ES2261352T3 - Procedimiento de equilibrado de un rotor integral. - Google Patents

Abstract

A rotor integral (14) que comprende: un disco (22) anular que incluye un reborde (24), un refuerzo (26), y un buje (28) dispuestos concéntricamente alrededor de un eje (12) del plano axial; una fila de álabes (32) que se extienden radialmente hacia fuera desde dicho reborde; dicho blisk (14) comprende además dicho reborde que incluye primero y segundo salientes (38, 40) sobre partes opuestas axialmente de dicho refuerzo, caracterizado porque uno de dichos salientes incluye una región (42) de equilibrado arqueada que se proyecto radialmente hacia dentro del mismo y dispuesta excéntricamente respecto de dicho eje del plano central de dicho disco para equilibrar dicho rotor integral.

Description

Procedimiento de equilibrado de un rotor integral.

La presente invención se refiere generalmente a motores de turbina de gas y, más concretamente, al equilibrado de los rotores de los mismos y, más concretamente, al equilibrado de los rotores integrales ("blisks").

Los motores de turbina de gas incluyen varios rotores en la forma típica de discos de álabes. Cada disco de rotor está configurado específicamente con un reborde exterior radialmente del que se extiende una fila de álabes. Un refuerzo más fino se extiende radialmente hacia dentro desde el reborde y termina en un buje más grueso axialmente que tiene un taladro central en el mismo.

El disco es circunferencialmente continuo y tiene una resistencia circular sustancial para resistir las cargas centrífugas desarrolladas por los álabes cuando rotan durante su operación alrededor del eje o línea central axial longitudinal del disco. La forma del disco optimiza la resistencia del mismo minimizando al mismo tiempo el peso indeseable para soportar los álabes de manera efectiva durante una vida en servicio sustancial.

Los discos de rotor tienen diferentes formas para soportar álabes de rotor de ventilador relativamente grandes y filas múltiples de álabes de compresor decrecientes en tamaño para comprimir aire durante la operación. El aire se mezcla con combustible y se quema para generar gases de combustión calientes que fluyen corriente abajo a través de varias filas de álabes de turbina crecientes en tamaño sobre los correspondientes discos de rotor consecuentemen-
te.

En una configuración habitual, los discos de rotor incluyen o bien ranuras a cola de milano de entrada axial a través del reborde de los mismos, o ranuras a cola de milano de entrada circunferencial habitual que reciben, respectivamente, colas de milano de álabes complementarios para su retención en los discos. En otra configuración habitual, los álabes pueden estar formados integralmente con el reborde del disco en una construcción unitaria o de una pieza típicamente denominada rotor integral ("blisk", acrónimo de bl(aded d)isk) (disco de álabes).

El beneficio de la construcción a cola de milano es la posibilidad de fabricar los álabes y el disco individualmente, y de poder reparar sencillamente los mismos desmontando los álabes del disco. Sin embargo, la construcción a cola de milano requiere un disco consecuentemente más grande para resistir las diferentes presiones y cargas centrífugas experimentadas durante la operación.

Un beneficio concreto de la construcción del "blisk" es que el disco integral puede ser menor ya que no se usa cola de milano alguna, y los álabes están formados integralmente alrededor del reborde del disco. Sin embargo, esto incrementa la dificultad de reparación ya que los álabes no son fácilmente desmontables del disco individualmente. Las reparaciones menores de los álabes se pueden hacer en el "blisk", pero las reparaciones importantes requieren el desmontaje cortando las partes correspondientes de los álabes dañadas o su desmontaje total, realizándose la sustitución de las mismas mediante soldadura u otros procesos de conexión metalúrgicos para lograr la resistencia original del "blisk".

Otra dificultad en la fabricación del "blisk" es el equilibrado del mismo. Todos los componentes del rotor de un motor de turbina de gas se deben equilibrar adecuadamente estática y dinámicamente para minimizar las cargas por desequilibrio rotatorio durante la operación para reducir la vibración. La construcción del disco con colas de milano permite equilibrar el rotor inicialmente durante la fabricación, fabricando los álabes individuales separadamente y encajándolas en posición sobre el disco para minimizar el desequilibrio resultante del montaje de los mismos. Seguidamente, el disco montado se puede equilibrar convencionalmente usando varias formas de corrección del equilibrio.

Por el contrario, las tolerancias de fabricación típicas en la fabricación de los álabes del "blisk" individuales dan lugar a una variación correspondiente en la respectiva masa o peso de los mismos. Esto, a su vez, crea un desequilibrio general del "blisk" que debe ser corregido convenientemente.

Las máquinas de equilibrado convencionales miden el desequilibrio del "blisk" a una velocidad adecuada en forma de vector fuerza de desequilibrio que tiene magnitud en masa y radio, y en una posición angular circunferencial medida alrededor de la circunferencia del "blisk" respecto de cualquier punto de referencia idóneo. El desequilibrio medido se puede corregir bien eliminando material del "blisk" en la posición angular del vector de desequilibrio o añadiendo más material de manera opuesta diametralmente a la misma, tal como a 180º, por ejemplo.

