翼型件末端經由摩擦焊接的原位末端修復的制作方法

本主題大體上涉及燃氣渦輪發動機，并且更具體而言，涉及用于執行燃氣渦輪發動機的內部構件的原位修復的系統和方法。

背景技術：

燃氣渦輪發動機典型地包括渦輪機芯部，其具有成串流關系的高壓壓縮機、燃燒器以及高壓渦輪。芯部能夠以已知的方式操作，以生成初始氣流。高壓壓縮機包括靜止導葉的環形陣列(“排”)，其將進入發動機的空氣引導到下游，使壓縮機的葉片旋轉。共同地，一排壓縮機導葉和一排壓縮機葉片構成壓縮機的“級”。類似地，高壓渦輪包括環形的成排靜止噴嘴導葉，其將離開燃燒器的氣體引導到下游，使渦輪的葉片旋轉。共同地，一排噴嘴導葉和一排渦輪葉片構成渦輪的“級”。典型地，壓縮機和渦輪兩者包括多個連續級。

燃氣渦輪發動機(特別是飛行器發動機)需要高度的定期維護。例如，定期維護經常調度成允許發動機的內部構件針對缺陷檢查并且隨后修復。令人遺憾地，用于飛行器發動機的許多常規修復方法需要發動機從飛行器的本體除去，并且隨后部分地或完全地拆卸。就此而言，這些修復方法導致與修復內部發動機構件相關聯的時間和成本兩者的顯著增加。

因此，用于執行燃氣渦輪發動機的內部構件的原位修復的系統和方法將在技術內受歡迎。

技術實現要素：

本發明的方面和優點將在以下描述中部分地闡述，或者可從描述為明顯的，或者可通過本發明的實踐學習。

方法大體上提供用于在燃氣渦輪發動機的葉片的末端上積聚材料。在一個實施例中，該方法可包括將材料供應源和可充氣囊插入在末端與護罩之間，使得材料供應源暴露于末端，并且可充氣囊定位在材料供應源與護罩之間，將可充氣囊充氣成強迫材料供應源與末端之間的接觸，以及引起材料供應源與末端之間的相對移動。與材料供應源和末端之間的徑向偏壓接觸組合的相對移動通過摩擦產生熱。就此而言，相對移動可將新材料從材料供應源摩擦地焊接到葉片的末端上。例如，產生的熱可足以熔化材料供應源的表面，以將材料從材料供應源轉移至末端。

