ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОТВИНЧИВАНИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ГАЙКИ МОДУЛЬНОГО РОТОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
TOOL FOR UNSCREWING COUPLING NUT OF GAS TURBINE ENGINE MODULAR ROTOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к демонтажу газотурбинного двигателя, в частности к демонтажу соединительной гайки подшипника ротора высокого давления двухкорпусного турбореактивного двигателя с передним вентилятором. Изобретение, в особенности, касается инструмента для демонтажа соединительной гайки.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Двухкорпусный турбореактивный двигатель с передним вентилятором содержит два коаксиальных ротора, удерживаемых подшипниками, размещенными в двух ступицах двух структурных картерных элементов: промежуточного картера и выхлопного картера. Спереди двигателя подшипники установлены в промежуточном картере, а сзади один или несколько подшипников расположены в выхлопном картере. В двигателе, таком как CFM56, вращающиеся узлы установлены, таким образом, в пяти подшипниках: три спереди и два сзади. Спереди вал вентилятора и вал ротора низкого давления, BP, установлены соответственно в двух первых подшипниках. Ротор высокого давления, HP, удерживается подшипником №3 на выходе двух первых. Сзади тот же ротор HP удерживается промежуточным подшипником, и ротор BP удерживается подшипником, установленным в ступице выхлопного картера. Каждый двигатель после определенного периода работы направляется в цех, например, для полной ревизии, где он полностью разбирается, каждая деталь очищается, ремонтируется или заменяется в необходимом случае. Демонтаж включает несколько этапов, в том числе разборку модуля BP сзади, затем модуля, образованного ступенью HP. Ротор ступени HP содержит шейку на входе, которая удерживается в подшипнике №3 соединительной гайкой, которую следует отвинтить. Эта операция сама по себе представляет определенную трудность вследствие центрального положения гайки в двигателе и труднодоступности этой детали. Соединительная гайка является цилиндрической деталью с резьбой, функцией которой является обеспечение неподвижности входного конца в форме шейки ротора HP по отношению к внутреннему кольцу шарикоподшипника. Эта гайка содержит четыре зуба, вырезанных в цилиндрической стенке, и расположена во входном продолжении резьбовой части.
Обычная процедура начинается с демонтажа модуля турбины BP сзади и удаления вала BP также сзади. До соединительной гайки добираются через центральный проход, освобожденный валом BP. После размещения на месте захватывающего устройства, располагаемого на опоре снятого подшипника, и трубы для направления инструментов, инструмент соответствующей формы, снабженный на конце двумя убирающимися внутрь цилиндрической трубы пальцами, вводится в этот проход до уровня гайки, затем два пальца радиально развертываются таким образом, что входят в зацепление в два из четырех зубьев гайки. Ротор HP заклинивается от вращения и поворот инструмента вокруг оси обеспечивает отвинчивание гайки.
Эта операция является сложной в той мере, что нельзя повреждать зубья соединительной гайки, ни деформировать последнюю. Указания конструктора машины предписывают использование максимального вращающего момента для этой цели.
Если гайка не может быть отвинчена этим инструментом, процедура заключается в демонтаже узла вентилятора с компрессором низкого давления для получения доступа к соединительной гайке спереди двигателя. При получении этого доступа инструмент соответствующей формы вводится вдоль оси двигателя до гайки. Головка инструмента адаптирована к форме совокупности зубьев, что позволяет приложить более значительный момент, чем раньше, и увеличить возможность обеспечения отвинчивания.
Однако, если соединительная гайка все-таки не может быть извлечена благодаря этой операции, необходимо ее отрезать. Стараются избежать операции отрезания гайки, которая является дорогостоящей, так как следует не только ее заменить, но отрезание и появляющиеся при этом металлические опилки рискуют загрязнить зубчатую передачу, находящуюся в непосредственной близости, что потребовало бы демонтажа и чистки этих деталей. Эта зубчатая передача, называемая IGB, предназначена для привода радиального кронштейна, связанного с коробкой передач, AGB, удерживающего вспомогательные средства.
С увеличением продолжительности или числа циклов работы двигателей, и использования последних, в необходимом случае, в агрессивной среде, констатируют, что демонтаж теперь чаще приводит к отрезанию гайки по причине прихвата гайки.
Прихват гайки происходит по нескольким причинам:
- коксование смазки вследствие нагрева детали,
- деформация гайки при отвинчивании, вызванная торсионными усилиями вследствие превышения допустимого момента вращения,
- окисление частей гайки, образующее центрирующие дорожки на шейке вала и внутреннем кольце подшипника.
