專利名稱：用于修理渦輪機(jī)的傾斜度可變?nèi)~片的磨損表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于修理用于渦輪機(jī)、特別是用于航空渦輪發(fā)動機(jī)的傾斜度可變的葉片的表面的方法，并且也涉及一種用于在導(dǎo)向裝置中被可旋轉(zhuǎn)地導(dǎo)向的傾斜度可變的葉片，該導(dǎo)向裝置在一定程度上易于快速地破壞與之相接觸的葉片的表面。
背景技術(shù)：
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該導(dǎo)向墊圈在它的表面上具有與葉片的表面或者“安裝板”相接觸的環(huán)形凸起時(shí)，葉片的與導(dǎo)向墊圈接觸的上述表面能夠非常迅速地產(chǎn)生相對顯著的磨損量，其中導(dǎo)向墊圈被安裝在葉片的圓柱形桿(shank)周圍，并且位于葉片的上述表面和渦輪機(jī)殼體之間。
實(shí)際上，該環(huán)形凸起易于磨損葉片的安裝板的表面，并且在其中形成環(huán)形凹槽，之后，導(dǎo)向墊圈的整個(gè)表面將緊靠著葉片的安裝板摩擦，并且通過磨損使其惡化。
這導(dǎo)致葉片的后緣與渦輪機(jī)殼體之間接觸的風(fēng)險(xiǎn)，這使得必須移除和更換傾斜度可變的葉片。這種操作是費(fèi)時(shí)并且昂貴的。
當(dāng)傾斜度可變的葉片由奧氏體鋼制成并且導(dǎo)向墊圈由馬氏體鋼制成時(shí)，這種葉片安裝板磨損的現(xiàn)象可很快地發(fā)生，并且產(chǎn)生主要的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為這個(gè)問題提供一個(gè)簡單、有效和經(jīng)濟(jì)的解決方案。
為了該目的，本發(fā)明提出一種用于修理用于渦輪機(jī)例如航空渦輪發(fā)動機(jī)的傾斜度可變的葉片的表面的方法，其中，該表面是磨損表面，并且由于其處的磨損而存在材料的缺少(deficit)，本方法在于通過利用電解沉積金屬物質(zhì)來填充該材料的缺少，然后在沉積的金屬物質(zhì)上和所述表面的周圍的部分上形成至少一層硬質(zhì)材料的薄層，該硬質(zhì)材料具有低的摩擦系數(shù)。
這種修理一方面使得在上述條件下受到過早的磨損的傾斜度可變的葉片可以重新使用，并且另一方面，使得通過硬質(zhì)材料的薄層提供的保護(hù)，可以充分提高它的使用壽命，于是它在渦輪機(jī)的定期的維修檢查之間不再產(chǎn)生任何的風(fēng)險(xiǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，通過緩沖電解(buffer electrolysis)或者通過電解浴(bath electrolysis)、或者可選的是通過小型的電解浴，該金屬表面硬化物質(zhì)可以被沉積在葉片的磨損表面上，然后利用少量的電解溶液，正好足以僅僅或者實(shí)踐中僅僅覆蓋葉片的磨損表面。
這種通過電解沉積金屬的方法的一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)質(zhì)上不再需要提前加工葉片的磨損表面。
只要金屬表面硬化材料已經(jīng)被研磨過，就可以通過熱噴涂來沉積以薄層沉積在金屬表面硬化材料上的保護(hù)性的硬質(zhì)材料，例如利用等離子體或者HVOF(高速氧燃料)或者其他方法，或者通過PVD(物理氣相沉積)或者可選的是通過緩沖電解。
有利的是，這種硬質(zhì)材料比導(dǎo)向墊圈的材料更加堅(jiān)硬，并且例如是基于鎳、鈷、鎢、或鉻、或這些元素的組合例如鎳-鉆、鎳-鎢或者鉆-鎢。
本發(fā)明還提出了一種用于渦輪機(jī)特別是航空渦輪發(fā)動機(jī)的定子級的傾斜度可變的葉片，該葉片圍繞它的軸線在渦輪機(jī)的殼體的管中被可旋轉(zhuǎn)地導(dǎo)向，并且在它的徑向最靠外的端部包括緊靠導(dǎo)向墊圈的環(huán)形凸起支撐的表面，所述導(dǎo)向墊圈安裝在該葉片的圓柱形桿周圍并且在所述表面和渦輪機(jī)殼體之間，其中葉片的表面的與墊圈的環(huán)形凸起接觸的那部分被具有低的摩擦系數(shù)的硬質(zhì)材料的薄層覆蓋。
