BRPI0916784B1

BRPI0916784B1 - processo de conserto ou de recondicionamento de um disco de turbomáquina

Info

Publication number: BRPI0916784B1
Application number: BRPI0916784A
Authority: BR
Inventors: Jacques Michel Bassot Alain; Gvozdenovic Eric; Loro Gaël; Gignoux Hervé
Original assignee: Snecma
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2020-01-21
Also published as: FR2933887A1; US8864472B2; RU2011106129A; BRPI0916784A2; EP2315642B1; CN102099147B; WO2010007323A1; EP2315642A1; CA2730966C; FR2933887B1; JP2011528415A; CA2730966A1; RU2519707C2; US20110176921A1; CN102099147A; JP5613158B2

Abstract

processo de conserto ou de recondicionamento de um disco de turbomáquina a invenção tem como objeto um processo de conserto ou de recondicionamento de um disco de turbomáquina que compreende em seu aro pelo menos uma aba radial exterior com uma perfuração axial de recepção de um pião axial que compreende uma cabeça e uma haste com uma porção rosqueada, o pião sendo deslizado na perfuração de modo que a cabeça venha em apoio sobre uma face da aba por aperto de uma porca na haste de porção rosqueada contra a face oposta da aba, o dito pião formando um meio de retenção de uma aba solidária de uma peça adaptada no aro. ele é caracterizado pelo fato de que é usinado um rebaixo (123b; 223b; 323b) na aba em torno da perfuração (123a; 223a; 323a) que corresponde à zona de desgaste, e dispõe-se um pião de substituição (100) que compreende um colar (111a) em apoio sobre a superfície do dito rebaixo, de diâmetro superior àquele da cabeça (111).

Description

“PROCESSO DE CONSERTO OU DE RECONDICIONAMENTO DE UM DISCO DE TURBOMÁQUINA” [0001] A presente invenção se refere a um processo de conserto ou de recondicionamento de abas de afixação radiais no aro de discos de turbomáquinas. Ela visa em especial as orelhas, e mais especialmente as orelhas ditas centrais, de retenção de plataformas interpás em um disco de ventoinha dentro de um turborreator multifluxo.

[0002] Um turborreator de fluxo duplo conhecido, tal como pertencendo à família dos CFM 56, compreende uma ventoinha dianteira acionada pela turbina de baixa pressão do gerador de gás associado. O disco de ventoinha compreende um aro na periferia do qual são usinados alvéolos de orientação substancialmente axial e que é solidário a jusante de um tambor de compressor de baixa pressão para o fluxo primário que alimenta o gerador de gás. O disco e o tambor formam o módulo de compressor de baixa pressão. Os alvéolos têm uma seção transversal em cauda de andorinha e servem como alojamentos aos pés das pás de ventoinha. O aro sustenta também plataformas interpás que delimitam a parede radialmente interior da corrente do fluxo de ar que atravessa a ventoinha. Os termos: axial e radial, interior e exterior, a montante e a jusante, são definidos, no presente texto, em relação ao eixo do motor sobre o qual são montadas as diferentes peças designadas e à direção do fluxo gasoso que atravessa esse último.

[0003] Cada plataforma compreende uma placa de forma alongada que se apóia lateralmente sobre as pás de ventoinha adjacentes com, em sua face interior, meios de fixação ao aro e ao tambor formados de abas radiais interiores perfuradas cada uma delas com uma perfuração axial. O aro e o tambor compreendem meios de fixação das plataformas formados por abas radiais atravessadas por piões axiais e dos quais uma cabeça é saliente em relação à aba atravessada. Mais precisamente as plataformas são centradas e retidas pelos meios de fixação em três pontos de fixação no módulo de compressor de baixa pressão. Dois desses pontos de fixação são situados no disco de ventoinha, o terceiro, a jusante se encontrando no tambor de baixa pressão. As abas radiais interiores das plataformas são deslizadas sobre as

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2/8 cabeças dos piões que são solidárias do rotor.

