JP5613158B2 - ターボ機械のディスクを補修または再加工する方法、および補修または再加工されたターボ機械のディスク - Google Patents

Description

本発明は、ターボ機械のディスクのリムに半径方向取付けタブを補修または再加工する方法に関する。本発明は、詳細には保持突起を、より詳細には、複流ターボジェットエンジンのファンディスクに羽根間プラットフォームを保持するいわゆる中央保持突起を目的としている。

ＣＦＭ ５６系統のような、知られている複流またはターボファンエンジンは、関連するガス生成器の低圧タービンによって駆動されるフロントファンを備えている。ファンディスクは、周縁の周りにリムを備え、実質的に軸方向に方向付けられるキャビティが、機械加工され、ガス生成器に供給される主流のための低圧圧縮機ドラムに下流で固定される。ディスクおよびドラムは、低圧圧縮機モジュールを形成する。キャビティは、断面鳩尾形のものであり、ファン羽根根元のためのハウジングとして働く。また、リムは、ファンを通過する空気の流れのためのダクトの半径方向内壁を画定する羽根間プラットフォームを支持する。本明細書において、用語「軸方向におよび半径方向に」、「内側のおよび外側の」、「上流におよび下流に」は、さまざまな示された構成要素が取り付けられるエンジンの軸に対して、およびこのエンジンを通過するガス流の方向に対して定義される。

各プラットフォームは、その内面で、軸方向孔がそれぞれ貫通する内側半径方向タブから形成されるリムおよびドラムへの取付け手段により隣接するファン羽根に横方向に押し当たる細長い形状のプレートを備える。リムおよびドラムは、プラットフォームの取付け手段を備え、これらの手段は、軸方向ピンが通過する半径方向タブから形成され、そのヘッドは、これが通過しているタブに対して突出する。より詳細には、プラットフォームは、中心に置かれ、低圧圧縮機モジュールの３つの固定点で固定手段によって保持される。これらの固定点のうちの２つは、ファンディスクに位置づけられ、さらに下流にある第３のものは、低圧ドラムに見られることができる。プラットフォームの内側半径方向タブは、ロータに固定されるピンのヘッドに嵌められる。

そのうちの１つが上流保持手段と下流保持手段との間で中央に配置される取付けの３つの点において、ファンディスクの内側半径方向タブによって保持される羽根間プラットフォームを有するファンロータ配置の１つの例が、米国特許第６，４４７，２５０号明細書に説明されている。

エンジンが作動している場合、プラットフォーム保持部は、高い半径方向負荷が掛けられる。

欧州特許第１５０３０３９号明細書において、本出願人は、ディスクの第２の固定タブにこれを連結することが意図される固定ピンが通過し得るオリフィスが設けられる少なくとも１つの第１の固定タブが備え付けられるターボジェットエンジンのファンディスク用の羽根間プラットフォームを説明しており、すなわち、固定ピンは、第１の直径、および第１の部分を延長するフランジを備えかつ第１の直径よりも大きな第２の直径を有しかつ第１の固定タブと第２の固定タブとの間に置かれることが意図される第２の部分を有する、ねじ部分を備えるシャンクと、第１の副部分を延長し、これが第１の固定タブの中のオリフィスを通過できるように第２の直径よりも小さな第３の直径を有するヘッドとを備える。このような配置により、ピンと固定タブとの間でよりよい負荷の分布が可能である。しかしながら、これは、現在使用されている構成要素の幾何学形状を変更することを必要とし、構成要素の代用物として使用され得ない。さらに、この文献は、いかなる補修方法の開示も提案もしていない。

米国特許第６，４４７，２５０号明細書 欧州特許第１５０３０３９号明細書

１つのタイプのエンジンでは、ピンは、ヘッドと、ねじ部分を有するシャンクとを備えている。ヘッドは、リムの外側半径方向タブの上流面に押し当たる肩部を有する。ヘッドが表面に押し当たる力は、反対側の面に対してねじ部分を有するシャンクにねじで締め付けられるナットを締め付ける結果として生じる。上流固定手段と下流固定手段との間に配置されるリムに取り付けるための外側半径方向タブと、プラットフォームの半径方向内側中央固定タブとの間の取付けの中央領域は、摩耗、および亀裂の攻撃を受けやすいことが見られ得る。このような損傷は、動作中の保持ピンの小さな動きによって説明され得る。このピンは、リムの外側半径方向タブの孔に滑り込まされ、上述のように、ねじ締めによってその中に保持される。しかしながら、ピンが締め付けられる力は、その作動断面の機械的強度によって制限される。動作中に経験される遠心力は、締め付けのレベルを超え、このような動きを生じることがある。これらの動きにより、ピンのヘッドがこれと接触しておりかつこれに押し当たる部位にタブの摩耗が生じる。さらに、保持ピンを収容する孔の入口におけるタブの亀裂が、認められている。