因此，通過導(dǎo)向墊圈，很好地保護(hù)了葉片防止磨損它的安裝板，并且葉片具有長的使用壽命。
它或者是新的葉片，特別由奧氏體鋼制成，并且由馬氏體鋼制成的墊圈導(dǎo)向，并且它的安裝板由比導(dǎo)向墊圈的材料更堅(jiān)硬的材料的薄層保護(hù)，它或者是已經(jīng)通過執(zhí)行上述的方法進(jìn)行過修理的葉片，并且該葉片能夠繼續(xù)使用，并具有足夠的壽命。


閱讀下面參考附圖通過非限制性實(shí)例給出的描述，將能夠?qū)Ρ景l(fā)明有更好的理解，并且本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、細(xì)節(jié)和特征將顯而易見。
-圖1是渦輪機(jī)高壓壓縮機(jī)的軸向剖面的部分示意圖；-圖2是圖1的放大的部分視圖；-圖3是渦輪機(jī)傾斜度可變的葉片的軸向剖面的部分示意圖，該葉片的安裝板被磨損；-圖4至圖6示意性地描述了用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法中的第一步驟的裝置；-圖7是新的葉片的剖面的部分示意圖，其中該葉片的安裝板包括具有低的摩擦系數(shù)的硬質(zhì)材料的層；-圖8是與圖3相對應(yīng)的視圖，并且描述了需要使用根據(jù)本發(fā)明的方法的維修葉片的安裝板。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地在軸向剖面描述了渦輪機(jī)特別是航空渦輪發(fā)動機(jī)的高壓壓縮機(jī)10的一部分，該渦輪機(jī)為多級類型，每一級包括環(huán)形的一排由渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子(未示出)支撐的轉(zhuǎn)動葉片12，還包括環(huán)形的一排由渦輪機(jī)定子殼體16支撐的形成定子葉片的固定葉片14，葉片14的角定向可調(diào)節(jié)，使得可以優(yōu)化穿過壓縮機(jī)10的氣流。
每個(gè)葉片14均包括翼面18和徑向外部的圓柱形桿20，它們由盤或者“安裝板”22連接，所述安裝板22在殼體16的相對應(yīng)的外殼26中垂直于葉片的軸線24延伸，該盤的徑向最靠內(nèi)的表面28與殼體的內(nèi)壁30對齊，從而不會阻礙氣流。
每個(gè)葉片14的圓柱形桿20在殼體16的徑向圓柱形管32的內(nèi)部延伸，并且它的徑向最靠外的端部由聯(lián)桿34連接到控制環(huán)36，所述控制環(huán)36圍繞殼體16并且與致動裝置(未示出)相連，從而將它沿著圍繞殼體16的縱向軸線的一個(gè)方向或者其它方向轉(zhuǎn)動，以使一個(gè)環(huán)形列的葉片14圍繞它們的軸線24轉(zhuǎn)動。
如圖2中最為清楚的所示，葉片14的圓柱形桿20通過圓柱形襯套38在圓柱形管32中被對中和可旋轉(zhuǎn)地導(dǎo)向，所述圓柱形襯套38在管32中延伸過桿20的徑向尺寸的大部分，并且它的徑向最靠外的端部包括外部環(huán)形凸緣40，該環(huán)形凸緣40緊靠著該管的相對應(yīng)的臺肩42支撐。
第一導(dǎo)向墊圈44被安裝在桿20的周圍，并且在安裝板22的徑向最靠外的環(huán)形表面46和殼體16的相對應(yīng)的環(huán)形表面48之間，并且在它的內(nèi)部邊緣上包括徑向外部圓柱形凸緣50，凸緣50圍繞桿20延伸，或多或少地延伸過它的徑向內(nèi)部的沒有被襯套38覆蓋的部分。
第二導(dǎo)向墊圈52被安裝在聯(lián)桿的端部的環(huán)形表面54和管的外部環(huán)形凸緣56之間。
墊圈44通過它的凸緣50與環(huán)58接觸，所述環(huán)58被收縮配合到桿20的徑向最靠內(nèi)的端部上。環(huán)形凸起60被形成在墊圈的徑向最靠內(nèi)的表面上，并且緊靠著安裝板22的徑向最靠外的環(huán)形表面46支撐。