El material se puede eliminar de los álabes identificados o de la región de la plataforma entre álabes. El material se puede eliminar también de las pestañas de la correspondiente extensión de los ejes del "blisk" que se usan para transmitir la carga del par de torsión de las mismas desde la turbina de baja presión del motor que impulsa los "blisks".

Sin embargo, la identificación de lugares adecuados para eliminar suficiente masa de material incrementa la dificultad del proceso de equilibrado ya que la eliminación de material puede reducir la resistencia final del "blisk" que se debe mantener a un nivel adecuadamente alto para asegurar una vida útil conveniente.

La adición de una cantidad adecuada de material para equilibrar el "blisk" presenta sus propias dificultades. Típicamente no es práctico añadir material a los álabes o al mismo disco sin que afecte de manera adversa a la resistencia de los mismos. En cambio, para corregir el equilibrio, se pueden añadir lastres discretos de equilibrado en las pestañas de acoplamiento del "blisk".

El documento GB-A-2 255138 muestra un "blisk" típico de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, deseado para disponer de un "blisk" que tiene una característica de equilibrio mejorada.

Esto se logra con un "blisk" de acuerdo con la reivindicación 1, un procedimiento de equilibrado de acuerdo con la reivindicación 7 y un procedimiento de reparación de acuerdo con la reivindicación 9.

De acuerdo con la invención, un "blisk" incluye un disco que tiene un reborde desde el que se extiende una fila de álabes. El reborde incluye salientes opuestos axialmente uno de los cuales incluye una región de equilibrado arqueada dispuesta excéntricamente al eje central del disco para equilibrar el "blisk".

Seguidamente, se va a describir la invención con mayor detalle, a modo de ejemplo, hacienda referencia a los dibujos, en los que:

La figura 1 es una vista en alzado axial, parcialmente en sección, de un rotor de "blisks" de un ventilador de tres etapas que tiene regiones de equilibrado excéntricas de acuerdo con realizaciones correspondientes de la presente invención;

La figura 2 es una vista isométrica del blisk de la primera etapa ilustrado en la figura1 que incluye una forma de región de equilibrado excéntrica en el mismo;

La figura 3 es una vista de una sección axial ampliada del saliente anterior del reborde del "blisk" mostrado en la figura 1 dentro de un circulo de trazos etiquetado con el numeral 3, y también a lo largo de la línea 3-3 de sección de la figura 4, que ilustra la formación de una realización de la región de equilibrado excéntrica;

La figura 4 es una vista en alzado de la parte anterior desde atrás de una parte del "blisk" de la primera etapa ilustrado en la figura 1 y tomada a lo largo de la línea 4-4 que muestra esquemáticamente en forma de diagrama de flujos un procedimiento ejemplar de equilibrado del "blisk";

La figura 5 es una vista de una sección axial ampliada de la región de equilibrado excéntrica ilustrada en la figura 4 a lo largo de la línea 5-5 que concuerda con la posición angular del vector de desequilibrado medido en la posición de las 6 en punto ejemplar;

La figura 6 es una vista de una sección axial ampliada del saliente posterior del reborde del "blisk" de la segunda etapa ilustrado en la figura 1 dentro del circulo de trazos etiquetado con el numeral 6 de acuerdo con otra realización de la presente invención, y

La figura 7 es una vista de una sección ampliada, similar a la de la figura 5, de un procedimiento ejemplar de reparación del "blisk" de acuerdo con otro aspecto de la presente invención.

En la figura 1 se ilustra un rotor 10 de ventilador de tres etapas que está situado asimétricamente alrededor de un eje 12 o línea central axial longitudinal del mismo. Esta realización ejemplar está configurada para un motor de turbina de gas de turboventilador para aplicaciones militares, y está impulsado por una turbina de baja presión (no se muestra) conectada adecuadamente al mismo.

El rotor 10 del ventilador incluye primero, segundo y tercer "blisks" 14, 16, 18 que están unidos entre sí e impulsados por la turbina de baja presión para comprimir aire 20 ambiental que circula corriente abajo a través de los mismos.

Los tres "blisks" son generalmente similares en construcción y el "blisk" 14 de la primera etapa será descrito en detalle, estando configurados los "blisks" 16, 18 de la segunda y tercera etapas de manera similar excepto lo comentado en otro sentido.

El "blisk" 14 incluye un disco 22 de rotor anular que tiene un reborde 24 exterior ampliado radialmente, un refuerzo 26 más estrecho que se extiende radialmente hacia dentro del mismo y un buje 28 interior radialmente más ancho que define un taladro 30 central. El disco es un componente integral o unitario con el reborde, el refuerzo y el buje del mismo que están dispuestos concéntricamente alrededor del eje 12 del plano central.