[0004] Um exemplo de disposição de rotor de ventoinha com plataformas interpás retidas por abas radiais interiores em um disco de ventoinha, em três pontos de fixação dos quais um é disposto centralmente entre um meio de retenção a montante a um meio de retenção a jusante é descrito na patente US 6.447.250.

[0005] Em funcionamento do motor as zonas de retenção das plataformas são submetidas a grandes esforços radiais.

[0006] O presente depositante descreveu na patente EP 1.503.039 uma plataforma interpás para um disco de ventoinha de turborreator munida de pelo menos uma primeira aba de fixação provida de um orifício para a passagem de um pião de fixação destinado a ligá-la a uma segunda aba de fixação do disco; o pião de fixação compreende uma haste com uma porção rosqueada que apresenta um primeiro diâmetro e uma segunda parte que compreende um colar que prolonga a primeira parte, que apresenta um segundo diâmetro superior ao primeiro diâmetro, e destinada a ser intercalada entre as primeira e segunda abas de fixação, e uma cabeça que prolonga a primeira subparte e que apresenta um terceiro diâmetro inferior ao segundo diâmetro de maneira a poder passar através do orifício da primeira aba de fixação. Uma tal disposição permite melhor distribuir as cargas entre os piões e as abas de fixação. No entanto, ela necessita de uma modificação da geometria das peças atualmente exploradas e não permite uma substituição com essas últimas. Por outro lado esse documento não divulga nem sugere nenhum processo de conserto.

[0007] Em um tipo de motor, os piões compreendem uma cabeça e uma haste com uma porção rosqueada. A cabeça apresenta um ressalto em apoio contra a face a montante da aba radial exterior do aro. A força de apoio da cabeça contra a superfície resulta do aperto de uma porca atarraxada sobre a haste de porção rosqueada contra a face oposta. É constatado que a zona de fixação central entre a aba de fixação radial exterior no aro disposta entre os meios de fixação a montante e a jusante, e a aba de fixação central radialmente interna da plataforma é suscetível de desgastes e de inícios de fissura. Esses danos são explicados pelos microdeslocamentos do pião de retenção em funcionamento. Esse pião é deslizado

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3/8 na perfuração da aba radial exterior do aro e como mencionado acima é mantido aí por atarraxamento. No entanto o esforço de aperto do pião é limitado à resistência mecânica da seção que trabalha. Os esforços centrífugos em funcionamento podem exceder o aperto e induzir os ditos deslocamentos. Esses últimos geram um desgaste da aba no local em que a cabeça do pião está em contato e se apóia sobre essa última. Além disso, foram constatadas fissuras na aba, na entrada da perfuração que acolhe o pião de retenção.

[0008] O depositante se fixou como objetivo o desenvolvimento de um método de conserto de discos de turbomáquinas providos de abas radiais exteriores com pião de retenção de peças tais como plataformas interpás e que apresentam esse tipo de desgastes e ou de fissuras.

[0009] De acordo com a invenção, o processo de conserto de um disco de turbomáquina que compreende em seu aro pelo menos uma aba radial exterior com uma perfuração axial de recepção de um pião axial de retenção que compreende uma cabeça e uma haste com uma porção rosqueada, o pião sendo deslizado na perfuração de modo que a cabeça venha em apoio sobre uma face da aba por aperto de uma porca na haste de porção rosqueada contra a face oposta da aba, o dito pião formando um meio de retenção de uma aba solidária de uma peça adaptada no aro, é caracterizado pelo fato de que é usinado um rebaixo na aba em torno da perfuração que corresponde à zona de desgaste, e dispõe-se um pião de substituição que compreende um colar em apoio sobre a superfície do dito rebaixo, de diâmetro superior àquele da cabeça, a espessura do colar sendo igual à profundidade do rebaixo.

[0010] O processo da invenção permite não somente consertar sem ter que modificar a disposição das peças, o que não ensina EP 1.503.039 mas também melhorar a resistência ao desgaste prevendo para isso superfícies de contato alargadas.