當(dāng)渦輪機(jī)運(yùn)行并且當(dāng)葉片14進(jìn)行角度變換時(shí)，這些環(huán)形凸起60緊靠著安裝板22摩擦，并且在其中形成了環(huán)形凹槽62，如圖3示意性地所示。
本發(fā)明的主題是一種用于修理葉片安裝板22的方法，該安裝板存在由它的磨損造成的材料的缺少。
該方法在于通過利用電解沉積金屬物質(zhì)來填充該材料的缺少，然后在該金屬物質(zhì)上并且在安裝板22的周圍的部分上形成具有低的摩擦系數(shù)的硬質(zhì)材料的至少一層薄層。
該金屬物質(zhì)能夠通過電解作用以各種不同的方式沉積，如圖4到6所描述的。
在圖4中，利用裝置100通過緩沖電解沉積金屬表面硬化物質(zhì)，該裝置100包括由導(dǎo)線104連接到葉片14的電源102，所述葉片14形成陰極，并且所述電源由導(dǎo)線104連接到緩沖器106，所述緩沖器106形成陽極并且被注入電解溶液，并且用于沿著待填充的環(huán)形凹槽62的內(nèi)側(cè)被移動。
緩沖器106例如是石墨電極，并且它的輪廓和尺寸被制成磨損的形狀和尺寸，所使用的電解溶液例如是氨基磺酸鎳，從而利用基于鎳的材料填充材料的缺少。
該操作或者可以手工執(zhí)行，該裝置包括手柄108，或者利用自動控制系統(tǒng)來自動執(zhí)行。
在圖5中，金屬表面硬化物質(zhì)利用電解浴通過裝置200被沉積，所述裝置200包括裝有電解溶液204的槽202，葉片14被至少部分地浸在所述電解溶液204中，該葉片僅僅是安裝板22的存在材料缺少的那部分與電解溶液204接觸，葉片14的剩余部分由合適的裝置206例如粘性帶保護(hù)。
葉片14被連接到電源208以形成陰極，并且電極210被浸在電解溶液204中并且被連接到電源208以形成陽極。
同樣，通過電解溶液使用石墨電極和氨基磺酸鎳也是可能的。
在圖6中，金屬物質(zhì)通過小型的電解浴利用裝置300被沉積，所述裝置300包括容箱302，所述容箱302的形狀被設(shè)計(jì)為至少接受葉片14和電解溶液304，所述電解溶液304與該葉片僅在表面46的存在材料的缺少的那部分接觸。電源306被連接到每一個(gè)葉片14以形成陰極，并且被連接到容箱302以形成陽極。
在具有低的摩擦系數(shù)的硬質(zhì)材料的薄層被沉積之前，沉積在安裝板22上的金屬物質(zhì)優(yōu)選利用合適的裝置被研磨過，因此改善了該薄層到金屬物質(zhì)的結(jié)合。
硬質(zhì)材料的薄層也可以通過緩沖電解被沉積，電解溶液被選擇成使得在金屬物質(zhì)上以及在安裝板22的周圍部分上形成材料層，該材料具有比金屬物質(zhì)和導(dǎo)向墊圈44的材料更高的硬度。這樣的材料例如是基于鈷、鎳-鈷、鎳-鎢或者鈷-鎢。
數(shù)層硬質(zhì)材料層可以被沉積在金屬物質(zhì)上，最靠外的層用于與墊圈44的凸起接觸，該材料被選擇以限制緊靠該凸起的摩擦，并且例如是基于鉻。
作為一種可選方案，硬質(zhì)材料的薄層通過熱噴涂形成，例如利用等離子體或者HVOF(高速氧燃料)或者其它方法，或者通過PVD(物理氣相沉積)，并且是基于鈷、碳化鎢、碳化鉻或者其它一些材料。
硬質(zhì)材料的薄層也可以經(jīng)過研磨操作以消除任何可能的表面缺陷。
沉積在金屬物質(zhì)上的硬質(zhì)材料的薄層的厚度通常在40和50微米之間。
本發(fā)明還涉及一種渦輪機(jī)定子級的傾斜度可變的葉片14，所述葉片14在它的安裝板22上存在具有低的摩擦系數(shù)的硬質(zhì)材料的薄層，該薄層利用上述工藝中的一種被沉積。
在圖7中，該薄層64已經(jīng)被直接沉積在新的葉片14的安裝板22上，并且在圖8中，該薄層64已經(jīng)被形成在金屬表面硬化物質(zhì)66上，所述金屬表面硬化物質(zhì)66通過上述工藝中的一種被沉積在磨損的葉片14的安裝板的環(huán)形凹槽62中。
對新的葉片的保護(hù)將它的使用壽命延長到足以避免任何事故的風(fēng)險(xiǎn)，直到第一次例行計(jì)劃的維修檢查。
權(quán)利要求
