ОТВИНЧИВАЮЩАЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ОСНАСТКА И СПОСОБ ОТВИНЧИВАНИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ГАЙКИ
UNSCREWING TOOL SET AND METHOD TO UNSCREW COUPLING NUT

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к разборке газотурбинного двигателя, в частности к удалению гайки, соединяющей ротор высокого давления с подшипником в двухкорпусной турбине с передним расположением вентилятора.
Предшествующий уровень техники
Двухкорпусная турбина с передним расположением вентилятора содержит два коаксиальных ротора, опирающихся на подшипники, расположенные в ступицах двух структурных элементов корпуса, называемых промежуточным корпусом и выходным корпусом. Впереди двигателя подшипники установлены в промежуточном корпусе, а сзади один или больше подшипников установлены в выходном корпусе. Таким образом, в двигателях, таких как CMF56, вращающиеся узлы установлены на пяти подшипниках: трех спереди и двух сзади. Спереди вал вентилятора и вал ротора низкого давления (LP) установлены, соответственно, в двух первых подшипниках. Ротор высокого давления (HP) опирается на подшипник №3, по потоку после первых двух подшипников. Сзади тот же ротор высокого давления опирается с помощью подшипника промежуточного вала, и вал ротора низкого давления опирается на подшипник, установленный в ступице выходного корпуса.
После определенного периода работы каждый двигатель направляется в мастерскую для полной переборки, в которой его полностью разбирают и чистят каждую часть, при необходимости ремонтируют или заменяют. Разборка содержит несколько стадий, включая стадию удаления турбинного модуля низкого давления сзади, а затем модуля, образованного корпусом высокого давления. Ротор корпуса высокого давления содержит верхнюю по потоку цапфу, удерживаемую в подшипнике №3 с помощью соединительной гайки, которую необходимо отвинчивать. Эта операция имеет определенную степень трудности за счет центрального расположения гайки в двигателе и относительной недоступности этой части. Соединительная гайка является цилиндрической резьбовой частью, которая служит для удерживания неподвижным переднего по потоку конца в виде цапфы ротора высокого давления относительно внутреннего кольца шарикоподшипника. Эта гайка содержит четыре зуба, вырезанных в цилиндрической стенке и расположенных в верхнем по потоку удлинении резьбовой части.
Стандартный процесс начинается с удаления назад турбинного модуля низкого давления и извлечения вала низкого давления также назад. Затем возможен доступ к соединительной гайке через центральный проход, свободный после извлечения вала низкого давления. После вдвигания на место устройства, заменяющего подшипник, который был удален, и направляющей трубы, имеющий подходящую форму инструмент, снабженный двумя отводимыми выступами на конце цилиндрической трубы, вводится в проход до гайки, затем два выступа раздвигаются в радиальном направлении так, что они входят в зацепление с двумя из четырех зубьев соединительной гайки. После предотвращения вращения ротора высокого давления с помощью клина, поворот инструмента вокруг его оси позволяет отвинчивать гайку.
Эта операция является очень деликатной, поскольку зубья гайки не должны быть повреждены, и гайка не должна деформироваться. Для этого инструкции производителя двигателя предписывают максимальный прикладываемый крутящий момент.
Если соединительная гайка не поддается отвинчиванию этим способом, то процесс состоит в удалении узла, состоящего из вентилятора и компрессора низкого давления, для получения доступа к гайке через переднюю сторону двигателя. После освобождения доступа, имеющий подходящую форму инструмент вводится вдоль оси двигателя до соединительной гайки. Головка инструмента согласована с формой всех зубьев гайки, так что возможно приложение большего крутящего момента, чем прежде, что увеличивает вероятность ее ослабления.
Однако если соединительную гайку все еще не удается удалить с помощью этой операции, то ее приходится разрезать. Разрезания гайки, что не является недорогим и эффективным решением, следует избегать не только потому, что гайку надо заменять, но и поскольку существует опасность того, что стружка может засорять передачи, расположенные в непосредственной близости, что приводит к необходимости удаления и чистки этих частей. Эти передачи, известные как IGB, служат для привода радиального рычага, соединенного с коробкой передач (AGB) для вспомогательного оборудования.
С увеличением срока службы двигателя и его использования в агрессивном окружении, разборка двигателя все чаще приводит к разрезанию соединительной гайки из-за прихватывания гайки.