Una pluralidad de palas o álabes 32 de rotor se extienden en una fila radialmente hacia fuera desde la superficie exterior del reborde 24 en un conjunto unitario o de una pieza con el mismo. Dicho "blisk" integral se puede fabricar convencionalmente de una pieza forjada de un material de una superaleación de alta resistencia usado típicamente en ventiladores de motores de turbina de gas y mecanizado adecuadamente por una máquina de ejes múltiples de corte controlado numéricamente o por una máquina electroquímica (ECM).

Un beneficio particular de la estructura de "blisk" ilustrada en la figura 1 es la posibilidad de minimizar el tamaño del disco 22 manteniendo sin embargo suficiente capacidad de resistencia circular para soportar la presión sustancial y las cargas centrífugas experimentadas por los álabes durante la operación rotatoria. El reborde 24 es suficientemente extenso en anchura axial para soportar los álabes 32 por sus extremos de encastre entre los bordes 34, 36 de ataque y posterior, y se estrecha en anchura axial hacia el refuerzo 26 más estrecho, incrementándose seguidamente con el buje en anchura axial para adaptarse a las cargas operativas dentro de límites de tensión aceptables para asegurar una vida útil adecuada del "blisk".

En esta eficiente configuración estructural, el reborde 24 incluye primero y segundo salientes 38, 40 axiales sobre partes del refuerzo opuestas axialmente, que están en voladizo libre y axialmente desde los mismos.

De acuerdo con la presente invención, al menos uno de los dos salientes 38, 40 incluye una región 42 de equilibrado arqueada, que se proyecta radialmente hacia dentro desde la parte inferior del saliente y está dispuesta excéntricamente respecto del eje 12 sobre del plano central para equilibrar el "blisk".

En la realización ejemplar ilustrada en la figura 1, el reborde 24 es cónico con una superficie exterior que crece en diámetro entre el primer saliente 38 en el extremo anterior del disco hasta el segundo saliente en el extremo posterior del disco. Los diámetros de los dos salientes son consecuentemente diferentes entre sí siendo el del saliente posterior mayor que el del saliente anterior.

El "blisk" incluye también un primer eje 44 anular o eje anterior que se extiende desde una parte anterior del buje 28 radialmente hacia dentro o hacia el interior desde el primer saliente 38 del reborde. Un segundo eje anular o eje 46 posterior se extiende desde una parte posterior del buje 28 opuesta axialmente radialmente hacia el interior del segundo saliente 40 del reborde. Los dos ejes 44, 46 se unen integralmente al disco en la estructura unitaria del mismo, y están configurados idóneamente para ser montados en el motor de turbina de gas.

Por ejemplo, el eje 44 anterior es cónico en parte conforme se extiende hacia delante desde el disco y, seguidamente pasa hacia una parte cilíndrica que está montada adecuadamente en un cojinete 48 convencional en el motor. Concordantemente, el eje 46 posterior es generalmente cilíndrico e incluye una pestaña anular en su extremo posterior para ser montada en una pestaña anterior concordante del blisk 16 de la segunda etapa en su eje anterior cónico de soporte de cualquier manera adecuada, tal como mediante pernos de sujeción. El eje 46 posterior está unido también a un eje de ventilador posterior para impulsar el conjunto de los blisks de las tres etapas, como se ilustra en la figura 1.

Los ejes concordantes anterior y posterior del segundo y tercero "blisks" 16, 18 están designados con los correspondientes sufijos b, c y están configurados convenientemente para estar unidos entre sí en serie para formar colectivamente el rotor de ventilador de tres etapas accionado adecuadamente por la turbina de baja presión.

En la realización ejemplar ilustrada en la figura 1, la región 43 de equilibrado está dispuesta bajo el primer saliente 38 del reborde, con el eje 44 anterior espaciado radialmente hacia dentro de la región de equilibrado. El eje 44 anterior define un brazo de soporte de cargas para soportar las fuerzas de reacción desde los álabes hacia el cojinete 48. La región 42 de equilibrado está situada excéntricamente alrededor tanto del eje 12 sobre plano central del disco como del eje 44 anterior, y está desacoplada estructuralmente de la vía de carga directa del eje anterior, mientras que se maximiza localmente el diámetro radial de la región de equilibrado para maximizar su efectividad de equilibrado.

En esta realización, la región 42 de equilibrado está espaciada de ambos ejes 44, 46 por el refuerzo 26 situado entre ellos, y está desacoplada estructuralmente con efectividad de la vía de carga entre los álabes y los ejes efectuada por el disco integral, entre ellos.

