轉(zhuǎn)子密封線凹槽修復(fù)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種修復(fù)密封線凹槽的方法，該凹槽形成了具有外表面和內(nèi)表面的環(huán)形結(jié)構(gòu)并且在新時限定初始輪廓，該方法包括以下步驟：去除凹槽的初始輪廓的小于環(huán)形部分以去除內(nèi)表面和外表面中的至少一個的受損部分由此形成空腔；向該空腔增加新的材料；以及成形新的材料以形成凹槽的新的輪廓。
【專利說明】轉(zhuǎn)子密封線凹槽修復(fù)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年8月17日提交的美國臨時申請序列號61/524376的優(yōu)先權(quán)，該專利申請的公開內(nèi)容通過引用整體結(jié)合到本說明書中。
【背景技術(shù)】
[0003]本說明書中所描述的技術(shù)總體涉及對結(jié)合密封線使用的凹槽的恢復(fù)，特別涉及恢復(fù)這種凹槽的輪廓的方法，并且更具體地涉及用于這種恢復(fù)的熱噴涂技術(shù)。
[0004]多種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機組件包括位于移動部件與非移動部件(例如旋轉(zhuǎn)盤與固定結(jié)構(gòu))的相鄰表面之間、或者在它們的配合表面之間具有間隙的部件之間的密封。用于這種密封的一種常見構(gòu)造利用由一個或多個段形成的密封線，所述密封線被插入到一個部件中的凹槽中并且抵靠相對部件被偏壓成密封接合。
[0005]在操作期間，密封線與配合表面之間的恒定接觸造成密封線的磨損以及/或者密封線在其凹槽內(nèi)移動。由于密封線典型地由一個或多個段制成，其中抵靠端部圍繞其圓周定位在一個或多個位置處，密封線在凹槽內(nèi)的移動可能造成由于密封線端部的移動而導(dǎo)致的凹槽的侵蝕以及/或者其它磨損。隨著時間過去，凹槽的該侵蝕或磨損使凹槽變大并且降低密封線裝置的有效性。
[0006]在修復(fù)和檢修操作期間，期望將密封線和凹槽組件恢復(fù)到初始或其它合適的尺寸以及公差。然而，由于當(dāng)前修復(fù)方法的限制，經(jīng)常需要報廢轉(zhuǎn)子組件并使用具有合適的凹槽尺寸的新的轉(zhuǎn)子組件來更換轉(zhuǎn)子組件。仍然存在對將以耐久和經(jīng)濟的方式來恢復(fù)凹槽幾何形狀的修復(fù)方法的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一個方面中，提供一種修復(fù)密封線凹槽的方法，該凹槽形成了具有外表面和內(nèi)表面的環(huán)形結(jié)構(gòu)并且在其為新的時限定初始輪廓，該方法包括以下步驟:去除凹槽的初始輪廓的小于環(huán)形部分(Iess-than-annuIar portion)以去除內(nèi)表面和外表面中的至少一個的受損部分，由此形成空腔；向空腔增加新的材料；以及成形新的材料以形成凹槽的新的輪廓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機組件的橫截面圖；以及
[0009]圖2是示例性壓縮機線軸(spool)的橫截面正視圖，其中示出了用于其余圖示的代表性位置；
[0010]圖3是安裝于壓縮機線軸上的壓縮機輪葉的放大局部正視剖視圖；
[0011]圖4是示出和限定了相關(guān)尺寸的更放大的局部正視剖視圖；
[0012]圖5是壓縮機線軸的完全旋轉(zhuǎn)的橫截面圖，該壓縮機線軸包括所安裝的密封線部段；[0013]圖6是與圖4類似的視圖，其中示出了由于服務(wù)過程中的密封線的移動而造成的侵蝕磨損；
[0014]圖7是與圖6類似的視圖，其中示出了在受損部分的材料去除之后的壓縮機線軸的一部分；
[0015]圖8是穿過材料去除的中間位置截取的圖7的壓縮機線軸的一部分的透視圖以示出去除的端部；
[0016]圖9是已增加了新的修復(fù)材料之后的與圖7類似的視圖；以及
[0017]圖10是在圖9的新的修復(fù)材料已被加工成正確輪廓之后的與圖9類似的視圖。
【具體實施方式】