Заявитель предлагает в качестве объекта инструмент для демонтажа двигателя, исключая, насколько возможно, разрезание гайки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение касается двухконтурного двухкорпусного турбореактивного двигателя. Он содержит передний вентилятор, промежуточный картер, модуль HP с ротором HP и модуль турбины BP. Промежуточный картер содержит подшипник, удерживающий ротор HP, причем последний удерживается в подшипнике соединительной гайкой. Способ демонтажа двигателя включает этап введения инструмента для отвинчивания соединительной гайки после получения доступа к гайке, и этап предварительного прогрева гайки перед установкой отвинчивающего инструмента.
Предварительный прогрев при умеренной температуре позволяет размягчить пригоревшие масла, склеивающие вместе резьбу гайки и, таким образом, обеспечить различное расширение между контактирующими один с другим и плотно прилегающими цилиндрическими элементами. Температура поддерживается ниже безопасной величины для состояния деталей. Максимальная температура нагрева в примере воплощения способа составляет 130°С.
После нагрева гайки вводят инструмент заднего отвинчивания в проход, освобожденный модулем BP.
Изобретение относится к отвинчиванию соединительной гайки крепления ротора HP к промежуточному картеру сзади двигателя. В способе предложен инструмент для отвинчивания, содержащий трубу и несколько пальцев, выступающих между положением, в котором они размещены в трубе, и положением, в котором они радиально развернуты. Упомянутый инструмент устанавливается таким образом, что выступающие пальцы развертываются для осуществления бокового контакта со всеми зубьями гайки и что на инструмент воздействует вращающий отвинчивающий момент.
В частности, отвинчивающий момент прикладывается к инструменту таким образом, чтобы момент вращения удерживался при величине, меньшей величины, при которой усилия на зубья соединительной гайки могли бы их разрушить. Благодаря распределению усилий по совокупности зубьев, можно также увеличить момент, прикладываемый к гайке, или деформировать зубья, или придавать овальную форму цилиндрической детали вследствие концентрации усилий в двух диаметрально противоположных зонах.
Изобретение относится к отвинчивающему оборудованию; оно содержит трубчатый элемент, снабженный несколькими пальцами, радиально подвижными между положением, в котором они вставлены внутрь трубчатого элемента, и положением, в котором они выдвинуты и способны войти в боковой контакт с зубьями соединительной гайки.
В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения трубчатый элемент содержит поперечный диск, подвижный во вращении относительно трубчатого элемента с радиальными направляющими канавками для пальцев, а также механизм привода пальцев относительно поперечного диска.
Точнее говоря, оборудование содержит также механизм привода пальцев с центральным органом, подвижным во вращении относительно подвижного диска, соединенным тягами с пальцами, при этом вращение центрального органа осуществляет радиальное перемещение пальцев относительно подвижного диска.
Для обеспечения неподвижности трубчатого элемента и приложения отвинчивающего момента к инструменту, трубчатый элемент содержит тормоз для обеспечения неподвижности при вращении вблизи диска, удерживающего пальцы. Трубчатый элемент содержит лопатки, радиально подвижные кнаружи вокруг осей, перпендикулярных оси трубчатого элемента.
В соответствии с другой характеристикой оборудование содержит средство заклинивания и осевой установки реперов, образованных упорами, выступающими относительно поперечной пластины.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает в осевом разрезе двигатель, к которому применяется способ.
Фиг. 2 изображает половину вида в осевом разрезе, изображающем в месте нахождения соединительную гайку подшипника с ротором HP, которую необходимо демонтировать.
Фиг. 3 схематично изображает вид сбоку двигателя в процессе демонтажа.
Фиг. 4 и 5 представляют пример воплощения устройства для нагрева гайки.
Фиг. 6, 7 и 8 представляют пример воплощения устройства для отвинчивания гайки, вводимого сзади, со стороны турбины; фиг. 7 изображает вид в разрезе по А-А фиг. 6.