Como se muestra en la figura 1, el saliente 38 anterior del reborde está dispuesto directamente debajo de los bordes 34 de ataque de los álabes y está alineado radialmente con los mismos. El segundo saliente 40 está dispuesto directamente debajo de los bordes 36 posteriores de los álabes y está alineado con los mismos. Y el reborde 24 cónico inclinado posterior tiene un diámetro exterior mayor en el saliente posterior que en el saliente anterior.

La región 42 de equilibrado puede estar dispuesta bajo cualquiera de los salientes 38, 40 anterior o posterior, o bajo ambos, y está dispuesta en su mayor parte radialmente debajo de los correspondientes bordes de ataque y posteriores de los álabes. De esta manera, la región de equilibrado proporciona una fuerza de equilibrado efectiva sin interferir con la vía de carga estructural. Y la región de equilibrado puede estar situada bajo cualquiera de los salientes o de ambos cuando el espacio lo permita y cuando su efecto pueda ser maximizado.

Un beneficio concreto de la región 42 de equilibrado es su extensión circunferencial alrededor de la parte inferior del saliente del reborde que, de esta manera, extiende su efecto de equilibrado sin concentración en región local alguna. Más aún, la región de equilibrado ni compromete la resistencia de los ejes 44 o 46 de soporte, ni la resistencia del propio disco, incluso el reborde 24. Y la región 42 de equilibrado introduce un peso muerto y una mínima fuerza centrífuga del mismo que debe ser soportada por el disco 22 durante la operación.

En la figura 2 el primer "blisk" está ilustrado aisladamente e incluye la región 42 de equilibrado que converge alrededor de la parte inferior del saliente 38 anterior. La figura 3 ilustra una parte de la región 42 de equilibrado que está formada con el máximo valor de su espesor A. La figura 4 ilustra una vista anterior de la región 42 de equilibrado que varía en espesor radial circunferencialmente alrededor del reborde 24 del disco, y la figura 5 ilustra el espesor mínimo de la región 42 de equilibrado donde converge sustancialmente a paño con la parte inferior del saliente 38 anterior.

Como se ilustra en las figuras 1, 3, y 5, el reborde 24 y los ejes 44, 46 correspondientes unen el refuerzo 26 común a partes axialmente opuestas de los mismos en los filetes 50 correspondientes que tienen radios relativamente grandes para reducir la concentración de tensión en los mismos. Pero por la adición de la propia región 42 de equilibrado, la parte inferior del saliente 38 anterior debería tener un diámetro interior mayor para converger fácilmente con los filetes correspondientes sin discontinuidades superficiales o escalones entre los mismos.

Como se muestra en las figuras 3 - 5, el saliente anterior tiene un diámetro B interior nominal representativo de la parte inferior del saliente anterior sin material añadido alguno para formar la región 42 de equilibrado Este diámetro B de referencia es representativo del diámetro mínimo del saliente anterior que tiene un aro circunferencialmente continuo de material que proporciona resistencia circular al disco.

La región 42 de equilibrado se forma aportando material adicional que se proyecta radialmente hacia dentro desde la parte inferior del saliente anterior configurada específicamente para equilibrar el particular vector F de la fuerza de desequilibrado del "blisk", como se ilustra esquemáticamente en la figura 4.

En consecuencia, en la realización preferida, la región 42 de equilibrado excéntrica ilustrada en la figura 4 varía en espesor A radial desde un espesor máximo diametralmente opuesto a la fuerza F de desequilibrado que se equilibra con un espesor mínimo que converge sustancialmente a paño con el filete de la región de la fuerza F de desequilibrado.

Para hacer rotar el "blisk" y medir la fuerza F de desequilibrado del mismo representada por una magnitud de masa a una determinada distancia de la línea central del disco, por ejemplo, gramo-pulgadas, y en una determinada posición C angular desde un punto de referencia adecuado, se puede usar una máquina 52 de equilibrado convencional ilustrada esquemáticamente en la figura 4. Introduciendo la excentricidad de la región 42 de equilibrado, el desequilibrio medido se puede compensar diametralmente para equilibrar el "blisk" completo.

La figura 3 ilustra la región 42 de equilibrado en la posición de las 12 en punto de la figura 4, diametralmente opuesta a la fuerza de desequilibrado medida en la posición de las 6 en punto, donde el espesor A de la región de equilibrado medido desde el diámetro 8 de referencia es máximo y, por ello, en esta situación del filete 50, se forma un escalón 54 que se proyecta radialmente hacia dentro. La figura 5 ilustra la región 42 de equilibrado en la posición de las 6 en punto de la figura 4 que concuerda con la posición angular de la fuerza F de desequilibrado medida donde el espesor de la región de equilibrado es mínimo, y es preferiblemente cero para que la región de equilibrado converja sustancialmente a paño en la localización del desequilibrado y que se incremente regularmente en espesor en las partes opuestas circunferencialmente a dicha fuerza.