[0018]圖1是示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機組件10的橫截面示意圖,該示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機組件10具有縱向軸線11。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機組件10包括風(fēng)扇組件12和核心燃?xì)鉁u輪發(fā)動機13。核心燃?xì)鉁u輪發(fā)動機13包括高壓壓縮機14、燃燒器16、和高壓渦輪18。在示例性實施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機組件10還包括低壓渦輪20、以及多級增壓器壓縮機32、和基本圍繞增壓器32的分路器(splitter) 34。
[0019]風(fēng)扇組件12包括從轉(zhuǎn)子盤26徑向向外延伸的風(fēng)扇輪葉24的陣列，該轉(zhuǎn)子盤26的前部由流線型旋轉(zhuǎn)器25封閉。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機組件10具有進(jìn)氣側(cè)28和排氣側(cè)30。風(fēng)扇組件12、增壓器22、和渦輪20通過第一轉(zhuǎn)子軸11聯(lián)接在一起，并且壓縮機14和渦輪18通過第二轉(zhuǎn)子軸22聯(lián)接在一起。
[0020]在操作中，空氣流過風(fēng)扇組件12并且氣流的第一部分50被引導(dǎo)穿過增壓器32。從增壓器32排出的壓縮空氣被弓I導(dǎo)穿過壓縮機14，在壓縮機14中，氣流被進(jìn)一步壓縮并且輸送至燃燒器16。來自燃燒器16的熱燃燒產(chǎn)物(圖1中未示出)用于驅(qū)動渦輪18和20，并且渦輪20用于通過軸21來驅(qū)動風(fēng)扇組件12和增壓器32。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機組件10能夠在設(shè)計操作條件與非設(shè)計操作條件之間的一定范圍的操作條件下操作。
[0021]從風(fēng)扇組件12排出的氣流的第二部分52被引導(dǎo)穿過旁路管道40，以使來自風(fēng)扇組件12的一部分氣流圍繞核心燃?xì)鉁u輪發(fā)動機13。更具體地，旁路管道40在風(fēng)扇殼體或護(hù)罩36與分路器34之間延伸。因此，例如，如上所述，來自風(fēng)扇組件12的氣流的第一部分50被引導(dǎo)穿過增壓器32并且隨后進(jìn)入壓縮機14中，并且來自風(fēng)扇組件12的氣流的第二部分52被引導(dǎo)穿過旁路管道40以提供用于飛機的推力。分路器34將進(jìn)入氣流分別分為第一部分50和第二部分52。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機組件10還包括風(fēng)扇框架組件60以為風(fēng)扇組件12提供結(jié)構(gòu)支承并且還用于將風(fēng)扇組件12聯(lián)接到核心燃?xì)鉁u輪發(fā)動機13。
[0022]風(fēng)扇框架組件60包括在徑向外部安裝凸緣與徑向內(nèi)部安裝凸緣之間基本徑向延伸并且在旁路管道40內(nèi)周向間隔開的多個出口引導(dǎo)葉片70。風(fēng)扇框架組件60還可以包括聯(lián)接在徑向外部安裝凸緣與徑向內(nèi)部安裝凸緣之間的多個支柱。在一個實施例中，風(fēng)扇框架組件60以弓狀段制造，其中凸緣聯(lián)接到出口引導(dǎo)葉片70以及支柱。在一個實施例中，出口引導(dǎo)葉片和支柱在旁路管道40內(nèi)共軸地聯(lián)接?？蛇x地，出口引導(dǎo)葉片70可以在旁路管道40內(nèi)聯(lián)接在支柱下游。
[0023]風(fēng)扇框架組件60屬于用于有利于保持各種部件在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機組件10內(nèi)的取向的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機組件10的各種框架和支承組件中的一種。更具體地，這種框架和支承組件將固定部件互連并且提供轉(zhuǎn)子軸承支承。風(fēng)扇框架組件60在旁路管道40內(nèi)聯(lián)接在風(fēng)扇組件12下游，使得出口引導(dǎo)葉片70和支柱圍繞風(fēng)扇組件12的出口周向間隔開并且延伸跨過從風(fēng)扇組件12排出的氣流路徑。