本出願人は、外側半径方向タブと羽根間プラットフォームなどの構成要素を保持するためのピンとが設けられ、このような摩耗および／または亀裂を示す、ターボ機械のディスクを補修する方法を開発するという目的を定めている。

本発明によれば、ヘッドと、ねじ部分を有するシャンクとを備える軸方向保持ピンを受け入れる軸方向孔を有する少なくとも１つの外側半径方向タブをそのリムに備えるターボ機械のディスクを補修する方法であり、ピンは、タブの反対側の面に対してねじ部分を有するシャンクにナットを締め付けることによってヘッドがタブの１つの面に押し当たるようになるように孔の中に滑り込まされ、リムに取り付けられる構成要素に固定されるタブを保持する保持手段を形成する方法は、スポット面が、摩耗領域に対応する孔の周りでタブに機械加工され、フランジを備える交換ピンが、嵌合されるべきヘッドの直径よりも大きな直径の前記スポット面の表面に押し当たり、フランジの厚さは、スポット面の深さに等しいことを特徴とする。

本発明の方法は、それらの構成を変更する必要なしに構成要素を、欧州特許第１５０３０３９号明細書が教示していないものを補修できるばかりでなく、大きくされた接触表面積を形成することによって耐摩耗性を改善することもできる。

亀裂の存在のため、方法は、また、亀裂が入った材料を排除するように機械加工することによって孔を大きくすることを含む。本発明の１つの実施形態によれば、拡大部分は２５％程度である。交換ピンは、最初の保持ピンの直径よりも大きく、新しい孔の直径に対応する直径のねじ部分を備えるシャンクを有する。シャンクは、平面部分およびねじ部分を備える。平面部分は、その全長にわたって孔の中にピンを案内し、その直径は、摺動接触を確実にするために孔の直径に適合される。

ねじ部分を備えるシャンクの直径を大きくすることによって、ナットがピンに一層しっかりと締め付けられ得る。結果として、遠心力により、動作時にピンは横方向に移動しない。

耐摩耗性および耐疲労性が改善されるため、本方法は、新しいディスクに対して、または損傷の上述の形態のいずれか１つが認められる前に半径方向保持タブを再加工するために実施され得る。次に、目的は、ディスクの潜在寿命を増大させることである。この増大は、実質的に５０％程度である。

利用できる手段、ならびにフレッチング損傷および亀裂損傷を示す領域の出現の条件に応じて、機械加工されるスポット面は、外側固定タブの外縁に開口するＵ字状であり、または代わりに、タブの外縁および横縁に開口するＬ字状であり、もしくはタブの中の孔の周りに機械加工されるまさに円形形状である。

本発明は、これらの同じ問題が生じるすべての状況に当てはまるが、より詳細には、ターボジェットエンジンファンディスクの羽根間プラットフォームの中央保持タブに適用可能である。

本発明はまた、補修後に、または代わりに再加工によって得られるターボ機械のディスクに関し、タブの第１の面に押し当たるヘッドと、締付けナットがタブの反対側の面にねじで締め付けられるねじ部分を有するシャンクとを備える軸ピンが設けられる、少なくとも１つの外側半径方向固定タブをそのリムに備えるターボ機械のディスクは、ヘッドが、前記第１の面に押し当たるヘッド自体の直径よりも大きな直径のフランジを備え、フランジが、タブのスポット面に収容されることを特徴とする。

最後に、本発明は、羽根間プラットフォームが前記ピンによって保持される内側半径方向タブを備える、ディスクを備えるターボジェットファンロータに適用される。

本発明は、図面を参照して、以下で非限定的だがさらに詳細に説明される。

先行技術によるプラットフォームを取り付ける１つの方法による、補修または再加工なしのファンディスクを介した部分軸方向断面図である。 プラットフォームおよび羽根がない、図１のディスクだけの部分斜視図である。 従来の保持ピンの取付けの斜視図である。 本発明による補修の実施を示す図である。 本発明による補修の実施を示す図である。 本発明によるスポット面の他の実施形態を示す図である。 本発明によるスポット面の実施形態の他の代替形態を示す図である。

