一种涡轮导向器弧段的修复方法技术

一种用于具有至少一个位于外环和内环（１４，１６）之间的叶片（１２）的涡轮导向器弧段（１０）的修复方法，包括：将内环（１６）从导向器弧段（１０）中分解，在内环（１６）上连接新造具有外环（３２）和至少一个叶片（３４）的替换铸件（３０）。替换铸件（３０）包括在叶片（３４）一端形成的固定平台（４４），以及在固定平台（４４）上形成的凸台（４６）。在内环（１６）上连接有凸盘（３８），凸盘上开有凹槽（４２）。然后将凸台（４６）插入到凹槽（４２）中，固定平台（４４）安装在内环（１６）的凹进部分（４０）中。通过将凸台（４６）连接到凸盘（３８）上以及将固定平台（４４）连接到内环（１６）上，就可以完成替换铸件的连接。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及燃气涡轮发动机，更具体地涉及一种在这种发动机中使用的涡轮导向器弧段的修复方法。已经提出了多种方法来制造导向器弧段。在一普遍采用的方法中，导向器弧段是一多片式组件，包括一内环，一外环，以及一个或多个叶片，其中每一部件都是单独铸造的。内环和外环上均设有槽，叶片端部即钎接在其中，从而形成了导向器弧段组件。另外一个普遍采用的方法是整体地铸造导向器弧段。这就是说，叶片、内环和外环一体地形成，如同一个整体铸件。这两种方法都有其优点和缺点。例如，多片式方法的一个缺点是导向器弧段一般只是外环安装在发动机壳上，叶片和内环实际上悬在热气流中。因此，导向器弧段的最大机械应力产生在叶片和外环的交界面，其在多片式组件中是钎接连接，其强度一般不及整体铸件交界面的强度。多片式导向器弧段的制造费用也很昂贵。因此，多数导向器弧段都是整体铸造。在工作中导向器弧段暴露在高温中，腐蚀性气流限制了这些部件的有效使用寿命。因此，导向器弧段一般是由高温钴或镍基超合金制成，并通常有抗腐蚀和/或耐热材料涂层。另外，导向器弧段通常由来自压缩机的冷却空气进行内部冷却，以延长使用寿命。然而即使做了这些努力，导向器弧段的某些部件尤其是叶片，还是会破裂、腐蚀，或是有其它损伤，使得导向器弧段必须进行修复或更换，以维持安全有效率的发动机操作。由于导向器弧段设计复杂，材料相对昂贵且制造费用高，因此还是希望尽可能对其进行修复。现有的修复工艺包括例如裂纹修复和叶片表面尺寸恢复等技术。然而，这些现有的修复受到局部变形和最小壁厚的限制，然而由于反复修复和化学剥落，这些条件都会超过。因此，导向器弧段上用现有修复工艺无法修复的位置上可能会发生损伤。在整体铸件的导向器弧段中存在着热应力和机械应力，使得内环可修复而其它导向器弧段结构不能修复的情况经常发生。因此，为避免在这种情况下报废整个导向器弧段，需要有一种方法用于抢修导向器弧段的可修复部分。在阅读了后文中的具体描述和所附的权利要求后并结合附图，可以清楚本专利技术以及其相对于现有技术的优点。在发动机工作中，导向器弧段10会受到例如可能由局部超高温气流或外来异物冲击所引起的损伤。如上所述，导向器弧段10的一部分可能会在已知修复方法无法修复的某点位置处损伤。本专利技术涉及一种导向器弧段的修复方法，用在内环可修复而其它导向器弧段结构不能修复的情况下。通过示例，附图说明图1显示的叶片12受到了严重的不可修复的损伤，而内环16的损伤相对较轻并可以修复。本专利技术最适用于整体铸件的导向器弧段，但也可用于其它类型的导向器弧段。修复方法包括以下主要步骤将内环16从导向器弧段10中分解下，在内环16上连接一个特别设计的新铸件，其可以替换内环16从中去除的结构。如图2所示，可修复的内环16具有冷侧22(远离热气体流经通道的侧面)和热侧24(朝向热气体流经通道的侧面)，并包括传统结构例如凸缘26和排气孔28。凸缘26为内环16提供了结构上的支撑，在导向器弧段10安装到发动机中时，凸缘26还能有密封功能。在导向器弧段未损伤时，冷却气体通过排气孔28流出叶片12的内部冷却通道。图3显示了一个新铸件，在下文中称为替换铸件30。替换铸件30是一个具有外环32和两个叶片34的整体铸件，在下文中会更详细地介绍。更具体地，修复方法的初始步骤是检查从工作地点分解下的发动机导向器弧段组件，对这个内环16可修复但其它导向器弧段结构不可修复的导向器弧段10进行鉴定。一旦对这个导向器弧段10作出鉴定，就剥离其所具有的任何涂层材料(例如抗腐蚀或耐热涂层)。