[0024]圖2是示例性壓縮機線軸90的橫截面正視圖，該示例性壓縮機線軸90形成圖1的壓縮機14的部件，其中示出了用于隨后的更詳細(xì)的圖示的通過圓圈和附圖標(biāo)記3標(biāo)識的代表性的位置。
[0025]圖3是安裝于壓縮機線軸90上的壓縮機輪葉91的放大局部正視剖視圖。如圖3中所示，壓縮機輪葉91包括若干元件，例如翼型件92、燕尾榫93、和位于翼型件92與燕尾榫93之間的平臺95。燕尾榫93的大小和形狀能夠配合到壓縮機線軸90的燕尾槽97中，以將輪葉91固定于線軸90。線軸90和燕尾槽97是環(huán)形結(jié)構(gòu)并且多個輪葉91圍繞其圓周固定于線軸90，但是為了清楚起見僅示出了單個輪葉91。圖3中還示出了密封線凹槽94，該密封線凹槽94用于容納密封線96以形成平臺95與線軸90之間的密封從而在操作中提高壓縮機14的效率并且由此改進(jìn)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機組件10的燃料消耗。
[0026]圖4是圖3的元件的更放大的局部正視剖視圖。如圖4中所示，密封線凹槽94通過形成了肩部99的尺寸A以及在凹槽94的外側(cè)上形成水平表面的尺寸B而從壓縮機線軸90的盤形部98的邊緣向內(nèi)間隔開。這些形狀和尺寸被大小確定為、成形為和構(gòu)造為用于期望的特定燃?xì)鉁u輪發(fā)動機組件10，因此本說明書中的圖示在幾何形狀方面旨在說明并且不構(gòu)成限制。平臺94典型地具有與盤形部98的徑向外表面互補的形狀。如圖4中所示，密封線96定位在密封線凹槽94中并且典型地被徑向向外偏壓到相對于平臺94的下側(cè)上。盤形部98可以由金屬材料形成，在該種情況下，凹槽94的內(nèi)表面和外表面由金屬材料形成。密封線96還可以由金屬材料形成并且橫截面可以成大體矩形。
[0027]圖5是壓縮機線軸90的完全旋轉(zhuǎn)的橫截面圖，該壓縮機線軸90包括安裝于凹槽94中的密封線96的部段。密封線96將典型地包括多個(多于一個)材料件并且因此具有至少兩個端部100。在圖5中所示的示例性實施例中，密封線96被形成為具有六(6)個被標(biāo)記為100的端部的三(3)個部段。端部100中的每一個端部100都是密封線凹槽94的磨損的潛在來源。
[0028]在服務(wù)過程中，密封線96經(jīng)歷的振動、壓力、和熱效應(yīng)通常由于其沿各個方向的移動而對端部100附近的凹槽94的表面造成“侵蝕”磨損。該磨損造成從凹槽94的表面去除材料(例如圖5中所示的磨損區(qū)域101)，使得凹槽94的橫截面變大并且偏離處于新的條件下時凹槽94的初始輪廓。磨損可能出現(xiàn)在外表面(接近肩部99)、相對的內(nèi)表面、或者外表面和相對的內(nèi)表面二者。這造成密封線96的密封能力降低并且還由于密封線的端部100隨著磨損程度增加而具有更多的移動自由從而加速磨損。
[0029]圖6是與圖4類似的視圖，其中示出了由于密封線96的端部100在服務(wù)過程中的移動而造成的侵蝕磨損101。與圖4中所示的表面和元件的條件相反，如圖6中所示，凹槽94的一部分被磨掉并且變大，使得凹槽94的表面不再與當(dāng)處于像新的一樣的制造條件下時的凹槽94的初始輪廓相一致。該圖示中的密封線96的表面還被示為不規(guī)則和磨損的。典型地，對密封線96的條件的關(guān)注比對凹槽94的條件的關(guān)注少，原因是密封線96在修復(fù)期間通過新的密封線更換同時為了經(jīng)濟原因而期望修復(fù)和恢復(fù)凹槽94的輪廓并且保持線軸90的盤形部98以用于繼續(xù)服務(wù)。[0030]圖7是與圖6類似的視圖，其中示出了磨損區(qū)域101中的受損部分的材料去除之后壓縮機線軸90的一部分。表面凹槽94的磨損、不規(guī)則、污染、或以其它方式變壞的部分的材料去除是修復(fù)凹槽94的方法中的第一步驟。該去除造成具有新的輪廓102的空腔，該新的輪廓102與初始輪廓103 (圖7中的虛線所示)不同，并且具有相對堅固、平滑、和均勻特性的表面。雖然在圖示的示例性實施例中，該修復(fù)方法在凹槽94的外表面(接近肩部99)上完成，但是該修復(fù)方法能夠等同地應(yīng)用于相對的內(nèi)表面、或者應(yīng)用于外表面和內(nèi)表面兩個表面?？梢酝ㄟ^機械方法來完成材料去除以產(chǎn)生新的輪廓102，例如通過旋轉(zhuǎn)工具(例如鋸片或磨盤)或者其它的方法(例如化學(xué)或電加工工藝)來加工，并且可以在一個工序或者多個步驟或階段中完成?？梢允褂镁哂羞m當(dāng)輪廓的工具，或者可以使用具有普通輪廓的工具，該具有普通輪廓的工具以能夠產(chǎn)生合適輪廓的方式被控制。