図１は、現時点で動作時にエンジンで現在使用されている構成を示している。ファンロータ１は、そのリムにファン羽根３の根元が収容されるディスク２を備える。ハウジングは、軸方向に向けられる僅かに湾曲した形状のキャビティからなる。ディスク２は、ブースタ圧縮機のドラム５にボルトで締めることによって固定される。全体として、これらは、低圧圧縮機モジュールを形成する。キャビティの間に、リムがリブ２１を形成し、このリブ２１は、機械の軸に対して横方向の平面に位置づけられる外側を向いた半径方向タブ、すなわちディスク２がドラム５にボルトで締められる下流タブ２２と、ディスクの上流面２４と下流縁との間の、中央タブと呼ばれる半径方向タブ２３とを備える。ファンディスクのリムのこの部分は、図２の斜視図において見られ得る。

プラットフォーム４は、２つの隣接する羽根３の間に配置され、それらの側面に押し当たる。プラットフォームは、その上面がロータを通過する空気のためのダクトの内壁を画定するプレート４１を備える。プラットフォームは、空気ダクトの横断面の減少に従って、上流方向から下流へ傾斜される。３つのタブ４２、４３、および４４は、プレートの反対側の面から半径方向かつ横方向に延在する。タブは、軸方向に貫通され、ディスク固定手段との軸方向係合によってプラットフォームをロータに固定するために使用される。上流タブ４４は、上流ボルトによってディスクの上流面に押し付けられる。下流タブ４２は、ドラムの上流面に固定される下流ピンに対して保持される。

上流と下流との２つのタブの間に、中央タブ４３が、ねじ締めによってそれ自体が固定される軸方向ピン１０によって半径方向に保持される。図３は、ディスクリムの中央タブ２３に固定している過程のこのような従来のピンを示している。ピン１０は、ヘッド１１と、中央タブ２３に機械加工される軸方向孔２３Ａの中に滑り込まされるねじ部分１２を有するシャンクとを備える。ピンを固定するために、ヘッド１１の肩部がタブ２３の上流面に押し当たるようになるまで、ナット１３が、ねじ部分を有するシャンクに下流に向かってねじで締め付けられる。プラットフォームが取り付けられているとき、タブ４３は、ピンのヘッド１１と向かい合わせに配置され、下流タブが下流ピンに装着されるのと同時にそのオリフィスを介してこのヘッドに係合され、滑り込まされる。

ある一定時間の経過後には、摩耗痕が、ピンの肩部を受け入れる面であるタブ２３の上流面に現われる。また、孔の入口に半径方向の亀裂も現われる。

本発明によれば、この損傷を補修しまたは損傷が発生することを防止するために、スポット面が、保持ピンのヘッドを受け入れるタブの表面に機械加工される。

図４ａは、部分斜視図でタブ１２３を示している。これは、図示されていないターボ機械のディスクのリムに固定される。Ｕ字状のスポット面１２３Ｂが、半径方向固定タブ１２３の面に機械加工される。この場合、これは、プラットフォームをターボジェットエンジンのファンディスクのリムに保持するための中央タブの上流面である。スポット面は、タブ１２３の自由上縁の上に開口している。

さらに、かつ万一それが必要であると分かった場合、孔１２３Ａは、その直径を大きくするように完全に機械加工される。直径の増加は、２つの機能を果たし、すなわち、これにより、亀裂領域、または亀裂が発生しそうな領域が排除され、かつ、そのシャンクが最初のピンよりも大きな直径のピンを嵌合することができかつ固定タブ１２３により堅く締め付けることができる。加えて、ナットは、最初のナットと比較することによって大きくされた基部を有し、これにより、ナットのピーニング、およびこの解決策の寿命の低下を回避することができる。ねじ部分を有するシャンクの平面部分、および孔は、「摺接嵌合」、すなわち最小の、例えばそれらの間で数ミクロンの正のクリアランスの形で組み立てられる。

ピン１００は、孔１２３Ａの中でタブ１２３に取り付けられている過程である。ピンのヘッド１１１は、その長さの少なくとも一部にねじ切りされるシャンク１２０の直径よりも大きな直径のものである。ヘッド１１１は、タブ１２３に押し当たるために表面積を大きくするように、その基部でフランジ１１１Ａを形成する。ヘッドの直径は、それに関する限り、嵌合されるべきプラットフォームの固定タブの孔に適合されたままである。フランジの厚さは、補修が隣接する構成要素に全く衝撃を与えないように、スポット面の深さに概ね等しいか、好ましくは等しい。スポット面の深さは、タブを弱くすることによってディスクの寿命のいかなる重大な低下も招かない値に制限される。このような値が限度を超えるとすれば、損失が、寿命の改善よりも大きいことになる。

反対側の面で、ナットは、タブ１２３にピンを締め付けるようにシャンクのねじ部分に装着される。

図４ｂでは、ピン１１１が、嵌合されている。そのフランジ付きのヘッドは、固定タブの上流面に押し当たっている。フランジの厚さおよび孔の深さは、フランジがタブ１２３の表面の上に突き出ないように設計される。

