用于恢复畸变的涡轮机叶片的方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了用于恢复燃气涡轮发动机的叶片扇段(例如低压涡轮机叶片)的位移特征的方法和设备，并且更具体地公开了用于恢复叶片扇段的内部叶冠相对于叶片扇段的外部叶冠的位移特征的方法和设备。
【背景技术】
[0002]在高级涡轮发动机中，热空气通道中的燃气涡轮机部件例如高压涡轮和低压涡轮中的桨叶、叶片和外部气体密封件会承受温度和负荷，经过一段时间后能使这些部件的尺寸发生畸变，从而显著背离原始设备制造商的图纸和参数，当涡轮发动机进行大修或修补时，这些部件一般就会报废。在某些情况中，组件的报废并且用新部件进行替换由航空安全问题驱动，但是在其他情况中，由于得不到可行的修复，部件就会轻易的报废。
[0003]这种部件的一个示例就是Pratt&Whitney PW4000燃气涡轮发动机上的三级低压发动机中的定子叶片扇段11，如图1所示。典型地，多个叶片10聚在一起形成叶片扇段11，在用于这种特殊的发动机的低压发动机叶片的第三级组中存在多个叶片扇段。这些特殊的叶片10由镍基合金铸成，例如Mar-M 247 (—种现有技术中广泛已知的合金)。在发动机的低压涡轮(未示出)的内部壳体导轨上，叶片通过与前部外部叶冠导轨12和尾部区域的外部叶冠导轨14接合而被安装在发动机中，如图1所示，内部叶冠16包括内部凸缘18，所述内部凸缘包括螺栓孔20，所述螺栓孔用于将叶片扇段11栓接到低压发动机的内部支承部(未示出)。由于热负荷和空气动力学负荷，内部叶冠16在相对于外部叶冠24会经受沿畸变方向17的畸变(例如内部叶冠16的移位或者偏移)和螺栓孔20的伸长，以及螺栓孔20的中心22相对于外部叶片叶冠24沿畸变方向17的移位，对于PW4000来说，畸变方向就是从正视位置观察时从其原始设计位置沿顺时针的方向，如图1所示。在任何涡轮机组中，螺栓孔20的中心22的移位不会与一个特定的叶片扇段11分离，成组的所有叶片扇段11也会经受这种类型的移位。位移的程度或尺寸的多少对于不同的叶片扇段11不是固定的。
[0004]需要的是用于恢复用于燃气涡轮发动机的涡轮叶片扇段(例如低压涡轮中的叶片扇段)的移位特征的方法和装置，并且更具体地需要叶片扇段的内部叶冠相对于叶片扇段的外部叶冠的移位特征的方法和装置，使其满足原始设计位置和尺寸。
【发明内容】
[0005]本发明提出了一种用于使叶片扇段的内部叶冠相对于该叶片扇段的外部叶冠恢复到其原始设计位置和尺寸的方法。
[0006]本发明还提出了一种用于实践这种使叶片扇段的内部叶冠相对于该叶片扇段的外部叶冠恢复到其原始设计位置和尺寸的方法的设备。
[0007]本发明又提出了一种用于使叶片扇段的内部叶冠凸缘中的螺栓孔恢复到其原始设计位置和尺寸的方法。
【附图说明】
[0008]本发明将结合如下附图进行详细说明，其中:
[0009]图1使能通过本发明的方法和装置进行恢复的叶片扇段的正视图，即从燃气涡轮被设计运行的正面进行观察的角度。
[0010]图2是用于实践本发明的方法的本发明的装置的俯视图。
[0011]图3是沿图2中的线3-3截取的本发明的装置的侧视图，此时活塞体位于降低的位置，并且锁定销从销孔中移出。
[0012]图4是图3的视图，此时活塞位于升高的位置，并且锁定销延伸穿过销孔和螺栓孔。
【具体实施方式】
[0013]图2、图3和图4示出了用于实践本发明的方法的设备50。设备50包括外部叶冠夹紧装置52和内部叶冠夹紧装置54。外部叶冠夹紧装置52被设计用来接收和可移除地固定叶片扇段11的外部叶冠24的前部导轨12和后部导轨14，而内部叶冠夹紧装置54则被设计用来可滑动地接收叶片扇段11的内部叶冠24。外部叶冠夹紧装置52和内部叶冠夹紧装置54都固定到基底56。向叶片扇段11的内部叶冠施加作用力的装置(例如机械或液压施压装置58)也被固定到基底56，并布置在内部叶冠夹紧装置54的正下方。施压装置58具有活塞60，所述活塞能相对于内部叶冠夹紧装置54沿第一方向61移动。