[0031]圖8是穿過材料去除部段(新的輪廓102)的中間位置截取的圖7的壓縮機線軸90的盤形部的一部分的透視圖，以示出去除的端部104。由于材料去除發(fā)生于環(huán)形盤98的小于環(huán)形部分或者段上方，因此每次材料去除通過限定形成了具有至少兩個端部104的空腔并且限定局部修復(fù)區(qū)域。據(jù)信由盤98的初始材料的剩余部分所限定的這些端部104提供了對將被增加以恢復(fù)凹槽94的初始輪廓103的新的材料的穩(wěn)定性和支承。端部104的角度和半徑特性的導(dǎo)程(lead)(例如離開半徑)可以由用于材料去除的工具和技術(shù)、以及將被增加的新的材料的粘著和最小厚度需要來確定。通過橫截面過薄或者粘著特性相對較小的新的材料進(jìn)行的修復(fù)傾向于在發(fā)動機操作期間層裂(spall)。
[0032]圖9是在新的修復(fù)材料104已被增加以重建等于或大于凹槽94的初始輪廓103的材料之后的與圖7類似的視圖。換句話說，所增加的新的材料超過空腔的體積。根據(jù)將被增加的材料的量和類型并且根據(jù)被構(gòu)建的盤98的大小、形狀、和材料，增加新的材料能夠通過任何合適的方法或裝置完成。
[0033]金屬熱噴涂是合適的材料增加工藝中的一種。在示例性實施例中，材料增加可以是使用超高速氧燃料(HVOF)工藝噴涂的Inco718材料。能夠使用該方法涂覆各種金屬，而不僅僅是Inco718。還可以利用例如等離子噴涂的其它的金屬噴涂工藝。代表性的工藝包括在待修復(fù)的部件的目標(biāo)區(qū)域處通過噴嘴來噴涂熔融金屬并且在密封線凹槽94中構(gòu)建材料以實現(xiàn)例如圖9中所示的條件。HVOF工藝已被發(fā)現(xiàn)與一些其它的潛在工藝相比展示出較少量的空穴(voiding)并且更易于加工成期望的已完成輪廓。還發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生最小量的母材損壞(即，對處于或在去除輪廓102之下的盤材料)，原因是保持修復(fù)區(qū)域母材溫度低于溶解或熔化。通過例如典型焊接工藝的某些其它的工藝，能夠?qū)^(qū)域加熱到能改變金屬晶粒結(jié)構(gòu)或者造成微觀開裂的點。
[0034]圖10是在圖9的新的修復(fù)材料104已成形(例如通過加工)成合適的已完成輪廓105之后與圖9類似的視圖。新的已完成輪廓105將典型地與圖7和8中所示的初始制造輪廓103相同或基本類似。然而，在某些情況下，如果將使用具有不同幾何形狀的更換密封線96，則新的輪廓105能夠特別不同。在這種場景下，可以加工或可以不加工密封線凹槽94的圓周的其余部分以配合新的輪廓105。
[0035]材料去除或者成形新增加的修復(fù)材料以產(chǎn)生已完成輪廓105可以通過機械方法來實現(xiàn)，例如通過旋轉(zhuǎn)工具(例如鋸片或磨盤)或者其它的方法(例如化學(xué)或電加工工藝)來加工，并且可以在一個工序或多個步驟或程序中完成?？梢允褂镁哂羞m當(dāng)輪廓的工具，或者可以使用具有普通輪廓的工具，該普通輪廓的工具以能夠產(chǎn)生合適輪廓的方式被控制。
[0036]上文所描述的步驟可以在圍繞凹槽的不同的環(huán)形位置處重復(fù)多次，并且同時或按順序執(zhí)行。
[0037]盡管大部分討論已聚焦于航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機作為這種修復(fù)的背景，但是能夠預(yù)見這種方法可以適于其中線型密封件與互補凹槽一起使用并且需要恢復(fù)的其它環(huán)境中，例如蒸汽渦輪機或者其它的渦輪機。
