CN1824840B - 用于修理涡轮机的倾斜度可变叶片的磨损表面的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于修理涡轮机的倾斜度可变的叶片的磨损表面的方法，在于通过利用电解沉积金属物质来填充由它的磨损导致的叶片的所述表面的材料的缺少，然后在沉积的金属物质和所述表面的周围部分上形成至少一层硬质材料的薄层，所述硬质材料具有低的摩擦系数。

Description

用于修理涡轮机的倾斜度可变叶片的磨损表面的方法
技术领域
本发明涉及一种用于修理用于涡轮机、特别是用于航空涡轮发动机的倾斜度可变的叶片的表面的方法，并且也涉及一种用于在导向装置中被可旋转地导向的倾斜度可变的叶片，该导向装置在一定程度上易于快速地破坏与之相接触的叶片的表面。
背景技术
已经发现，当该导向垫圈在它的表面上具有与叶片的表面或者“安装板”相接触的环形凸起时，叶片的与导向垫圈接触的上述表面能够非常迅速地产生相对显著的磨损量，其中导向垫圈被安装在叶片的圆柱形杆(shank)周围，并且位于叶片的上述表面和涡轮机壳体之间。
实际上，该环形凸起易于磨损叶片的安装板的表面，并且在其中形成环形凹槽，之后，导向垫圈的整个表面将紧靠着叶片的安装板摩擦，并且通过磨损使其恶化。
这导致叶片的后缘与涡轮机壳体之间接触的风险，这使得必须移除和更换倾斜度可变的叶片。这种操作是费时并且昂贵的。
当倾斜度可变的叶片由奥氏体钢制成并且导向垫圈由马氏体钢制成时，这种叶片安装板磨损的现象可很快地发生，并且产生主要的问题。
发明内容
本发明的目的是为这个问题提供一个简单、有效和经济的解决方案。
为了该目的，本发明提出一种用于修理用于涡轮机例如航空涡轮发动机的倾斜度可变的叶片的表面的方法，其中，该表面是磨损表面，并且由于其处的磨损而存在材料的缺少(deficit)，本方法在于通过利用电解沉积金属物质来填充该材料的缺少，然后在沉积的金属物质上和所述表面的周围的部分上形成至少一层硬质材料的薄层，该硬质材料具有低的摩擦系数。
这种修理一方面使得在上述条件下受到过早的磨损的倾斜度可变的叶片可以重新使用，并且另一方面，使得通过硬质材料的薄层提供的保护，可以充分提高它的使用寿命，于是它在涡轮机的定期的维修检查之间不再产生任何的风险。
根据本发明，通过缓冲电解(buffer electrolysis)或者通过电解浴(bath electrolysis)、或者可选的是通过小型的电解浴，该金属表面硬化物质可以被沉积在叶片的磨损表面上，然后利用少量的电解溶液，正好足以仅仅或者实践中仅仅覆盖叶片的磨损表面。
这种通过电解沉积金属的方法的一个显著的优点是实质上不再需要提前加工叶片的磨损表面。
只要金属表面硬化材料已经被研磨过，就可以通过热喷涂来沉积以薄层沉积在金属表面硬化材料上的保护性的硬质材料，例如利用等离子体或者HVOF(高速氧燃料)或者其他方法，或者通过PVD(物理气相沉积)或者可选的是通过缓冲电解。
有利的是，这种硬质材料比导向垫圈的材料更加坚硬，并且例如是基于镍、钴、钨、或铬、或这些元素的组合例如镍-钴、镍-钨或者钻-钨。
本发明还提出了一种用于涡轮机特别是航空涡轮发动机的定子级的倾斜度可变的叶片，该叶片围绕它的轴线在涡轮机的壳体的管中被可旋转地导向，并且在它的径向最靠外的端部包括紧靠导向垫圈的环形凸起支撑的表面，所述导向垫圈安装在该叶片的圆柱形杆周围并且在所述表面和涡轮机壳体之间，其中叶片的表面的与垫圈的环形凸起接触的那部分被具有低的摩擦系数的硬质材料的薄层覆盖。
因此，通过导向垫圈，很好地保护了叶片防止磨损它的安装板，并且叶片具有长的使用寿命。
它或者是新的叶片，特别由奥氏体钢制成，并且由马氏体钢制成的垫圈导向，并且它的安装板由比导向垫圈的材料更坚硬的材料的薄层保护，它或者是已经通过执行上述的方法进行过修理的叶片，并且该叶片能够继续使用，并具有足够的寿命。
附图说明