De esta manera, la región 42 de equilibrado es circunferencialmente continua alrededor de las partes opuestas en las que se encuentra el espesor mínimo de la misma y termina efectivamente en la parte concordante con la parte inferior nominal del saliente 38 anterior que, de otro modo, se formaría sin región de equilibrado alguna.

Preferiblemente, la región de equilibrado se introduce en el "blisk" en el diámetro práctico máximo respecto del eje del plano central del disco para maximizar su capacidad para compensar el desequilibrio medido con una mínima adición de masa. Aunque la región de equilibrado ilustrada en la figura 1 se podría introducir, por el contrario, bajo el saliente 40 posterior de diámetro mayor, esto es poco práctico teniendo en cuenta este diseño concreto de un amortiguador de vibraciones convencional situado en esta región. En consecuencia, la región 42 de equilibrado se introduce bajo el saliente 38 anterior de diámetro menor y, preferiblemente, tiene una configuración cilíndrica que se extiende generalmente paralela al eje del plano central del disco.

Como se muestra en la figura 3, el efecto de la región de equilibrado 42 se puede maximizar maximizando su área dentro del espacio limitado provisto por el saliente del aro. En esta situación preferida, la región de equilibrado se extiende continuamente en la dirección axial desde el reborde o superficie anterior expuesta del aro del disco situada debajo del saliente anterior para enganchar el extremo anterior del filete 50 próximo al refuerzo 26. y, como se ilustra en la figura 4, la región de equilibrado se extiende también continua y circunferencialmente desde su máximo espesor hasta su mínimo espesor donde termina y converge con la parte inferior del saliente del reborde.

Las figuras 3 - 5 ilustran un procedimiento ejemplar de equilibrado del "blisk" que utiliza una forma preferida de la región 42 de equilibrado excéntrica. El propio "blisk" se produce inicialmente para su configuración final, dentro de las tolerancias típicas de la fabricación, que incluye la fila de álabes y el disco completos y ejes integrales. El "blisk" inicial está provisto también con material adicional bajo el saliente para crear la región de equilibrado excéntrica. Para configurar inicialmente la región de equilibrado antes de formar la configuración excéntrica de la misma, se puede utilizar cualquier máquina herramienta 56, tal como una máquina herramienta multieje controlada numéricamente.

Más concretamente, el "blisk" se mecaniza inicialmente para producir una región 42b de equilibrado inicial que es anular y, preferiblemente, concéntrica con el saliente del reborde del disco. La región 42b de equilibrado inicial está ilustrada en varios de sus detalles en las figuras 3 - 5. La región de equilibrado inicial tiene un espesor A radial medido respecto del diámetro B interior nominal del saliente del reborde que, de otro modo, estaría configurado sin la adición de la región de equilibrado.

La región 42b de equilibrado inicial, preferiblemente, está mecanizada concéntrica con el eje del plano central del disco de manera que en su forma inicial introduce poco, si introduce algo de desequilibrio en el "blisk" completo.

Seguidamente, se monta el "blisk" en la máquina de equilibrado y se hace rotar a velocidad para medir el desequilibrio del mismo representado por el vector F de desequilibrado resultante, ilustrado en la figura 4, expresado típicamente en pulgadas-gramo en la posición C angular específica. En la realización ejemplar ilustrada en la figura 4, la fuerza F de desequilibrado medida está situada en la posición de las 6 en punto del "blisk", y por ello requiere una corrección diametralmente opuesta a la misma de manera efectiva en la posición de las 12 en punto.

Mecanizando la región 42b de equilibrado inicial excéntricamente respecto del eje del plano central del disco, la masa restante de la región 42 de equilibrado excéntrica se podría compensar diametralmente respecto de la fuerza F de desequilibrado medida para compensar dicho desequilibrio y equilibrar el "blisk" completo de manera efectiva.

En una realización preferida ilustrada en la figura 4, la región 42b de equilibrado inicial tiene un diámetro D interior inicial, y la región de equilibrado excéntrica tiene un diámetro E interior final que está descentrado excéntricamente del eje del plano central del disco con una desviación G excéntrica predeterminada.

Mecanizando la región 42b de equilibrado inicial concéntrica con un diámetro mayor para formar la región 42 de equilibrado excéntrica, el centro de masa de la región de equilibrado excéntrica restante puede ser compensada de manera precisa diametralmente del vector F fuerza de desequilibrado para equilibrar el "blisk". La región de equilibrado excéntrica se extiende circunferencialmente dentro del diámetro interior del saliente del reborde y no introduce concentración alguna de tensión circularmente y mantiene la continuidad circunferencial del aro del saliente del reborde para mantener la resistencia completa del aro y soportar los álabes durante su operación rotatoria.