[0011] Considerando-se a presença de fissuras, o processo compreende também o alargamento da perfuração por usinagem de maneira a suprimir a matéria fissurada. De acordo com um modo de realização da invenção o alargamento é da ordem de 25

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%. O pião de substituição apresentando uma haste de porção rosqueada de diâmetro superior àquele do pião de retenção inicial e que corresponde àquele da nova perfuração. A haste compreende uma parte lisa e uma parte rosqueada. A parte lisa guia o pião na perfuração em todo seu comprimento e seu diâmetro é ajustado àquele da perfuração para assegurar um contato deslizante.

[0012] Aumentando-se o diâmetro da haste de porção rosqueada, permite-se um aperto maior do pião pela porca. Devido a isso os esforços centrífugos não induzem deslocamento lateral dos piões em funcionamento.

[0013] Em razão da melhoria da resistência ao desgaste e à fadiga, o presente processo pode ser executado para um recondicionamento das abas de retenção radial em um disco novo ou antes que seja constatado qualquer um dos danos mencionados acima. O objetivo é nesse caso aumentar o potencial em duração de vida do disco. Esse aumento é substancial, da ordem de 50 %.

[0014] Usina-se de acordo com os meios à disposição e as condições de aparecimento das zonas frettées e fissuradas, um rebaixo em forma de U que desemboca na borda exterior da aba de fixação exterior ou então um rebaixo em forma de L que desemboca nas bordas exterior e lateral da aba ou ainda um rebaixo de forma circular em torno da perfuração da aba.

[0015] Ainda que a invenção se aplique a todas as situações que apresentam os mesmos problemas, ela encontra mais especialmente aplicação na aba central de retenção de uma plataforma interpás em um disco de ventoinha de turborreator.

[0016] A invenção tem ainda como objeto um disco de turbomáquina obtido depois de conserto ou então por recondicionamento e que compreende em seu aro pelo menos uma aba de fixação radial exterior provida de um pião axial que compreende uma cabeça em apoio sobre uma primeira face da aba e uma haste de porção rosqueada sobre a qual é atarraxada uma porca de aperto na face oposta da aba, caracterizado pelo fato de que a cabeça compreende um colar de diâmetro superior àquele da própria cabeça, em apoio sobre a dita primeira face, o colar sendo contido em um rebaixo da aba.

[0017] A invenção cobre finalmente um rotor de ventoinha de turborreator que

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5/8 compreende um disco, plataformas interpás que compreendem abas radiais interiores retidas pelos ditos piões.

[0018] A presente invenção é descrita abaixo mais em detalhe, mas não limitativamente, em referência aos desenhos nos quais:

- a figura 1 representa em corte axial parcial um disco de ventoinha de acordo com um modo de fixação das plataformas de acordo com a arte anterior e não consertado ou recondicionado;

- a figura 2 representa uma vista parcial em perspectiva do disco da figura

1, sozinho sem as plataformas e as pás;

- a figura 3 mostra em perspectiva a colocação no lugar de um pião de retenção convencional;

- as figuras 4a e 4b mostram a execução do conserto de acordo com a invenção;

- a figura 5 mostra uma variante de realização do rebaixo de acordo com a invenção;

- a figura 6 mostra uma outra variante de realização do rebaixo de acordo com a invenção.

[0019] A figura 1 ilustra uma montagem tal como utilizada presentemente nos motores em decorrer de exploração. O rotor de ventoinha 1 compreende um disco 2 sobre o aro do qual são alojados os pés das pás de ventoinha 3. Os alojamentos são constituídos por alvéolos de forma ligeiramente encurvada e orientados na direção axial. O disco 2 é solidário por cavilhação ao tambor 5 do compressor de sobrealimentação. Os dois formam o módulo de compressor de baixa pressão. Entre os alvéolos, o aro forma nervuras 21 que compreendem abas radiais voltadas para o exterior e situadas em um plano transversal em relação ao eixo da máquina: uma aba 22 a jusante pela qual o disco 2 é cavilhado ao tambor 5, uma aba 23 radial entre uma face a montante 24 do disco e a borda a jusante, e dita central. É vista essa parte do aro do disco de ventoinha em perspectiva na figura 2.