可以适当的技术来剥离这些涂层材料，例如喷砂、化学浸浴或类似方法，或者这些技术的组合。下一步是修复内环16上的裂纹，并加大凸缘26的尺寸，可采用已知的修复技术例如合金钎接、合金加厚、焊接以及类似技术来完成。这些传统的修复应根据内环16的情况而进行。在此时，任何原来使用过的抗腐蚀或耐热涂层都不能再使用。下一步是将内环16从导向器弧段10的其余部分中分解下来。通过大概地沿内环16附近切下两个叶片12，就可以完成分解的工作。切割可以采用任何传统的方法，例如磨料切割轮或电火花加工方法。在分解下内环之后，废弃不能修复的结构，这样内环16就可准备连接替换铸件30了。第一步准备是在内环冷侧22上加工出两个平的凹槽36，如图2所示。两凹槽36用于两叶片34。对于具有不同数目叶片的导向器弧段来说，应采用相应数目的凹槽。凹槽36在各个排气孔28的周围形成，并相对较浅。排气孔28可用于定位加工凹槽36的刀具。下一步是将凸盘38点焊在每一凹槽36中，如图4所示。凸盘38是实心体，通常为具有特定尺寸的长方体，并具有和各个凹槽36交界的平的表面。因此，凹槽36方便了在内环16的曲形冷侧22上定位凸盘38。凸盘38最好由和内环16相同或相似的材料制成，或者至少由能相容于所连接的内环16和替换铸件30的材料制成。现在参考图5和6，在凸盘38点焊在冷侧22后，内环16将进行两个加工操作。在第一操作中，在内环16的热侧24上加工出两个凹进部分40，在图5中可以很清楚地看出。凹进部分40的周长接近叶片34的叶片轮廓。加工叶片形凹进部分40的一个优选方法是用电火花加工(EDM)每一凹进部分40。这可以用一个具有叶片形状的EDM电极来完成。电极只进入到去除流动通道壁的深度，而不能进入到支撑凸缘26中。然而，在某些位置上凹进部分40会贯穿内环16，如图5和6中所示。但凸盘38比凹进部分40更宽，使得凸盘悬在内环结构之上，无法通过凹进部分40的开通部分。排气孔28又可用来在EDM的深入操作中对EDM电极进行定位。两个凹进部分40的EDM深入加工沿两个不平行的轴线进行。由于涡轮导向器包括了以环形阵列设置的多个导向器弧段，所有叶片限定了会聚在发动机中心线上的径向轴线，因而是不平行的。通过沿对应于替换铸件30的各个叶片34的径向轴线的进给轴线加工凹进部分40，每一凹进部分就可以定位在能够正确安装各个叶片34的位置上。在第二加工操作中，在每一凸盘38上加工出一接收凹槽42。接收凹槽42通过凸盘38径向地延伸出，并通常对准在加工操作中将被去除的排气孔28的位置。接收凹槽42也可以由EDM加工形成。在此例中，两个接收凹槽42在平行的轴线上形成，这可以通过使用两个具有合适形状的电极来同时完成。接收凹槽42相互平行，可以安装替换铸件30，这将在下文中更详细地介绍。在连接到内环16之前替换铸件30还要进行一些加工操作。再次参考图3可以看到，替换铸件30是一具有外环32和两个叶片34的整体铸件。外环32和叶片34和完整导向器弧段10上的相同，包括相同的内部冷却通道。然而，替换铸件30上没有内环，但具有在每一叶片34的径向内端上一体形成的固定平台44。在每一固定平台44和叶片34的交界处设有圆角，以减小应力。每一固定平台44的底面都有一体形成的凸台46。每一凸台46上都设有排气孔48。在本领域已公知，完整的整体铸造导向器弧段，例如导向器弧段10，具有三个原始基准点，其中之一位于内环上。这些原始基准点是用于检查导向器弧段是否合格。因此，替换铸件30的每一固定平台44的边缘的前端应铸有一小的平面或基准面50。小平面50之一用做第三基准点，使得可以检查替换铸件30是否合格。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于修复具有至少一个位于外环和内环（１４，１６）之间的叶片（１２）的涡轮导向器弧段（１０）的方法，所述方法包括：将所述内环（１６）从所述导向器弧段（１０）中分解；和在所述内环（１６）上连接新的带有外环（３２）和至少一个叶片（３４ ）的替换铸件（３０）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小JW卡德尔，JM卡尔德维尔，KM利兰德，GH尼科尔斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]