En la realización preferida ilustrada en las figuras 3 - 5, el diámetro interior de la región de equilibrado crece desde su diámetro O concéntrico inicial hasta su diámetro E mayor final, y la compensación G excéntrica es preferiblemente igual a aproximadamente la mitad del crecimiento del diámetro interior, que es la mitad de la diferencia de E y D, el escalón 54 ilustrado en la figura 3 se crea en el espesor máximo de la región 42 de equilibrado, y el escalón se elimina en el espesor mínimo de la región de equilibrado ilustrada en la figura 5 donde termina la región de equilibrado y converge a paño con la parte inferior del saliente 38 del reborde. Como se muestra en la figura 4, el espesor A de la región 42 de equilibrado varía o decrece desde su máximo espesor en la posición de las 12 en punto hasta el espesor mínimo nulo en la posición de las 6 en punto a lo largo de ambas partes opuestas circunferencialmente de la región de equilibrado.

Esta configuración presenta muchos beneficios incluso el mantenimiento de la resistencia del aro del saliente del reborde bajo el cual se introduce la región de equilibrado.

El ahusamiento de la región de equilibrado hasta un espesor mínimo nulo asegura la configuración más ligera de la región de equilibrado restante reduciendo el peso muerto de la misma que debe ser soportado por el disco durante su operación rotatoria.

En un "blisk" configurado específicamente para operar en un ventilador de motor de turbina de gas así como el opuesto para operar en la turbina de baja presión del mismo, la convergencia sin escalones ilustrada en la figura 5 presenta una vía de drenaje de cualquier humedad u otros fluidos que se acumula dentro de la cavidad bajo el saliente del reborde y permite su drenaje por la fuerza centrífuga.

La región 42 de equilibrado excéntrica está también oculta a lo largo de la parte inferior del saliente del reborde y no afecta al rendimiento aerodinámico de la superficie exterior del reborde, y no afecta a la integridad estructural del reborde del disco, y no afecta a la vía de carga a través del disco hasta los ejes de soporte. Más aún, introduciendo la región de equilibrado debajo de cualquiera de los salientes del reborde, la función de equilibrado se sitúa relativamente cerca del plano de desequilibrado para, de esta manera, corregir el desequilibrio con un mínimo de momento de par en el "blisk".

Como se ilustra en las figuras 3 y 5, el filete 50 anterior está mecanizado en el refuerzo 26 entre la conexión del primer saliente 38 del reborde y el eje anterior. La región 42b de equilibrado inicial se mecaniza primeramente concéntricamente alrededor del eje del plano central del disco con un espesor A sustancialmente constante que crea el escalón 54 que da frente hacia dentro radialmente en el filete 50. Seguidamente, la región 42b de equilibrado inicial se mecaniza con su diámetro E mayor y con la compensación G excéntrica para eliminar sustancialmente el escalón 54 radial en una parte circunferencial del filete tal como en la posición de las 6 en punto ilustrada en las figuras 4 y 5.

En una realización preferida, la corrección efectiva del equilibrado de la región de equilibrado excéntrica se puede determinar analíticamente previamente para una gama de espesores máximos de la región de equilibrado excéntrica. Por ejemplo, el valor máximo del espesor A de la región de equilibrado puede ser de hasta aproximadamente 1,27 mm (50 milésimas) y la compensación G excéntrica cooperativa puede ser la mitad del espesor máximo, 0,64 mm (25 milésimas) en este ejemplo. La región de equilibrado excéntrica presenta una masa de compensación que se puede representar con las mismas unidades que la fuerza de desequilibrio, tal como Newton-metros (gramo-pulgadas) en una posición angular representada por su plano de simetría.

En un ejemplo típico, el vector de desequilibrio medido puede tener una magnitud dentro de la capacidad de equilibrado de la región de equilibrado inicial. Por ejemplo, la fuerza F de desequilibrio puede tener un valor de 0,02491 Nm (100 gramos-pulgada) en la posición de las 6 en punto ilustrada en la figura 4. Y una región de equilibrado balance de 1,27 mm (50 milésimas) puede tener una magnitud de equilibrado sustancialmente mayor que la fuerza de desequilibrio.

Consecuentemente, en la realización preferida ilustrada en las figuras 3 y 5, la región 42b de equilibrado anular inicial se puede mecanizar primeramente con un valor de su diámetro D convenientemente mayor eliminando inicialmente el material en exceso que tiene un espesor H radial. De esta manera, el espesor A máximo restante de la región 42b de equilibrado inicial anular se reduce inicialmente de manera que la corrección de equilibrado resultante puede coincidir con la fuerza F de desequilibrio medida. Seguidamente, la fuerza F de desequilibrado se puede redeterminar en la máquina de equilibrado para asegurar su precisión una vez reducido el espesor de la región de equilibrado inicial.