[0020] A plataforma 4 é disposta entre duas pás adjacentes 3 e se apóia contra suas faces laterais. A plataforma compreende uma placa 41 da qual a face superior

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6/8 define a parede interior da corrente de ar que atravessa o rotor. A plataforma é inclinada de a montante para a jusante para acompanhar a redução da seção da corrente de ar. Três abas 42, 43 e 44, se estendem radialmente e transversalmente a partir da face oposta da placa. As abas são perfuradas de acordo com a direção axial e asseguram a fixação da plataforma ao rotor por introdução axial com os meios de fixação sobre o disco. A aba 44 a montante é mantida contra a face a montante do disco por uma cavilha a montante. A aba a jusante 42 é mantida por um pião a jusante que é solidário da face a montante do tambor.

[0021] Entre as duas abas a montante e a jusante, a aba central 43 é mantida radialmente por um pião axial 10 que é ele próprio fixado por atarraxamento. É vista na figura 3, a montagem em curso de um tal pião convencional na aba central 23 do aro do disco. O pião 10 compreende uma cabeça 11 e uma haste de porção rosqueada 12 que é deslizada em uma perfuração axial 23A usinada na aba central 23. Para fixar o pião, atarraxa-se a jusante a porca 12 sobre a haste de porção rosqueada até que o ressalto da cabeça 11 venha em apoio contra a face a montante da aba 23. Na montagem da plataforma, posiciona-se a aba 43 diante da cabeça 11 do pião e introduz-se e desliza-se a mesma nessa última por seu orifício ao mesmo tempo em que se introduz a aba a jusante sobre o pião a jusante.

[0022] Depois de uma certa duração de funcionamento, é constatado o aparecimento de traços de desgaste na face a montante da aba 23 que recebe o ressalto do pião. Fissuras radiais aparecem também na entrada da perfuração.

[0023] De acordo com a invenção, para consertar esses danos ou evitar que eles sobrevenham, usina-se um rebaixo sobre a superfície da aba que recebe a cabeça do pião de retenção.

[0024] Em referência à figura 4a, foi representada em perspectiva parcial uma aba 123. Essa última é solidária do aro de um disco de turbomáquina não representado. Foi usinado um rebaixo 123B em forma de U na face da aba de fixação 123 radial. Trata-se aqui da face a montante da aba central de retenção de uma plataforma sobre o aro do disco de ventoinha de um turborreator. O rebaixo desemboca na borda superior livre da aba 123.

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7/8 [0025] Por outro lado, na medida em que isso se revela necessário, usina-se a perfuração 123A para aumentar o diâmetro da mesma. O aumento de diâmetro tem uma função dupla, a saber eliminar as zonas fissuradas ou suscetíveis de ver aparecer as fissuras e permitir a colocação no lugar de um pião do qual a haste tem um diâmetro superior ao pião inicial e permite um aperto maior sobre a aba de fixação 123. Além disso, a porca compreende uma base alargada em relação à porca inicial, o que permite evitar um encalque da porca e uma diminuição da duração de vida da solução. A parte lisa da haste de porção rosqueada e a perfuração são unidas “deslizando justo” quer dizer com uma folga mínima entre elas, positiva, de alguns micrometros por exemplo.

[0026] Um pião 100 está em decorrer de montagem sobre a aba 123 na perfuração 123A. A cabeça 111 do pião tem um diâmetro superior àquele da haste 120 que é rosqueada pelo menos em uma parte de seu comprimento. A cabeça 11 forma um colar 111A em sua base de maneira a aumentar a superfície de apoio sobre a abas 123. O diâmetro da cabeça permanece adaptado no que lhe diz respeito à perfuração da aba de fixação sobre a plataforma a montar. A espessura do colar é no máximo igual, e de preferência igual, à profundidade do rebaixo a fim de que ao conserto não influa nas peças adjacentes. A profundidade do rebaixo é limitada a um valor que não acarreta diminuição significativa da duração de vida do disco por enfraquecimento das abas. Acima desse valor, a perda seria superior ao ganho de DDV (duração de vida). [0027] Na face oposta, uma porca é introduzida na parte rosqueada da haste para assegurar o aperto do pião sobre a haste 123.