[0038]盡管已根據(jù)各個特定實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，能夠通過屬于權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的修改來實施本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種修復(fù)密封線凹槽的方法，所述凹槽形成了具有外表面和內(nèi)表面的環(huán)形結(jié)構(gòu)并且在新時限定初始輪廓，所述方法包括以下步驟: 去除所述凹槽的所述初始輪廓的小于環(huán)形部分以去除所述內(nèi)表面和所述外表面中至少一個的受損部分由此形成空腔； 向所述空腔增加新的材料；以及 成形所述新的材料以形成所述凹槽的新的輪廓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述新的輪廓與所述初始輪廓基本類似。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，增加所述新的材料超過所述空腔的體積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在圍繞所述凹槽的不同環(huán)形位置處多次重復(fù)所述步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過金屬熱噴涂工藝來執(zhí)行增加新的材料的所述步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過超高速氧燃料工藝來執(zhí)行增加新的材料的所述步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過加工來執(zhí)行所述去除步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過加工來執(zhí)行所述成形步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述凹槽形成在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機壓縮機盤中。`
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述凹槽的所述內(nèi)表面和所述外表面由金屬材料形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述新的材料是金屬材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述新的材料是Inco718。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用成型的加工工具來執(zhí)行所述成形步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除步驟在所述小于環(huán)形部分中產(chǎn)生至少兩個端部。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除步驟去除所述凹槽的三個小于環(huán)形部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述凹槽被構(gòu)造成容納大體矩形橫截面的密封線。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在所述成形步驟之后安裝至少一根密封線的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述空腔限定了局部修復(fù)區(qū)域。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述成形步驟在單個工序中執(zhí)行。
20.一種修復(fù)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機壓縮機盤中的密封線凹槽的方法，所述凹槽形成具有外表面和內(nèi)表面的環(huán)形結(jié)構(gòu)并且當(dāng)新時限定初始輪廓，所述凹槽被構(gòu)造成容納大體矩形橫截面的密封線，所述方法包括以下步驟: 通過機械加工來去除所述凹槽的所述初始輪廓的小于環(huán)形部分，以去除所述內(nèi)表面和所述外表面中的至少一個的受損部分，由此形成限定了局部修復(fù)區(qū)域的空腔；通過超高速氧燃料工藝向所述空腔增加新的材料；以及通過機械加工成形所述新的材料以形成所述凹槽的新的輪廓；其中所述新的輪廓與所述初始輪`廓基本類似。
【文檔編號】F01D11/00GK103732862SQ201280040114
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月17日
【發(fā)明者】D.D.內(nèi), M.A.皮爾森, D.J.瓊斯 申請人:通用電氣公司