[0014]外部叶冠夹紧装置52 —方面被设计用来使内部叶冠16正好布置在活塞60的路径上，另一方面又使得内部叶冠16取向成使得活塞60被驱动与内部叶冠16接触，内部叶冠16被沿第一方向61驱动，所述第一方向与畸变方向17正好相反。如图2所示，外部叶冠夹紧装置52包括夹板62，所述夹板能在引导销64、66上向基板68滑动，引导销被固定在基板上，并且底板70布置在夹板62的紧下方，用于在本发明的方法被实践时支承叶片扇段11的外部叶片叶冠24。虎钳螺栓72延伸穿过夹板62中的孔74，并旋入基板68中的孔中，所述孔接收带螺纹的虎钳螺栓72。虎钳螺栓72优选具有虎钳手柄76，所述虎钳手柄永久地连接到一端，以使得虎钳螺栓72不需要借助分立工具即可进行旋转。虎钳螺栓72的螺纹和基板68上的接收虎钳螺栓72的螺纹孔能使得虎钳手柄76沿顺时针方向的旋转向基板68推动夹板62。更优选地，夹板62的、面向基板68的表面和基板68的、面向夹板62的表面均包括与外部叶冠24的前部导轨12、外部轮廓24的后部导轨14或者前部导轨和后部导轨二者相符合的轮廓，使得当前部导轨12、后部导轨14或者前部导轨和后部导轨二者夹入外部叶冠夹紧装置52时(如下所述)，由夹板62和基板68向前部导轨12和后部导轨14施加的作用力得到分散，以避免前部导轨12和后部导轨14之一的永久性畸变。当夹板62的轮廓表面接近基板68的轮廓表面，但仍与其间隔开时，轮廓表面相配合以形成凹槽，前部导轨12、后部导轨14或者前部导轨和后部导轨二者均能容易地滑动进入凹槽，以布置在基板68和夹板62之间。一旦布置完毕，虎钳手柄76能沿顺时针位置旋转，使得夹板62朝向基板68滑动，直到前部导轨12、后部导轨14或者前部导轨和后部导轨二者能被牢固地夹紧在基板和夹板之间。采用这种方式，叶片扇段11的外部叶冠24能被可移除地固定到基底56，而不破坏叶片扇段11。如图2到图4所示，内部叶冠夹紧装置54具有面板80和背板82，所述面板和所述背板通过隔板84连接。隔板84使得面板80相对于背板82隔开，并在面板和背板之间提供足够宽的间隙83，使得当外部叶冠24如上文所述被可移除地固定到基底56时，所述间隙能滑动地接收叶片扇段11的内部叶冠16。压块86被固定到活塞60的上端88，并位于间隙83的紧下方，在压块86如下所述通过活塞60被驱动与内部叶冠16接触时，压块86的上表面90的轮廓高度更优选成形为与内部叶冠16的下部表面92大致齐平。面板80包括在预设的位置延伸贯穿面板80的销孔94，该位置使得当新的叶片扇段11 (未在发动机中运行)的外部叶冠24如上所述通过外部叶冠夹紧装置52可移除地固定到基底56时、销孔94与内部叶冠凸缘18的螺栓孔20同轴。还包括如下所述的锁定销96，锁定销96的长度足以插入到销孔94中，并且当销孔94和螺栓孔20对准时，延伸穿过螺栓孔20。
[0015]对于在发动机中运行的叶片扇段11，为了达到期望的将内部叶冠16恢复到相对于这一叶片扇段11的外部叶冠24的其初始设计位置和尺寸的目的，本发明的方法将如下所述在叶片扇段11上进行实践。锁定销96被从销孔94中移除，并放在一边，并且夹板62通过逆时针旋转虎钳手柄76被布置成与基板68隔开，直到夹板62的轮廓与基板68的轮廓之间的空间足够宽，以能够使前部导轨12、后部导轨14或者前部导轨和后部导轨二者容易地在夹板62和基板68之间滑动，并且使得叶片扇段11的外部叶冠24搁置在底板70上。活塞60被降低，使得压块86在内部叶冠夹紧装置54下方足够远，使得其尽可能不会干涉前部导轨12、后部导轨14或者前部导轨和后部导轨二者在夹板62和基板68之间的滑动，并且在叶片扇段11布置在外部叶冠夹紧装置52中期间，使得叶片扇段11的外部叶冠24搁置在底板70上。叶片扇段11然后通过将其放置在火炉(优选是燃气炉)中进行加热，并且将其加热到温度范围1600° F到2050° F之间，并且更优选加热到1925° F到1975° F之间，使得叶片扇段11达到“红热”状态。红热状态的叶片扇段11然后被从火炉中取出，并且外部叶冠24的前部导轨12和后部导轨14立即被滑入夹板62的轮廓和基板68的轮廓之间的空间，并且被降低，直到叶片扇段11的外部叶冠24达到搁置在底板70上的程度，并且内部叶冠16被可滑动地接收在内部叶冠夹紧装置54内。当降低叶片扇段11时，会需