Фиг. 9 изображает в изометрии инструмент регулирования во вращении ротора HP.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1 представляет в разрезе турбореактивный двигатель 1 с двойным корпусом и передним вентилятором. Справа налево по чертежу, то есть с входа на выход в направлении газового потока, изображен ротор вентилятора 2 внутри картера 2' вентилятора. Канал вентилятора, ограниченный картером, разделяется на два кольцевых концентрических канала, один для первичного потока, проходящего через двигатель, другой для вторичного потока, который выбрасывается без подогрева. Первичный поток сжимается в компрессоре наддува низкого давления, затем в компрессоре HP наддува низкого давления, затем в компрессоре НР3. Он поступает в камеру сгорания 4, где он нагревается при сгорании топлива. Горячие газы, выходящие из нее, поступают последовательно в турбину НР5 и турбину BP6 перед выбросом. Роторы расположены в двух конструктивных картерах, которыми являются промежуточный картер 7 - который закреплен на входе картера вентилятора - и выхлопной картер 8 сзади.
Вентилятор 2 с компрессором наддува и турбиной BP 6 связаны валом 6' турбины BP. Вал 6', турбина 6 со своим картером образуют с выхлопным картером 8 модуль турбины 60.
Компрессор HP 3 и турбина HP 5 образуют ротор 35 внутри корпуса модуля HP 40. Последний содержит также камеру сгорания 4. Ротор HP 35 установлен на входе в подшипнике Р3, который размещен в ступице промежуточного картера 7. На этом уровне находится также коробка передач, называемая IGB, для привода с помощью коробки передач вспомогательных средств, называемых AGB, с помощью радиального вала, расположенного в кронштейне промежуточного картера.
Фиг. 2 детально изображает эту часть двигателя; входной конец ротора 35 в форме шейки расположен во внутреннем кольце P3i подшипника качения Р3. Цилиндрическая часть шестерни 9 зубчатой передачи IGB расположена между ротором HP и кольцом P3i. Соединительная гайка 20 навинчена на конец ротора 35 и делает последний аксиально неподвижным относительно промежуточного картера. Соединительная гайка 20 является, таким образом, цилиндрической деталью с внутренней резьбой 21, внешней центрирующей дорожкой 23 и зубьями 22 в аксиальном продолжении к входу ее цилиндрической части. Гайка содержит четыре зуба, распределенных вокруг ее оси.
Демонтаж модуля HP 40 содержит предварительное снятие модуля BP 60 для освобождения доступа к гайке 20 и размещение на месте диска 70 удержания ротора HP в своем картере. Этот диск занимает место выходного межвального подшипника, который был снят с модулем BP 60. Положение двигателя схематично представлено на фиг. 3. Спереди картер вентилятора и промежуточный картер закреплены на раме и задняя часть, которая отсоединяется от промежуточного картера, является модулем HP 40. Он подвешен к балке 90 на талях.
Следующий этап состоит во введении в направляющую трубу 41, установленную на место в центральное пространство, освобожденное валом турбины BP, нагревающего средства 100 гайки 20.
Это средство 100 описано ниже.
Оно содержит каретку 101, установленную на роликах, и вертикальную стенку 103, снабженную вертикальными рельсами 105, направляющими подвижную платформу 107 вертикально. Платформа подвешена на тросе и связана системой блоков с управляемой вручную лебедкой 109, позволяющей регулировать высоту. Платформа 107 удерживает нагревающее средство, состоящее из нагревательного элемента и полой трубы 112. Нагревательный элемент расположен вблизи трубы для производства потока горячего воздуха в полой трубе 112, направленного к ее другому концу. Последний содержит открытые боковые окна 114, вырезанные в стенке трубы 112 вокруг ее оси. Нагревающее средство включает также реперное и заклинивающее положение трубы, когда она введена в двигатель. Это средство образовано двумя выступами 113 на поперечной пластине, которые взаимодействуют с соответствующими выемками, выполненными на диске 70 удержания ротора.
Нагревающее устройство установлено на платформе с помощью оси 115 горизонтального вращения так, чтобы можно было его устанавливать в вертикальное убранное положение, когда оно утапливается в каретку, или в активное горизонтальное положение. Положение нагревательной системы управляется штурвалом 116, расположенным сбоку в каретке. Соответствующий механизм передает движение вращения штурвала повороту нагревающей системы вокруг горизонтальной оси 115.
Для нагрева соединительной гайки 20 каретку размещают напротив двигателя по оси последнего. Нагревающий элемент расположен горизонтально и вводится в направляющую трубу 41 до тех пор, пока выступы не упрутся в соответствующие посадочные места, выполненные в диске 70 удержания ротора. Конец трубы, таким образом, находится на высоте гайки. Включают нагреватель, и горячий воздух поступает через окна 114 трубы к гайке.
Контролируют температуру гайки, она не должна превышать 130°С. Когда температура достигнута, нагреватель выключают, каретку отводят и удаляют.