技術方案1.一種在燃氣渦輪發動機的葉片的末端上積聚材料的方法，所述方法包括：

將材料供應源和可充氣囊插入在所述末端與護罩之間，使得所述材料供應源暴露于所述末端，并且所述可充氣囊定位在所述材料供應源與護罩之間；

將所述可充氣囊充氣成強迫所述材料供應源與所述末端之間的接觸；以及

引起所述材料供應源與所述末端之間的相對移動，其中與所述材料供應源和所述末端之間的徑向偏壓接觸組合的所述相對移動通過摩擦產生熱。

技術方案2.根據技術方案1所述的方法，其特征在于，所述相對移動將新材料從所述材料供應源摩擦地焊接到所述葉片的所述末端上。

技術方案3.根據技術方案1所述的方法，其特征在于，產生的所述熱足以熔化所述材料供應源的表面，以將材料從所述材料供應源轉移至所述末端。

技術方案4.根據技術方案1所述的方法，其特征在于，所述相對移動通過使所述發動機旋轉成使得所述葉片的所述末端繞著所述發動機的軸線旋轉而引起。

技術方案5.根據技術方案4所述的方法，其特征在于，所述材料供應源沿著所述護罩的至少一個節段定位，并且其中所述葉片附接于具有從其延伸的多個葉片的旋轉盤。

技術方案6.根據技術方案5所述的方法，其特征在于，使所述發動機旋轉引起所述盤的旋轉，使得所述盤上的各個葉片的所述末端接觸所述材料供應源。

技術方案7.根據技術方案6所述的方法，其特征在于，使所述發動機旋轉由使所述燃氣渦輪發動機的軸轉動的外部馬達完成。

技術方案8.根據技術方案4所述的方法，其特征在于，多個材料供應源沿著所述護罩的相應節段定位，并且其中所述葉片附接于具有從其延伸的多個葉片的旋轉盤。

技術方案9.根據技術方案1所述的方法，其特征在于，將所述囊充氣成強迫所述材料供應源與所述末端之間的接觸包括：

將流體供應到所述囊中。

技術方案10.根據技術方案9所述的方法，其特征在于，所述流體作為氣體供應。

技術方案11.根據技術方案9所述的方法，其特征在于，所述流體作為液體供應。

技術方案12.根據技術方案9所述的方法，其特征在于，所述流體作為泡沫供應。

技術方案13.根據技術方案9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

供應在所述囊內的囊壓力下的所述流體，以產生所述材料供應源與所述葉片的所述末端之間的接觸。

技術方案14.根據技術方案13所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

監測所述囊壓力，以控制通過所述材料供應源與所述末端之間的所述相對移動產生的所述熱。

技術方案15.根據技術方案1所述的方法，其特征在于，所述材料供應源為定位在所述護罩與末端之間的材料環，其中所述可充氣囊定位在所述材料環與所述護罩之間。

技術方案16.根據技術方案15所述的方法，其特征在于，所述相對移動通過使所述材料供應源沿軸向來回移動而引起。

技術方案17.一種在燃氣渦輪發動機的葉片的末端上積聚材料的方法，所述方法包括：

將環插入在所述末端與護罩之間，其中所述環包括材料；

將可充氣囊插入在所述環與所述護罩之間，使得所述環暴露于所述末端，并且所述可充氣囊定位在所述環與所述護罩之間；

將所述囊充氣成強迫所述環與所述末端之間的接觸；以及

引起所述環與所述末端之間的相對移動，其中與所述環和所述末端之間的徑向偏壓接觸組合的所述相對移動通過摩擦產生熱。

技術方案18.根據技術方案17所述的方法，其特征在于，將所述囊充氣成強迫所述材料供應源與所述末端之間的接觸包括：

將流體供應到所述囊中。

技術方案19.根據技術方案17所述的方法，其特征在于，所述相對移動通過使所述發動機旋轉成使得所述葉片的所述末端繞著所述發動機的軸線旋轉而引起。

技術方案20.根據技術方案17所述的方法，其特征在于，所述相對移動通過使所述材料供應源沿軸向來回移動而引起。

本發明的這些及其它的特征、方面和優點將參照以下描述和所附權利要求變得更好理解。并入在本說明書中并且構成本說明書的部分的附圖示出了本發明的實施例，并且連同描述用于闡釋本發明的原理。

附圖說明

包括針對本領域技術人員的其最佳模式的本發明的完整且開放的公開在參照附圖的說明書中闡述，在該附圖中：

圖1示出根據本主題的方面的可在飛行器內利用的燃氣渦輪發動機的一個實施例的截面視圖；

圖2示出適合于在圖1中示出的燃氣渦輪發動機內使用的渦輪的一個實施例的局部截面視圖，特別地示出了用于提供至渦輪的內部通路的限定在發動機中的進入端口；

圖3示出適合于在圖1中示出的燃氣渦輪發動機內使用的壓縮機的一個實施例的局部截面視圖，特別地示出了用于提供至壓縮機的內部通路的限定在發動機中的進入端口；

圖4示出使用充氣囊(用于在圖1中示出的燃氣渦輪發動機內使用)與葉片末端強制接觸的示例性材料供應源的透視圖；以及

圖5示出用于在圖1中示出的燃氣渦輪發動機內使用的示例性充氣囊。

附圖標記在本說明書和附圖中的重復使用旨在表示本發明的相同或類似的特征或元件。

部件列表

10燃氣渦輪發動機

12中心線軸線

14芯部燃氣渦輪發動機

16風扇區段

18外殼

20環形入口

22增壓壓縮機

24軸流式壓縮機

26燃燒器

28高壓渦輪

30高壓驅動軸

32低壓渦輪

34低壓驅動軸

36排氣噴嘴

37減速裝置

38轉子組件

40風扇殼

42出口導葉

44風扇轉子葉片

46下游區段

48空氣流導管

50氣流

52氣流

54氣流

56氣流

58氣流

60燃燒產物

62進入端口

66渦輪噴嘴

68旋轉渦輪葉片

69末端

70噴嘴導葉

72弓形外帶

74弓形內帶

76渦輪護罩

78噴嘴導葉

80壓縮機導葉

82壓縮機葉片

100第一囊

101囊本體

102材料供應源

103表面

104流體源

106供應管

108入口。

具體實施方式

現在將詳細參照本發明的實施例，其一個或更多個實例在附圖中示出。各個實例經由闡釋本發明提供，而不限制本發明。實際上，對本領域技術人員而言將顯而易見的是，可在本發明中作出各種改型和變型，而不脫離本發明的范圍或精神。例如，示為或描述為一個實施例的部分的特征可與另一個實施例一起使用以產生又一個實施例。因此，意圖是，本發明覆蓋歸入所附權利要求和它們的等同物的范圍內的此類改型和變型。