1.一種用于修理渦輪機(jī)的傾斜度可變?nèi)~片的表面的方法，所述渦輪機(jī)例如是航空渦輪發(fā)動機(jī)，其中，該表面是磨損表面并且由于它的磨損而存在材料的缺少，該方法在于通過利用電解沉積金屬物質(zhì)來填充該材料的缺少，然后在沉積的金屬物質(zhì)以及所述表面的周圍部分上形成至少一層硬質(zhì)材料的薄層，所述硬質(zhì)材料具有低的摩擦系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬物質(zhì)通過緩沖電解被沉積在葉片的所述表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬物質(zhì)通過電解浴被沉積在葉片的所述表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬物質(zhì)通過小型電解浴被沉積在葉片的所述表面上，電解溶液僅或者幾乎僅覆蓋存在材料的缺少的表面的那個(gè)區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉積的金屬物質(zhì)包括鎳。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，氨基磺酸鎳通過電解溶液被使用。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在硬質(zhì)材料的所述薄層在所述沉積的金屬物質(zhì)上形成之前，所述沉積的金屬物質(zhì)被研磨。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬質(zhì)材料的薄層通過緩沖電解或者通過熱噴涂例如等離子體或者HVOF類型的熱噴涂形成，或者通過PVD形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬質(zhì)材料的薄層是基于鎳、鈷、鎢或者鉻，或者是基于這些元素的組合，例如鎳-鈷、鎳-鎢或者鈷-鎢。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄層具有在40和50微米之間的厚度。
11.一種用于渦輪機(jī)的定子級的傾斜度可變的葉片，所述渦輪機(jī)特別是航空渦輪發(fā)動機(jī)，該葉片圍繞它的軸線在渦輪機(jī)的殼體的管中被可旋轉(zhuǎn)地導(dǎo)向，并且在它的徑向最靠外的端部包括緊靠導(dǎo)向墊圈的環(huán)形凸起支撐的表面，所述導(dǎo)向墊圈安裝在葉片的圓柱形桿周圍并且在所述表面和渦輪機(jī)殼體之間，其中葉片的表面的與墊圈的環(huán)形凸起接觸的那部分被具有低的摩擦系數(shù)的硬質(zhì)材料的薄層覆蓋。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的葉片，其特征在于，硬質(zhì)材料的薄層已經(jīng)通過緩沖電解、熱等離子體或者HVOF噴涂或者通過PVD類型的方法被沉積在新的葉片的所述表面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的葉片，其特征在于，在該表面由于它緊靠導(dǎo)向墊圈的環(huán)形凸起而已變得磨損之后，硬質(zhì)材料的薄層覆蓋在葉片的所述表面上沉積的金屬表面硬化物質(zhì)。
全文摘要
一種用于修理渦輪機(jī)的傾斜度可變的葉片的磨損表面的方法，在于通過利用電解沉積金屬物質(zhì)來填充由它的磨損導(dǎo)致的葉片的所述表面的材料的缺少，然后在沉積的金屬物質(zhì)和所述表面的周圍部分上形成至少一層硬質(zhì)材料的薄層，所述硬質(zhì)材料具有低的摩擦系數(shù)。
文檔編號C23C28/00GK1824840SQ20061000693
公開日2006年8月30日 申請日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月27日
發(fā)明者克里斯泰勒·富歇, 克洛德·蒙斯, 米歇爾·呂米 申請人:斯奈克瑪公司