図５は、スポット面の他の実施形態を示している。スポット面２２３Ｂは、Ｌ字状であり、ここで参照された２２３のタブの横面におよび上縁に開口する。先の実施形態におけるように、孔２２３Ａは、必要な場合には完全に機械加工される。

図６は、孔についての他の実施形態を示している。孔３２３Ｂは、円形形状であり、ピンのフランジ１１１Ａの直径に適合されるハウジングを形成する。先の場合のように、孔３２３Ａは、必要な場合には、ねじ部分を有するシャンクが最初の保持ピンの直径よりも大きい直径からなるそのピンを嵌合できるように、完全に機械加工される。組み立ては、摺接嵌合である。

スポット面の幾何学形状の選択は、フレッチングのタイポロジおよび亀裂のサイズを含む非常に多くの要因に依存する。

要約すると、本発明により：
ピンが押圧する面のフレッチングの痕跡を排除しまたは回避すること、
孔の入口での亀裂領域を排除しまたは回避すること、および、
万一それが必要であると分かった場合、これに完全に孔をあけることによってより大きな作動断面のピンを使用することが可能になる。

ピンの直径を増加すると、負荷の下での動きも応力レベルも共に小さくなり、フレッチングの危険が排除され、その結果、臨界域の開始時の寿命が増大し、亀裂の伝播速度が減少する。

Claims (8)

1. ヘッドとねじ部分を有するシャンクとを備えた軸ピンを受け入れる軸方向孔を有する少なくとも１つの外側半径方向タブをそのリムに備えるターボジェットのファンディスクを補修または再加工する方法にして、ピンは、外側半径方向タブの反対側の面に対してねじ部分を有するシャンクにナットを締め付けることによってヘッドが外側半径方向タブの１つの面に押し当てられるようになるように孔の中に滑り込まされ、該ピンが、リムに取り付けられる羽根間プラットフォームの中央に固定されたタブを保持する半径方向保持手段を形成する方法であって、
   ・スポット面（１２３Ｂ、２２３Ｂ、３２３Ｂ）が、摩耗領域に対応する孔（１２３Ａ、２２３Ａ、３２３Ａ）の周りでタブに機械加工され、ヘッド（１１１）の直径よりも大きな直径をもち前記スポット面の表面に押し当てられるフランジ（１１１Ａ）を備えた交換ピン（１００）が嵌合され、
   ・孔（１２３Ａ、２２３Ａ、３２３Ａ）が、亀裂が入った材料を排除するために機械加工によって拡大され、交換ピン（１００）が、新しい孔の直径に対応する直径をもつねじ部分（１２０）を備えたシャンクを有し、ナットが、最初のナットと比較して拡大された基部を備えるナットと取り替えられ、
   ・ピンのヘッドが、シャンクの直径よりも大きな直径を有することを特徴とする、前記方法。
2. フランジの厚さが、せいぜいスポット面の深さに等しい、請求項１に記載の方法。
3. 拡大が、２５％程度である、請求項１に記載の方法。
4. 機械加工されるスポット面（１２３Ｂ）が、外側半径方向タブの外縁に開口するＵ字状である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 機械加工されるスポット面（２２３Ｂ）が、外側半径方向タブの外縁および横縁に開口するＬ字状である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
6. 機械加工されたスポット面（３２３Ｂ）が、円形であり、外側半径方向タブの孔の周りに機械加工される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 少なくとも羽根間プラットフォームが上に置かれるディスクを備える、補修の後にまたは再加工によって得られたターボジェットのファンロータであって、前記ディスクが、ヘッドとねじ部分を有するシャンクとを備えた軸ピンを受け入れる軸方向孔を有する少なくとも１つの外側半径方向タブをそのリムに備え、ヘッドが、リムに取り付けられる羽根間プラットフォームの中央に固定されたタブを保持する半径方向保持手段を形成するとともに、外側半径方向タブの第１の面に押し当てられ、締付けナットが、外側半径方向タブの反対側の面で、シャンクのねじ部分にねじ込まれ、
   ・ヘッドが、前記第１の面に対して押し当てられる、ヘッド自体の直径よりも大きな直径をもったフランジを備え、フランジが、外側半径方向タブのスポット面に収容され、
   ・ねじ部分が、孔の直径に対応する直径を有し、
   ・ピンのヘッドが、シャンクの直径よりも大きな直径を有することを特徴とする、前記ファンロータ。
8. 請求項７に記載のファンロータを備える、ターボ機械。

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