Seguidamente, se remecaniza la región de equilibrado inicial desde su diámetro D de valor mayor hasta el diámetro E concordantemente mayor con la compensación G correspondiente que representa la mitad del incremento del diámetro interior de la región de equilibrado. A continuación, en la región 42 de equilibrado excéntrica resultante se puede introducir una fuerza de corrección que coincide sustancialmente con la fuerza F de desequilibrado medida para compensar diametralmente ese desequilibrio y equilibrar de manera efectiva el "blisk" completo.

En la realización ejemplar ilustrada en las figuras 1 - 5, la región 42 de equilibrado se introduce bajo el saliente 38 anterior para equilibrar de manera efectiva el "blisk" 14 de la primera etapa completo.

Alternativamente, la región de equilibrado se podría introducir bajo el saliente 40 posterior del "blisk" donde el espacio lo permite. Dado que en esta región del primer "blisk" 14 está situado un amortiguador de álabes (no se ilustra), la región 42 de equilibrado está situada, en cambio, debajo del saliente anterior. Sin embargo, en el "blisk" de la segunda etapa, ilustrado en la figura 1, el saliente 40 posterior permite la introducción de la región de equilibrado, designada con el numeral 42c, en adelante.

La figura 6 ilustra esta realización alternativa con más detalle en la que el saliente 40 posterior es cónico en sus dos superficies exterior e interior. Y la región 42c de equilibrado es concordantemente cónica para coincidir con el contorno de la superficie interior del saliente posterior para mantener un espesor sustancialmente constante de la región de equilibrado sobre la extensión axial del mismo. Sin embargo, la región 42 de equilibrado cónica es, por lo demás, similar a la región 42 de equilibrado cilíndrica descrita anteriormente y está dispuesta de manera similar excéntricamente respecto del eje del plano central del disco para introducir una fuerza de corrección del equilibrado del "blisk" 16 de la segunda etapa.

Dado que la región 42c de equilibrado cónica se introduce en el diámetro mayor del saliente 40 posterior del segundo "blisk" 16 opuesto a su saliente anterior de diámetro menor, el efecto de equilibrado de la región es mayor, y su tamaño se puede reducir consecuentemente para minimizar más el peso muerto de la propia función de la región de equilibrado cuando se introduce en el "blisk".

La figura 1 ilustra también otra forma cilíndrica de la región de equilibrado cilíndrica, designada con el numeral 42d, bajo el saliente 40 posterior del "blisk" 18 de la tercera etapa, la región 42d de equilibrado cilíndrica puede estar formada excéntricamente respecto del eje del plano central del disco sin escalón alguno en el filete alrededor de toda la circunferencia del disco.

Otro beneficio de la introducción de la región de equilibrado en sus diversas formas a lo largo de la parte inferior de cualquiera de los salientes anterior o posterior del disco es la posibilidad de reparar más fácilmente el "blisk" después de su amplia vida en servicio, y reconstruir la región de equilibrado para reequilibrar el "blisk" reparado sin degradar de manera adversa la resistencia del "blisk".

La figura 7 ilustra la misma parte del "blisk" de la primera etapa ilustrada en la figura 5 que experimenta un procedimiento de reparación de acuerdo con otra realización de la presente invención. Durante el servicio pueden ser dañadas uno o más álabes 32 por daño de objetos extraños (FOD) por ejemplo. Al menos uno de los álabes 32 puede ser reparada de cualquier manera adecuada tal como desmontando parte del álabe o todo y sustituyendo dicha parte del álabe o todo por un sustituto unido metalúrgicamente de manera adecuada en posición mediante soldadura u otra técnica idónea. Seguidamente, el "blisk" así reparado debe ser reequilibrado adecuadamente antes de su vuelta al servicio.

Esto se puede realizar reconstruyendo la región 42 de equilibrado concéntricamente con el reborde del disco en el correspondiente saliente 38 de manera que se puede reconstruir una nueva forma de la región de equilibrado excéntrica.

Seguidamente, el "blisk" reparado con la región 42b de equilibrado reconstruida se puede equilibrar de la misma manera descrita anteriormente midiendo el desequilibrio y, seguidamente, mecanizando la región 42 de equilibrado reconstruida para efectuar la corrección excéntrica de la misma.

En la realización preferida ilustrada en la figura 7, la región de equilibrado se puede reconstruir adecuadamente con un dimensionado inicial del espesor por deposición de pulverización de plasma de material 58 metálico adicional a lo largo de la parte inferior del saliente reborde para disminuir el diámetro interior del mismo. Se puede usar cualquier forma convencional de deposición de pulverización de plasma para reconstruir la región de equilibrado sin afectar de manera adversa a las propiedades del material ni a la resistencia del disco. Y, si se desea, se puede usar un tratamiento térmico adecuado del "blisk" para mejorar las propiedades del material.

Seguidamente, la región de equilibrado reconstruida se puede mecanizar concéntricamente con el reborde con una forma 42b de la región de equilibrado inicial antes de reequilibrar el "blisk" reparado.