Прихватывание соединительной гайки является следствием нескольких факторов:
- спекания смазки вследствие нагревания части;
- деформации гайки во время ослабления за счет торсионных сил, возникающих при превышении разрешенного предела крутящего момента;
- окисления частей гайки, образующих центрирующие дорожки с цапфой и внутренним кольцом элементов качения подшипника.
В основу изобретения положена задача разработки способа разборки двигателя, по возможности предотвращающего необходимость разрезания гайки.
Сущность изобретения
Изобретение относится к двухконтурной, двухпоточной турбине, содержащей передний вентилятор, промежуточный корпус, модуль высокого давления с ротором высокого давления и турбинный модуль низкого давления. Промежуточный корпус двигателя содержит, в частности, подшипник, на который опирается ротор высокого давления, при этом ротор высокого давления удерживается в подшипнике с помощью соединительной гайки. Способ разборки такого двигателя содержит несколько стадий с предварительной, после освобождения доступа к гайке, стадией нагревания гайки и введения инструмента для отвинчивания гайки вдоль оси двигателя.
Предварительное нагревание до умеренной температуры обеспечивает возможность размягчения спекшегося масла, склеивающего друг с другом резьбу соединительной гайки и резьбу цапфы, а также различного расширения находящихся в контакте друг с другом цилиндрических частей с плотной посадкой. После удаления турбинного модуля низкого давления с его валом, трубчатое нагревательное средство вводят в центральное пространство, освобожденное турбинным модулем низкого давления, вдоль оси двигателя и нагревают гайку изнутри.
Изобретение относится к способу отвинчивания соединительной гайки ротора высокого давления с передней стороны двигателя, который характеризуется тем, что при блокированном вращении ротора высокого давления и фронтальном отвинчивающем инструменте, содержащем трубчатый гаечный ключ, снабженный зубьями, имеющими форму, которая дополняет форму зубьев соединительной гайки, на промежуточном корпусе закрепляют опору для трубчатого гаечного ключа, устанавливают на опору с возможностью вращения трубчатый гаечный ключ и прикладывают отвинчивающий крутящий момент к указанному трубчатому гаечному ключу.
Более точно, при снятом ранее турбинном модуле низкого давления предотвращают вращение ротора высокого давления с помощью трубчатого элемента, введенного в пространство, освобождаемое модулем низкого давления. Трубчатый элемент закрепляют на одном конце на корпусе модуля высокого давления, а на другом конце закрепляют без возможности проворачивания на роторе высокого давления.
Решение, согласно изобретению, устраняет необходимость опоры на передачи IGB, расположенные вблизи, и опасность повреждения их зубьев.
Отвинчивающая инструментальная оснастка для выполнения способа, согласно изобретению, содержит опору для трубчатого гаечного ключа, содержащую цилиндрический ствол и четыре ответвления, выступающие звездообразно от ствола, трубчатый гаечный ключ, снабженный зубьями, который установлен с возможностью удаления в стволе опоры, при этом трубчатый гаечный ключ блокирован в осевом направлении относительно опоры, и предотвращающий вращение инструмент, отдельный от опоры и предназначенный для блокирования любого вращательного движения ротора высокого давления вокруг его оси.
Предпочтительно, предотвращающий вращение инструмент содержит трубчатый элемент, снабженный клиньями, при этом указанный трубчатый элемент предназначен для введения внутрь ротора высокого давления для предотвращения вращения указанного ротора.
В качестве меры безопасности перед этим проверяют, что соединительная гайка не прихвачена, с помощью гаечного ключа с ограничением по крутящему моменту, калиброванному на максимально допустимый крутящий момент.
Краткое описание чертежей
Ниже приводится более подробное описание способа удаления соединительной гайки на основании варианта выполнения, приведенного в качестве не имеющего ограничительного характера примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых
фиг. 1 изображает осевой разрез двигателя, в котором применяется способ, согласно изобретению;
фиг. 2 - осевой половинный разрез с гайкой, которая соединяет ротор высокого давления с передним подшипником и которая подлежит удалению;
фиг. 3 - двигатель во время удаления, на виде сбоку;
фиг. 4 и 5 изображают пример выполнения устройства для нагревания соединительной гайки;
фиг. 6, 7 и 8 изображают пример выполнения устройства для отвинчивания соединительной гайки с передней стороны двигателя, с опорой и трубчатым гаечным ключом; и
фиг. 9 – изображает инструмент для предотвращения вращения ротора высокого давления, в изометрической проекции.