阅读下面参考附图通过非限制性实例给出的描述，将能够对本发明有更好的理解，并且本发明的其它优点、细节和特征将显而易见。
-图1是涡轮机高压压缩机的轴向剖面的部分示意图；
-图2是图1的放大的部分视图；
-图3是涡轮机倾斜度可变的叶片的轴向剖面的部分示意图，该叶片的安装板被磨损；
-图4至图6示意性地描述了用于实现根据本发明的方法中的第一步骤的装置；
-图7是新的叶片的剖面的部分示意图，其中该叶片的安装板包括具有低的摩擦系数的硬质材料的层；
-图8是与图3相对应的视图，并且描述了需要使用根据本发明的方法的维修叶片的安装板。
具体实施方式
图1示意性地在轴向剖面描述了涡轮机特别是航空涡轮发动机的高压压缩机10的一部分，该涡轮机为多级类型，每一级包括环形的一排由涡轮机的转子(未示出)支撑的转动叶片12，还包括环形的一排由涡轮机定子壳体16支撑的形成定子叶片的固定叶片14，叶片14的角定向可调节，使得可以优化穿过压缩机10的气流。
每个叶片14均包括翼面18和径向外部的圆柱形杆20，它们由盘或者“安装板”22连接，所述安装板22在壳体16的相对应的外壳26中垂直于叶片的轴线24延伸，该盘的径向最靠内的表面28与壳体的内壁30对齐，从而不会阻碍气流。
每个叶片14的圆柱形杆20在壳体16的径向圆柱形管32的内部延伸，并且它的径向最靠外的端部由联杆34连接到控制环36，所述控制环36围绕壳体16并且与致动装置(未示出)相连，从而将它沿着围绕壳体16的纵向轴线的一个方向或者其它方向转动，以使一个环形列的叶片14围绕它们的轴线24转动。
如图2中最为清楚的所示，叶片14的圆柱形杆20通过圆柱形衬套38在圆柱形管32中被对中和可旋转地导向，所述圆柱形衬套38在管32中延伸过杆20的径向尺寸的大部分，并且它的径向最靠外的端部包括外部环形凸缘40，该环形凸缘40紧靠着该管的相对应的台肩42支撑。
第一导向垫圈44被安装在杆20的周围，并且在安装板22的径向最靠外的环形表面46和壳体16的相对应的环形表面48之间，并且在它的内部边缘上包括径向外部圆柱形凸缘50，凸缘50围绕杆20延伸，或多或少地延伸过它的径向内部的没有被衬套38覆盖的部分。
第二导向垫圈52被安装在联杆的端部的环形表面54和管的外部环形凸缘56之间。
垫圈44通过它的凸缘50与环58接触，所述环58被收缩配合到杆20的径向最靠内的端部上。环形凸起60被形成在垫圈的径向最靠内的表面上，并且紧靠着安装板22的径向最靠外的环形表面46支撑。
当涡轮机运行并且当叶片14进行角度变换时，这些环形凸起60紧靠着安装板22摩擦，并且在其中形成了环形凹槽62，如图3示意性地所示。
本发明的主题是一种用于修理叶片安装板22的方法，该安装板存在由它的磨损造成的材料的缺少。
该方法在于通过利用电解沉积金属物质来填充该材料的缺少，然后在该金属物质上并且在安装板22的周围的部分上形成具有低的摩擦系数的硬质材料的至少一层薄层。
该金属物质能够通过电解作用以各种不同的方式沉积，如图4到6所描述的。
在图4中，利用装置100通过缓冲电解沉积金属表面硬化物质，该装置100包括由导线104连接到叶片14的电源102，所述叶片14形成阴极，并且所述电源由导线104连接到缓冲器106，所述缓冲器106形成阳极并且被注入电解溶液，并且用于沿着待填充的环形凹槽62的内侧被移动。
缓冲器106例如是石墨电极，并且它的轮廓和尺寸被制成磨损的形状和尺寸，所使用的电解溶液例如是氨基磺酸镍，从而利用基于镍的材料填充材料的缺少。
该操作或者可以手工执行，该装置包括手柄108，或者利用自动控制系统来自动执行。
在图5中，金属表面硬化物质利用电解浴通过装置200被沉积，所述装置200包括装有电解溶液204的槽202，叶片14被至少部分地浸在所述电解溶液204中，该叶片仅仅是安装板22的存在材料缺少的那部分与电解溶液204接触，叶片14的剩余部分由合适的装置206例如粘性带保护。