De nuevo, seguidamente, el "blisk" así reparado con la región 42b de equilibrado inicial reconstruida se puede reequilibrar de la misma manera descrita anteriormente midiendo la fuerza de desequilibrado y mecanizando la región de equilibrado inicial con la forma excéntrica requerida para compensar el desequilibrado medido.

La región de equilibrado excéntrica descrita anteriormente en varias formas se introduce fácilmente en los, por lo demás, "blisks" convencionales para su uso en cualquier ubicación adecuada del motor de turbina de gas. La región de equilibrado excéntrica se sitúa en un diámetro relativamente grande a lo largo de la parte inferior de cualquiera de los salientes del reborde para maximizar su efectividad y minimizar al mismo tiempo la cantidad de masa necesaria para lograr la corrección del equilibrado.

La región de equilibrado se extiende circunferencialmente a lo largo del reborde con un espesor que varía desde valores máximos hasta valores mínimos y converge regularmente con la parte inferior del reborde y no introduce concentración de tensión alguna en forma de aro en el "blisk". Y la región de equilibrado se desacopla estructuralmente de la vía de carga entre los álabes y los ejes de soporte y no disminuye la resistencia de la misma. La carga adicional que supone la introducción de la propia región de equilibrado es soportada con facilidad a través del disco sin incremento significativo de la tensión en el mismo durante la operación rotatoria.

Claims (10)

1. A rotor integral (14) que comprende:

un disco (22) anular que incluye un reborde (24), un refuerzo (26), y un buje (28) dispuestos concéntricamente alrededor de un eje (12) del plano axial;

una fila de álabes (32) que se extienden radialmente hacia fuera desde dicho reborde; dicho blisk (14) comprende además dicho reborde que incluye primero y segundo salientes (38, 40) sobre partes opuestas axialmente de dicho refuerzo,

caracterizado porque uno de dichos salientes incluye una región (42) de equilibrado arqueada que se proyecto radialmente hacia dentro del mismo y dispuesta excéntricamente respecto de dicho eje del plano central de dicho disco para equilibrar dicho rotor integral.

2. Un rotor integral de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende además un eje (44) anular unido integralmente a dicho disco (22) que se extiende radialmente hacia dentro desde dicho reborde (24) y está espaciado de dicha región (42) de equilibrado.

3. Un rotor integral de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicha región (42) de equilibrado (42) varía en espesor radial circunferencialmente alrededor de dicho reborde (24).

4. Un rotor integral de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende:

un disco (22) anular que incluye un reborde (24) cónico, un primer eje (44) que se extiende desde una primera parte de dicho buje, y un segundo eje (46) que se extiende desde una parte opuesta de dicho buje todos dispuestos concéntricamente alrededor de un eje (12) del plano central;

en el que cada álabe incluye bordes (34, 36) de ataque y posterior; y

dicho reborde (24) incluye dicho primer saliente (38) que rodea dicho primer eje, y dicho segundo saliente (40)que rodea dicho segundo eje.

5. Un rotor integral de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicha región (42) de equilibrado varía en su espesor radial circunferencialmente alrededor de dicho reborde (24).

6. Un rotor integral de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dichos reborde (24) y ejes (44, 46) se unen a dicho refuerzo (26) en filetes (50) correspondientes, y dicha región (42) de equilibrado varía en espesor radial desde un espesor máximo que forma un escalón (54) radial en uno de dichos filetes hasta un espesor mínimo que converge con dicho filete.

7. Un procedimiento de equilibrado de rotores integrales se acuerdo con la reivindicación 1, 3 o 4 que comprende:

equiparación de dicho rotor integral (14) inicialmente con una región (42b) de equilibrado anular bajo dicho reborde (24); match

medición del desequilibrado de dicho rotor integral; y

equiparación de dicha región de equilibrado inicial excéntricamente para compensar dicho desequilibrado medido y equilibrar dicho rotor integral.

8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7 que comprende además:

en primer lugar, equiparación de dicha región (42b) de equilibrado inicial concéntricamente con dicho reborde (24);

en segundo lugar, equiparación de dicha región (42b) de equilibrado inicial de diámetro mayor, con una compensación excéntrica igual a aproximadamente la mitad del incremento de dicho diámetro interior.

9. Un procedimiento de reparación de rotores integrales de acuerdo con la reivindicación 1 o 4 que comprende:

una reparación de al menos uno de dichos álabes (32);

reconstrucción de dicha región (42) de equilibrado concéntrica con dicho reborde (24);

medición del desequilibrio de dicho rotor integral reparado; y

equiparación de dicha región de equilibrado reconstruida excéntricamente para compensar dicho desequilibrio medido y equilibrar dicho rotor integral reparado.

10. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9 que comprende además la reconstrucción de dicha región (42b) de equilibrado por deposición de pulverización de plasma de material (58) adicional para reducir el diámetro interior de la misma.