Подробное описание изобретения
На фиг. 1 показана в разрезе двухкорпусная турбина 1 с передним расположением вентилятора. Справа налево на фигуре, т.е. сверху вниз в направлении газовых потоков, проходит ротор вентилятора 2 внутри корпуса 2' вентилятора. Вентиляторный канал, ограниченный корпусом, разделен на два концентричных кольцевых канала, один для первичного потока, проходящего через двигатель, другой для вторичного потока, который выбрасывается без нагревания. Первичный поток сжимается в бустер-компрессоре низкого давления, а затем в компрессоре 3 высокого давления. Он подается в камеру 4 сгорания, где он нагревается за счет сгорания топлива. Горячие газы, которые выходят из камеры сгорания, затем распределяются в турбине 5 высокого давления и турбине 6 низкого давления перед выбрасыванием. Роторы установлены с опорой в двух структурных корпусах, которые являются промежуточным корпусом 7, к которому прикреплен выше по потоку корпус вентилятора, и выходным корпусом 8 сзади.
Вентилятор 2 с бустер-компрессором и турбиной 6 низкого давления соединены с помощью вала 6' турбины низкого давления. Турбинный вал 6' и турбина 6 с ее корпусом образуют вместе с выходным корпусом 8 турбинный модуль 60 низкого давления.
Компрессор 3 высокого давления и турбина 5 высокого давления образуют ротор 35 внутри каскада или модуля 40 высокого давления. Модуль 40 содержит также камеру 4 сгорания. Ротор 35 высокого давления установлен вверху по потоку в подшипнике Р3, который опирается на ступицу промежуточного корпуса 7. На этом уровне расположена также коробка передач, называемая IGB, для привода вспомогательной коробки передач, называемой AGB, через радиальный вал, расположенный в плече промежуточного корпуса.
На фиг. 2 показана более подробно эта часть двигателя; верхний по потоку конец ротора 35 расположен во внутреннем кольце P3i элементов качения подшипника Р3. Цилиндрическое тело шестерни 9 передачи IGB расположено между ротором и кольцом P3i. Соединительная гайка 20 навинчена в месте 21 на конец ротора 35 и фиксирует его в осевом направлении относительно промежуточного корпуса 7. Таким образом, соединительная гайка 20 является цилиндрической частью с внутренней резьбой 21, наружной центрирующей дорожкой 23 и зубьями 22 в верхнем по потоку осевом удлинении ее цилиндрической стенки.
Разборка модуля 40 высокого давления содержит предшествующее удаление модуля 60 низкого давления для освобождения доступа к соединительной гайке 20 и установки диска 70 для удерживания ротора высокого давления в его корпусе. Этот диск заменяет нижний по потоку подшипник промежуточного вала, который удален вместе с модулем 60 низкого давления. Состояние двигателя представлено схематично на фиг. 3. Передняя сторона, т.е. корпус вентилятора и промежуточный корпус 7 закреплены на раме, а задняя часть, которая подлежит отделению от промежуточного корпуса, является модулем 40 высокого давления. Он прикреплен к балке 90, подвешенной к лебедке.
Следующая стадия состоит во введении средства 100 для нагревания гайки 20 в направляющую трубу 41, расположенную в центральном пространстве, остающемся свободным после удаления вала турбины низкого давления.
Ниже приводится описание этого средства 100 со ссылками на фиг. 4 и 5.
Оно содержит тележку 101, установленную на колесиках, и с вертикальной стенкой 103, снабженной вертикальными рельсами 105, направляющими вертикально перемещаемую платформу 107. Платформа подвешена на трос, который соединен с помощью набора шкивов с управляемой вручную лебедкой 109, позволяющей регулировать ее высоту. На платформу 107 опирается нагревательный узел, состоящий из нагревателя 110 и полой трубы 112. Нагреватель расположен на проксимальном конце трубы с целью создания потока воздуха в полой трубе 112, направленного к ее другому концу. Этот конец открыт в боковом направлении с помощью прорезей 114, вырезанных в стенке трубы 112 над ее осью. Нагревательный узел содержит также средство для регулирования и позиционирования трубы при ее введении в двигатель. Это средство образовано в данном случае с помощью двух выступов 113 на поперечной пластине, которая взаимодействует с двумя выемками, выполненными в удерживающем диске 70.
Нагревательный узел установлен на платформе с горизонтальной осью 115 вращения так, что его можно ориентировать в вертикальное исходное положение, в котором он отведен в тележку, или в горизонтальное рабочее положение. Поворотом нагревательного узла управляют с помощью ручного колеса 117, расположенного сбоку на тележке. Подходящий механизм передает вращательное движение ручного колеса для вращения нагревательного узла вокруг горизонтальной оси 115.