叶片14被连接到电源208以形成阴极，并且电极210被浸在电解溶液204中并且被连接到电源208以形成阳极。
同样，通过电解溶液使用石墨电极和氨基磺酸镍也是可能的。
在图6中，金属物质通过小型的电解浴利用装置300被沉积，所述装置300包括容箱302，所述容箱302的形状被设计为至少接受叶片14和电解溶液304，所述电解溶液304与该叶片仅在表面46的存在材料的缺少的那部分接触。电源306被连接到每一个叶片14以形成阴极，并且被连接到容箱302以形成阳极。
在具有低的摩擦系数的硬质材料的薄层被沉积之前，沉积在安装板22上的金属物质优选利用合适的装置被研磨过，因此改善了该薄层到金属物质的结合。
硬质材料的薄层也可以通过缓冲电解被沉积，电解溶液被选择成使得在金属物质上以及在安装板22的周围部分上形成材料层，该材料具有比金属物质和导向垫圈44的材料更高的硬度。这样的材料例如是基于钴、镍-钴、镍-钨或者钴-钨。
数层硬质材料层可以被沉积在金属物质上，最靠外的层用于与垫圈44的凸起接触，该材料被选择以限制紧靠该凸起的摩擦，并且例如是基于铬。
作为一种可选方案，硬质材料的薄层通过热喷涂形成，例如利用等离子体或者HVOF(高速氧燃料)或者其它方法，或者通过PVD(物理气相沉积)，并且是基于钴、碳化钨、碳化铬或者其它一些材料。
硬质材料的薄层也可以经过研磨操作以消除任何可能的表面缺陷。
沉积在金属物质上的硬质材料的薄层的厚度通常在40和50微米之间。
本发明还涉及一种涡轮机定子级的倾斜度可变的叶片14，所述叶片14在它的安装板22上存在具有低的摩擦系数的硬质材料的薄层，该薄层利用上述工艺中的一种被沉积。
在图7中，该薄层64已经被直接沉积在新的叶片14的安装板22上，并且在图8中，该薄层64已经被形成在金属表面硬化物质66上，所述金属表面硬化物质66通过上述工艺中的一种被沉积在磨损的叶片14的安装板的环形凹槽62中。
对新的叶片的保护将它的使用寿命延长到足以避免任何事故的风险，直到第一次例行计划的维修检查。

Claims (8)

1.一种用于修理涡轮机的倾斜度可变叶片的表面的方法，其中，该表面是摩损表面并且由于它的摩损而存在材料的缺少，该方法在于通过利用电解沉积金属物质来填充该材料的缺少，然后在沉积的金属物质以及所述表面的周围部分上形成至少一层硬质材料的薄层，所述硬质材料具有低的摩擦系数；
所述金属物质通过缓冲电解被沉积在叶片的所述表面上，所述缓冲电解利用包括由导线连接到叶片的电源的装置来实施，所述叶片形成阴极，并且所述电源由导线连接到缓冲器，所述缓冲器形成阳极并且被注入电解溶液，并且用于沿着所述材料的缺少的内侧被移动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉积的金属物质包括镍。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，氨基磺酸镍通过电解溶液被使用。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在硬质材料的所述薄层在所述沉积的金属物质上形成之前，所述沉积的金属物质被研磨。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬质材料的薄层是基于镍、钴、钨或者铬，或者是基于这些元素的组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄层具有在40和50微米之间的厚度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述涡轮机是航空涡轮发动机。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述元素的组合是镍-钴、镍-钨或者钴-钨。
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