所述方法包括步骤：
提供第一叶片装配件(28)，其包括在所述第一翼型端部(32)处与所述翼型(16)相连的所述第一叶根缘板(12)的至少一部分，以及第二叶根缘板的第一段(34)，其具有第一选定外周形状的第一边缘部分(36)，并且在所述第二翼型端部(38)处与所述翼型(16)相连；
提供包括第二叶根缘板的第二段(40)的第二叶片装配件(30)，所述第二叶根缘板第二段(40)包括位于其中的第一凹腔(42)，其具有与所述第一选定外周形状基本上相同的第二边缘部分(44)，并具有足以在其中容纳所述第二叶根缘板第一段(34)以使所述第一和第二边缘部分(36，44)并置在一起的尺寸；
将所述第一叶片装配件(28)的所述第二叶根缘板第一段(34)布置在所述第二叶片装配件(30)的第二叶根缘板第二段(40)的第一凹腔(42)中，并使所述第一和第二边缘部分(36，44)并置在一起；之后，
在所述第一和第二边缘部分(36，44)的周围将所述第一叶片装配件(28)和所述第二叶片装配件(30)连接起来，从而提供经修理的涡轮发动机叶片组件(10)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述第一叶片装配件(28)包括与所述第一叶根缘板(12)相连的多个翼型(16)；和
所述第二叶根缘板第一段(34)在所述第二翼型端部(38)处与所述多个翼型(16)相连，并包括位于所述多个翼型(16)之间的所述第二叶根缘板(14)的材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一叶根缘板(12)是所述叶片组件(10)的在径向(23)上的外叶根缘板，而所述第二叶根缘板(14)是所述叶片组件(10)的在径向(23)上的内叶根缘板。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二叶根缘板第一段(34)和所述第二叶根缘板第二段(40)一起限定了所述第二叶根缘板(14)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述第二叶根缘板第一段(34)包括负荷阻挡突起(18)，其沿着所述第二叶根缘板第一段(34)在周向(19)上延伸，并在径向(23)上背离所述至少一个翼型(16)延伸，所述负荷阻挡突起(18)具有第二选定外周形状的突起边缘部分(46)；
所述第二叶根缘板第二段(40)包括第二凹槽(48)，其具有与所述第二选定外周形状基本上相同的第二凹腔边缘部分(50)，并具有足以在其中容纳所述负荷阻挡突起(18)而使所述突起边缘部分(46)和所述第二凹腔边缘部分(50)并置在一起的尺寸；
将所述第一叶片装配件(28)的所述第二叶根缘板第一段(34)布置在所述第二叶片装配件(30)的第二叶根缘板第二段(40)的第一凹腔(42)中，并使所述第一和第二边缘部分(36，44)并置在一起，以及所述突起边缘部分(46)和所述第二凹腔边缘部分(50)并置在一起；之后
在所述第一和第二边缘部分(36，44)的周围以及所述突起边缘部分(46)和所述第二凹腔边缘部分(50)的周围将所述第一叶片装配件(28)和所述第二叶片装配件(30)连接起来，从而提供经修理的涡轮发动机叶片组件(10)。
6.一种经修理的涡轮发动机的静叶组件(10)，包括第一叶根缘板(12)、与所述第一叶根缘板(12)径向(23)间隔开的第二叶根缘板(14)，以及至少一个位于它们之间的翼型(16)，所述翼型(16)包括第一翼型端部(32)和与所述第一翼型端部(32)间隔开的第二翼型端部(38)，所述叶片组件(10)包括：
第一叶片装配件(28)，其包括在所述第一翼型端部(32)处与所述至少一个翼型(16)相连的所述第一叶根缘板(12)的至少一部分，以及在所述第二翼型端部(38)处与所述翼型(16)相连的第二叶根缘板的第一段(34)，所述第二叶根缘板第一段(34)包括第一边缘部分(36)；和
包括第二叶根缘板第二段(40)的第二叶片装配件(30)，所述第二叶根缘板第二段(40)包括位于其中并具有第二边缘部分(44)的第一凹腔(42)；
所述第二叶根缘板第二段(40)设于所述第一凹腔(42)中，所述第二叶根缘板第一段(34)的所述第一边缘部分(36)和所述第二叶根缘板第二段(40)的所述第二边缘部分(44)相连而构成了所述第二叶根缘板(14)。
7.根据权利要求6所述的叶片组件(10)，其特征在于：
所述第一叶片装配件(28)包括多个翼型(16)和所述第一叶根缘板(12)；和
所述第二叶根缘板第一段(34)在所述第二翼型端部(38)处与所述多个翼型(16)相连，并包括位于所述多个翼型(16)之间的所述第二叶根缘板(14)的材料。
8.根据权利要求7所述的叶片组件(10)，其特征在于，所述第一叶根缘板(12)是所述叶片组件(10)的在径向(23)上的外叶根缘板，而所述第二叶根缘板(14)是所述叶片组件(10)的在径向(23)上的内叶根缘板。
9.根据权利要求6所述的叶片组件(10)，其特征在于，所述第二叶根缘板第一段(34)和所述第二叶根缘板第二段(40)一起限定了所述第二叶根缘板(14)。
10.根据权利要求6所述的叶片组件(10)，其特征在于：
所述第一叶片装配件(28)包括负荷阻挡突起(18)，其沿着所述第二叶根缘板第一段(34)在周向(19)上延伸，并在径向(23)上背离所述至少一个翼型(16)延伸，所述负荷阻挡突起(18)具有突起边缘部分(46)；
所述第二叶片装配件(30)包括具有第二凹腔边缘部分(50)的第二凹腔(48)；
所述负荷阻挡突起(18)设于所述第二凹腔(48)中，并且所述第一叶片装配件(28)的突起边缘部分(46)与所述第二叶根缘板第二段(40)的第二凹腔边缘部分(50)相连。
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