Второй этап отвинчивания соединительной гайки заключается во введении инструмента 200 сзади в турбину, в направляющую трубу 41. Для этого используют отвинчивающее оборудование, содержащее трубчатый элемент 201, на конце которого размещены четыре убирающихся пальца между положением ввода внутрь трубчатого элемента 201, обеспечивающем перемещение трубы во внутреннем трубчатом пространстве 41, и развернутым положением, в котором они радиально выступают из цилиндрической стенки трубчатого элемента 201. В этом последнем положении и при приложении момента вращения вокруг оси трубчатого элемента 201 четыре пальца опираются в боковой борт каждого зуба, передавая ему отвинчивающие усилия. Равенство количества пальцев количеству зубьев гайки обеспечивает лучшее распределение усилий, чем с двумя пальцами, отсюда вытекает возможность использования повышенного вращающего момента, увеличивающего шансы достижения деблокирования гайки.
На фиг. 6-8 в разрезе представлен инструмент для осуществления способа. Фиг. 6 представляет инструмент в продольном разрезе. Фиг. 7 изображает разрез по АА фиг. 6 с развернутыми пальцами. Фиг. 8 представляет тот же вид, но с убранными пальцами. Этот инструмент 200 содержит трубчатый элемент 201, внутри которого размещен механизм, обеспечивающий развертывание с последующим складыванием пальцев, контактирующих с зубьями гайки.
Механизм привода пальцев содержит диск 210, расположенный поперек трубы на ее конце; диск имеет четыре радиальных крестообразных канавки 211 для индивидуального размещения пальцев 212. Последние соединены тягами 213 с приводным органом 214, как изображено на фиг. 7 и 8 для двух положений пальцев. Поворачивая приводной орган вокруг его оси в том или ином положении, движениями тяг пальцы входят и выходят. Диск 210 жестко соединен с цилиндрическим элементом 216, окружающим орган 214 привода пальцев. Цилиндрический элемент 216 жестко соединен с зубчатым колесом 217 для его привода во вращение. Трубчатый элемент 201 предназначен для обеспечения неподвижности относительно модуля НР40. Для этой цели он содержит выступы, не изображенные на чертеже, и, как в средстве 100 нагрева гайки, которые взаимодействуют с диском 70 удержания ротора. На своем другом конце труба снабжена осевыми стержнями 218, которые предназначены для размещения в канавках шейки ротора HP для того, чтобы помешать любому вращению ротора HP 35 в процессе приложения отвинчивающего момента к гайке. Трубчатый элемент 201, наконец, соединяется с радиально подвижными лопатками 219, приводимыми штурвалом 222, который служит для торможения гайки 20 перед развинчиванием.
Направляющий входной орган 220 также изображен на этом чертеже. Его диаметр меньше, чем диаметр трубчатого элемента 201, и обеспечивает центрирование инструмента 200 через инструмент, предусмотренный для этого и установленный на вентиляторе 2. После нагрева гайки инструмент вводят в центральное пространство до тех пор, пока боковые выступы, не изображенные на чертеже, не упрутся в устройство. Диск, таким образом, находится напротив зубьев гайки. Пальцы далее радиально раскрываются при угловом повороте, осуществляемом управляющим органом 223. Один или несколько пальцев 212, имеющих боковые лопасти, сообщающие вращение диску таким образом, что лопасти скользят в соответствующих канавках, выполненных под зубьями.
В положении упора инструмента известно, что на входном конце трубы, не видном сзади, осевые стержни 218 расположены в соответствующих канавках внутри шейки ротора HP 35. При размещении на месте и заклинивании используют мультипликатор момента, такой какой известен под наименованием Sweeney. Определяют, закисла ли гайка, с помощью храпового динамометрического ключа, калиброванного на максимально разрешенный момент. Если ключ складывается и складывается пополам, это значит, что разрешенный максимальный момент превышен, и считается, что гайка заблокирована и следует, таким образом, попытаться отвинтить ее спереди.
Если ключ не складывается и позволяет гайке сдвинуться, используют мультипликатор момента с приводом на сжатом воздухе и осуществляют ослабление, затем отвинчивание гайки.
Если ослабление невозможно вследствие закисания гайки, прибегают к отвинчиванию спереди. Способ демонтажа соединительной гайки спереди включает вначале демонтаж узла, образованного вентилятором, компрессором наддува и подшипниками Р1 и Р2 для того, чтобы увидеть гайку непосредственно спереди.