[0028] Na figura 4b, o pião 111 está montado. A cabeça com seu colar está apoiada contra a face a montante da aba de fixação. A espessura do colar e a profundidade da perfuração são previstas de tal modo para que o colar não seja proeminente em relação à superfície da aba 123.

[0029] Na figura 5, foi representada uma variação de realização do rebaixo. O rebaixo 223B tem uma forma de L e desemboca na borda lateral da aba, aqui referenciada 223, e na borda superior. Como no caso precedente usina-se a perfuração 223A se for o caso.

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8/8 [0030] Na figura 6, foi representada uma outra forma de realização da perfuração. A perfuração 323B tem uma forma circular e forma um alojamento ajustado ao diâmetro do colar 111A do pião. Como nos casos precedentes a perfuração 323 A é usinada para permitir se for o caso a colocação no lugar de um pião do qual a haste de porção rosqueada tem um diâmetro superior àquele do pião de retenção inicial. A união é realizada deslizando justo.

[0031] A escolha da geometria do rebaixo depende de vários fatores entre os quais a tipologia do fretting e do tamanho das fissuras.

[0032] Em resumo a invenção permite:

- suprimir ou evitar a sobrevinda de traços de fretting nas faces sobre as quais os piões se apóiam,

- eliminar ou evitar a sobrevinda de zonas fissuradas na entrada de perfuração, e pela re-perfuração utilizar um pião de seção que trabalha maior se isso for necessário.

[0033] O aumento do diâmetro di pião diminui ao mesmo tempo a deflexão sob carregamento com supressão do risco de fretting, e a amplitude de tensão com aumento da duração de vida com iniciação da zona crítica e redução da velocidade de propagação das fendas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo de conserto ou de recondicionamento de um disco de turbomáquina (2) que compreende em seu aro pelo menos uma aba (23) radial exteriorcom uma perfuração (23A) axial de recepção de um pião (10) axial que compreende uma cabeça (11) e uma haste de porção rosqueada (12), o pião (10) sendo deslizado na perfuração (23A) de modo que a cabeça (11) venha em apoio sobre uma face da aba por aperto de uma porca na haste de porção rosqueada (12) contra a face oposta da aba (23), o dito pião (10) formando um meio de retenção de uma aba solidária de uma peça adaptada no aro, caracterizado pelo fato de que o processo compreende as seguintes etapas:

- o aparecimento de linhas de desgaste na face a montante da aba (23) que recebe a cabeça (11) do pião (10) é notada,

- é usinado um rebaixo (123B; 223B; 323B) em torno da perfuração (123A; 223A; 323A), na superfície da aba (23) que recebe a cabeça (11) do pião (10), e que corresponde à zona de desgaste, de modo a reparar o dano,

- a perfuração (123A; 223A; 323A) é alargada por usinagem, de maneira a suprimir a matéria fissurada e formar uma nova perfuração, e

- dispõe-se um pião de substituição (100) que compreende um colar (111A) em apoio sobre a superfície do dito rebaixo, de diâmetro superior àquele da cabeça (111), o pião de substituição (100) apresentando uma haste com uma porção rosqueada (120) de diâmetro que corresponde àquele da nova perfuração.
2. Processo, de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que a espessura do colar é no máximo igual à profundidade do rebaixo.
3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o alargamento é da ordem de 25 %.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que se substitui a porca por uma porca que compreende uma base alargada em relação à porca inicial.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que usina-se um rebaixo (123B) em forma de U que

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2/2 desemboca na borda exterior da aba de fixação exterior.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que usina-se um rebaixo (223B) em forma de L que desemboca nas bordas exterior e lateral da aba de fixação exterior.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que usina-se um rebaixo de forma circular (323B) em torno da perfuração da aba de fixação exterior.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a dita aba de fixação exterior (123; 223; 323) é a aba central de retenção de uma plataforma interpás em um disco de ventoinha de turborreator.