Для нагревания соединительной гайки 20, тележку располагают напротив турбины вдоль ее оси. Затем нагревательный элемент устанавливают горизонтально и вводят в направляющую трубу 41, пока выступы 113 не придут в соприкосновение с соответствующей нишей, выполненной в удерживающем диске 70. В этом случае конец трубы находится на высоте гайки. Затем включают нагреватель, и горячий воздух выдувается через прорези 114 в трубе в направлении гайки. При этом контролируют повышение температуры гайки; она не должна превышать 130°С. Когда достигается эта температура, нагреватель выключают, отводят тележку и убирают ее.
Тем самым завершается нагревание гайки 20.
Целью второй стадии является отвинчивание гайки посредством введения инструмента с передней стороны двигателя после удаления вентилятора 2.
Для этого передний отвинчивающий инструмент 300 располагают на двигателе, как показано на фиг. 6, 7 и 8. Инструмент содержит две основные части: опору 310 гаечного ключа, закрепляемую на двигателе, и трубчатый гаечный ключ 320, который можно поворачивать вокруг его оси в опоре, как показано на фиг. 8. Опора 310 содержит четыре ответвления 312, выступающих звездообразно из цилиндрического ствола 311. Опора содержит съемные башмаки 322. Оператор устанавливает башмаки, соответствующие типу двигателя, что обеспечивает правильное сопряжение для крепления на корпусе. Ответвления и башмаки 322 имеют сквозные отверстия 313 на своем конце для прохождения винтов для крепления на промежуточном корпусе. Трубчатый гаечный ключ 320 расположен в цилиндрическом стволе, так что он блокирован в осевом направлении, однако способен свободно вращаться вокруг своей оси. Гаечный ключ содержит две круговые опорные поверхности 321, которые расположены в соответствующем кольце 314. Съемное плоское кольцо 315 закрывает вверх по потоку пространство канавки, с целью блокирования гаечного ключа в осевом направлении. Гаечный ключ содержит на одном конце четыре зуба 316, имеющих форму, которая дополняет форму зубьев 22 соединительной гайки 20, а на другом своем конце шестерню 317 для приведения его во вращение. Гаечный ключ содержит также тонкое кольцо 323, которое служит для отодвигания тормоза гайки 20 перед ослаблением.
После установки инструмента 300, внутри ротора высокого давления располагают фиксирующую трубу 350, показанную на фиг. 9, для предотвращения вращения ротора. Эта труба содержит поперечную пластину с фиксирующими выступами 353, которые входят в соответствующие выемки в диске 70. На конце трубы расположены клинья 351, которые взаимодействуют с осевыми канавками ротора высокого давления для обеспечения его неподвижности.
Рабочий режим содержит следующие стадии:
Нагревание соединительной гайки с помощью нагревательного устройства 100 до температуры, не превышающей 130°С.
Установку опоры 310 на промежуточном корпусе и привинчивание четырех ответвлений к отверстиям в корпусе.
Введение отвинчивающего гаечного ключа в ствол опоры, пока зубчатый конец не войдет в зацепление с зубьями соединительной гайки.
Блокирование гаечного ключа в осевом направлении на опоре с помощью кольца 315.
Предотвращение вращения ротора 35 высокого давления, например, с помощью трубы, аналогичной отвинчивающей трубе, через турбину низкого давления, снабженной фиксирующими клиньями.
Установку на шестерню 317 усилителя силы, например, устройства типа Свиней.
Проверку возможности ослабления соединительной гайки посредством приложения крутящего момента ниже допустимого изготовителем предела, с помощью гаечного ключа с ограничением по крутящему моменту, находящегося в зацеплении с усилителем силы Свиней.
Если гаечный ключ обеспечивает вращение шестерни без изгибания, то соединительная гайка не прихвачена, и устанавливают пневматический двигатель для приведения в движение шестерни.
Если гаечный ключ с ограничением по крутящему моменту показывает, что превышен максимальный крутящий момент, то необходимо предусматривать разрезание соединительной гайки.
Таким образом, способ, согласно изобретению, обеспечивает улучшение по сравнению с уровнем техники, поскольку нет необходимости опоры на зубья шестерни передачи IGB. Тем самым устраняется опасность повреждения зубьев шестерни.