如本文中使用的，用語"第一"、"第二"和"第三"可以可互換地使用，以將一個構件與另一個區分開，并且不旨在表示獨立構件的位置或重要性。

用語"上游"和"下游"是指相對于流體通道中的流體流的相對方向。例如，"上游"是指流體流自的方向，而"下游"是指流體流至的方向。

大體上，系統和方法提供用于執行燃氣渦輪發動機的內部構件的原位修復。在一個實施例中，固體材料的材料供應源可定位成抵靠構件的表面并且與其接觸，并且接著加熱成將材料從材料供應源轉移至構件的表面。材料供應源可呈線、片、塊或另一固體材料的形式。在某些實施例中，構件的表面可通過材料供應源與構件之間的摩擦移動加熱。在其它實施例中，熱能可供應至材料供應源與構件之間的界面，如通過加熱器、激光器等。

如陳述的，材料供應源可壓制抵靠構件的表面，使得其間的相對移動產生熱(通過摩擦)。在若干實施例中，可充氣囊可用于使材料供應源壓制抵靠構件的表面。作為備選或此外，修復工具可插入穿過燃氣渦輪發動機的進入端口，以將材料供應源暫時地附接于構件的表面，允許其間的壓制接觸。此外，修復工具可朝界面供應能量源(例如，用以加熱成熔合新材料的激光器)。例如，如果新材料作為固體供應，則激光器可加熱和焊接裂紋內的材料，以修復缺陷。

應當認識到的是，公開的系統和方法可大體上用于執行內部構件的原位修復，該內部構件位于任何適合類型的發動機(包括基于飛行器的渦輪發動機和陸基渦輪發動機)內，而不管發動機的當前組裝狀態(例如，完全或部分地組裝)。此外，關于飛行器發動機，應當認識到的是，本主題可在翼或離翼實施。

現在參照附圖，圖1示出根據本主題的方面的可在飛行器內利用的燃氣渦輪發動機10的一個實施例的截面視圖，其中發動機10示為具有為了參考目的而延伸穿過其的縱向或軸向中心線軸線12。大體上，發動機10可包括芯部燃氣渦輪發動機(大體上由附圖標記14指示)和定位在其上游的風扇區段16。芯部發動機14可大體上包括大致管狀的外殼18，其限定環形入口20。此外，外殼18還可包封和支承增壓壓縮機22，其用于使進入芯部發動機14的空氣的壓力增大至第一壓力水平。高壓、多級、軸流式的壓縮機24可接著接收來自增壓壓縮機22的加壓空氣，并且進一步增大此類空氣的壓力。離開高壓壓縮機24的加壓空氣可接著流動至燃燒器26，在燃燒器26內，燃料噴射到加壓空氣流中，其中所得的混合物在燃燒器26內燃燒。高能燃燒產物沿著發動機10的熱氣體路徑從燃燒器26引導至第一(高壓)渦輪28，用于經由第一(高壓)驅動軸30驅動高壓壓縮機24，并且接著引導至第二(低壓)渦輪32，用于經由與第一驅動軸30大體上同軸的第二(低壓)驅動軸34驅動增壓壓縮機22和風扇區段16。在驅動渦輪28和32中的各個之后，燃燒產物可經由排氣噴嘴36從芯部發動機14排出，以提供推進噴氣推力。

此外，如圖1中示出的，發動機10的風扇區段16可大體上包括可旋轉的軸流式風扇轉子組件38，其構造成由環形風扇殼40包繞。本領域技術人員應當認識到的是，風扇殼40可構造成由多個大致徑向延伸的周向間隔的出口導葉42關于芯部發動機14支承。就此而言，風扇殼40可包封風扇轉子組件38以及其對應的風扇轉子葉片44。此外，風扇殼40的下游區段46可在芯部發動機14的外部分之上延伸，以便限定提供附加的推進噴氣推力的第二或旁通氣流導管48。

應當認識到的是，在若干實施例中，第二(低壓)驅動軸34可直接地聯接于風扇轉子組件38，以提供直接驅動構造。作為備選，第二驅動軸34可經由減速裝置37(例如，減速齒輪或齒輪箱)聯接于風扇轉子組件38，以提供間接驅動或齒輪驅動構造。此類(多個)減速裝置還可按需要或要求設置在發動機10內的任何其它適合的軸和/或轉軸之間。

在發動機10的操作期間，應當認識到的是，初始空氣流(由箭頭50指示)可通過風扇殼40的相關聯入口52進入發動機10。空氣流50接著穿過風扇葉片44，并且分成移動穿過導管48的第一壓縮空氣流(由箭頭54指示)以及進入增壓壓縮機22的第二壓縮空氣流(由箭頭56指示)。第二壓縮空氣流56的壓力接著增大，并且進入高壓壓縮機24(如由箭頭58指示的)。在與燃料混合并且在燃燒器26內燃燒之后，燃燒產物60離開燃燒器26并且流動穿過第一渦輪28。此后，燃燒產物60流動穿過第二渦輪32，并且離開排氣噴嘴36，以提供用于發動機10的推力。

燃氣渦輪發動機10還可包括多個進入端口，該多個進入端口限定穿過其殼和/或框架，用于提供至芯部發動機14的內部的通路。例如，如圖1中示出的，發動機10可包括多個進入端口62(僅示出其中六個)，其限定穿過外殼18，用于提供至壓縮機22,24中的一個或兩者的內部通路，和/或用于提供至渦輪28,32中的一個或兩者的內部通路。在若干實施例中，進入端口62可沿著芯部發動機14軸向地間隔開。例如，進入端口62可沿著各個壓縮機22,24和/或各個渦輪28,32軸向地間隔開，使得至少一個進入端口62位于各個壓縮機級和/或各個渦輪級處，用于提供至位于此類(多個)級處的內部構件的通路。此外，進入端口62還可圍繞芯部發動機14周向地間隔開。例如，多個進入端口62可圍繞各個壓縮機級和/或渦輪級周向地間隔開。

應當認識到的是，盡管進入端口62大體上在本文中關于提供至壓縮機22,24中的一個或兩者的內部通路和/或提供至渦輪28,32中的一個或兩者的內部通路來描述，但燃氣渦輪發動機10可包括進入端口62，其提供至發動機10的任何適合的內部位置的通路，如通過包括在燃燒器26和/或發動機10的任何其它適合的構件內提供通路的進入端口62。

現在參照圖2，根據本主題的實施例示出以上參照圖1描述的第一(或高壓)渦輪28的局部截面視圖。如示出的，第一渦輪28可包括第一級渦輪噴嘴66，和旋轉渦輪葉片68(示出其中一個)的環形陣列，其緊接地位于噴嘴66下游。噴嘴66可大體上由環形流動通道限定，該環形流動通道包括多個徑向延伸的、圓形間隔的噴嘴導葉70(示出其中一個)。導葉70可支承在大量弓形外帶72與弓形內帶74之間。此外，周向間隔的渦輪葉片68可大體上構造成從轉子盤(未示出)沿徑向向外延伸，該轉子盤繞著發動機10的中心線軸線12(圖1)旋轉。此外，渦輪護罩76可定位成緊接地鄰近于渦輪葉片68的徑向外末端，以便限定用于燃燒產物60的外徑向流動路徑邊界，燃燒產物60沿著發動機10的熱氣體路徑流動穿過渦輪28。

如以上指示的，渦輪28可大體上包括任何數量的渦輪級，其中各個級包括噴嘴導葉的環形陣列和跟隨的渦輪葉片68。例如，如圖2中示出的，渦輪28的第二級的噴嘴導葉78的環形陣列可緊接地位于渦輪28的第一級的渦輪葉片68下游。

此外，如圖2中示出的，多個進入端口62可限定穿過渦輪殼和/或框架，其中各個進入端口62構造成提供在不同的軸向位置處至渦輪28的內部的通路。具體而言，如以上指示的，進入端口62可在若干實施例中沿軸向間隔開，使得各個進入端口62與至渦輪28的不同級的內部通路對準，或者以其它方式提供該內部通路。例如，如圖2中示出的，第一進入端口62a可限定穿過渦輪殼/框架，以提供至渦輪28的第一級的通路，而第二進入端口62b可限定穿過渦輪殼/框架，以提供至渦輪28的第二級的通路。

應當認識到的是，相似的進入端口62也可提供用于渦輪28的任何其它級，和/或用于第二(或低壓)渦輪32的任何渦輪級。還應當認識到的是，除了圖2中示出的軸向間隔的進入端口62之外，進入端口62還可設在不同的周向間隔位置處。例如，在一個實施例中，多個周向間隔的進入端口可在圍繞渦輪級的多個周向位置處在各個渦輪級處限定穿過渦輪殼/框架，以提供至渦輪28的內部通路。

可充氣囊100和材料供應源102插入和定位在葉片68的末端69與護罩76的弓形外帶72的內表面73之間，如圖2,3和4中示出的。具體而言，可充氣囊100和材料供應源102定位成使得材料供應源102暴露于末端69，并且可充氣囊100定位在材料供應源102與護罩76的弓形外帶72之間。例如，第一囊100可通過將處于非充氣狀態的第一囊100插入穿過進入端口62中一個來安裝。

在關于可充氣囊100的圖5的實施例中，供應管106集成至囊本體101，以便使囊本體101在第一端110與第二端112之間充氣。在充氣之后，囊本體102在第一端110與第二端112之間沿其相應的周向方向以及其相應的縱向方向膨脹。在示出的實施例中，入口104定位在囊本體102的第一端110處。在該實施例中，第二端112可按需要插入在發動機內，其中囊本體102被拖動。例如，第二端112可附接于光纖線纜傳送系統(未示出)，并且按需要定位在發動機內。然而，在其它實施例中，入口104可定位在囊本體102上的另一位置。

因此，充氣囊本體102填充發動機內的局部空間，其定位在該局部空間內。例如，充氣囊本體102可在發動機內的相鄰構件(例如，護罩的弓形外帶72和旋轉葉片68的環形陣列)之間延伸。

在一個實施例中，可充氣囊100的材料可為流體不可滲透的(例如，液體不可滲透的材料和/或氣體不可滲透的)。在另一實施例中，氣囊100的材料可對充氣流體而言為有些不可滲透的，以便允許流體穿過囊的緩慢經過(例如，以比充氣流體的供應速率慢的流動穿過速率)。氣囊100可由可變形材料構成，如塑料材料(例如，塑料膜、塑料纖維網等)、橡膠材料、紙材料(例如，飽和紙材料)，或另一材料。

可充氣囊100可使用充氣流體(如液體、泡沫、氣體)充氣。充氣囊可通過供應管106和入口108(限定在囊本體101中)從流體源104(圖2)填充，如圖5中更具體地示出的。在特定實施例中，可充氣囊可使用充氣流體(如液體、泡沫、氣體)充氣。例如，在一個實施例中，充氣流體可包括水、惰性氣體、清潔流體等。

一旦充氣，則可充氣囊100可強迫材料供應源102與末端69和葉片68之間的接觸。如圖2的特定實施例中示出的，氣囊100插入在第一進入端口62a中，而材料供應源102插入在第二進入端口62b中。然而，在其它實施例中，囊100和材料供應源102可插入穿過相同的進入端口62。

一旦強制接觸，相對移動可在材料供應源102與末端69之間引起，使得與材料供應源102和末端69之間的徑向偏壓接觸組合的相對移動通過摩擦產生熱。該熱足以熔化材料供應源102的表面103，以將材料從材料供應源102轉移至末端69。例如，熱可將新材料從材料供應源102軟化、轉移和焊接到葉片68的末端69上。

在一個實施例中，相對移動通過使發動機旋轉成使得葉片68的末端69繞著發動機10的軸線旋轉(例如，附接于旋轉的盤)而引起。例如，相對移動可由附接于發動機10的起動馬達或外部馬達(未示出)引起。移動可為葉片繞著軸線的旋轉移動(例如，順時針或逆時針)。作為備選，移動可為葉片繞著軸線順時針移動相對短的距離(例如，小于30°)，接著逆時針移動相對短的距離(例如，小于30°)的交替移動。

在一個實施例中，材料供應源沿著護罩的至少一個節段定位，并且發動機旋轉引起盤的旋轉，使得盤上的各個葉片的末端接觸材料供應源。例如，材料供應源可繞著護罩的弓形外帶72的圓周的一部分，或繞著護罩的整個弓形外帶72(例如，形成環)定位。

囊100內的壓力(即，囊壓力)可被監測(如在流體源104或供應管106處)，以便控制材料供應源與葉片末端之間的壓力，這繼而控制在其間生成的摩擦熱的量。

在備選的實施例中，移動可通過將材料供應源沿軸向來回移動而產生。

盡管關于渦輪區段示出，但本公開還可關于高壓壓縮機24(以上參照圖1描述)利用。例如，應當認識到的是，相似的進入端口62也可提供用于壓縮機24的其它級中的任一個和/或用于低壓壓縮機22的級中的任一個。

該書面的描述使用實例以公開本發明(包括最佳模式)，并且還使本領域技術人員能夠實踐本發明(包括制造和使用任何裝置或系統并且執行任何并入的方法)。本發明的可專利范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果這些其它實例包括不與權利要求的字面語言不同的結構元件，或者如果這些其它實例包括與權利要求的字面語言無顯著差別的等同結構元件，則這些其它實例意圖在權利要求的范圍內。