MÉTODO PARA REEMPLAZAR ALETA AERODINÁMICA DAÑADA.

La invención se refiere a un método para reemplazar un álabe dañado de un conjunto de rotor con álabes integrados, particularmente para un motor de turbina de gas. Los compresores y turbinas de motores de turbina de gas, tales como los utilizados en motores aeronáuticos, incluyen típicamente una pluralidad de conjuntos de paleta aerodinámicas de rotor y estator. Los conjuntos de rotor están diseñados para impartir trabajo a los gases que atraviesan el compresor y extraer trabajo de los gases que atraviesan la turbina. Los conjuntos de paleta aerodinámicas de estator ayudan a dirigir los gases de trabajo que entran o salen de los conjuntos de rotor y aumentan así la eficiencia del motor. Cada conjunto de rotor incluye un disco y una pluralidad de álabes fijados al disco con la finalidad de extenderse radialmente hacia fuera desde el mismo. Convencionalmente, los álabes se han fijado al disco mediante conexiones mecánicas tales como conexión de tipo abeto, en donde una raíz de álabe en forma de abeto es recibida dentro de un rebajo conformado de manera complementaria en el disco. Esto significa que el álabe puede reemplazarse fácilmente en el caso de que resulte dañado. Desarrollos recientes han dado como resultado conjuntos de rotor con álabes integrados o discos de álabes, en los que los álabes se forman integralmente con el disco. Estos conjuntos tienen la ventaja de un peso reducido en comparación con los conjuntos de rotor estándar y una eficiencia aerodinámica mejorada. Tales discos de álabes son aplicables particularmente en el diseño de motores aeronáuticos militares. En vista de la naturaleza de sus aplicaciones, los discos de álabes son susceptibles de dañarse, por lo que en ciertas circunstancias pueden requerir el reemplazo de un álabe. Con el fin de reemplazar el álabe, éste debe retirarse mecanizándolo para dejar un muñón, y soldando un nuevo álabe sobre el muñón mediante soldadura de fricción lineal. Este es un proceso en el cual una parte se mantiene estacionaria mientras que la otra parte se hace oscilar contra ella bajo carga; el calore generador y las cargas aplicadas dan como resultado una soldadura a medida que el material exuda por los bordes de la junta. En la reparación de discos de álabes, se hace oscilar el álabe de reemplazo con relación al disco estacionario, mientras que se aplica una carga en la dirección radial hacia el disco. Así, el álabe se une al disco. En el documento US 5551623 se describe un procedimiento conocido para soldar dos partes de álabe, en el que un collar o brida de material, subdividido en dos partes, se coloca alrededor de las superficies de contacto que se han de unir. Según la patente, esto aumenta el calor producido por la fricción en los bordes delantero y trasero del álabe. La soldadura de fricción lineal da como resultado el consumo de material (lo cual deja los bordes de la soldadura como una rebaba) y la recirculación de contaminantes de vuelta a la soldadura durante el proceso. Esto da como resultado la necesidad de mecanización para apartar cantidades significativas de material alrededor de la soldadura. A la vista de esto, los discos de álabes se han formado convencionalmente con filetes sobredimensionados en la interfaz de disco y álabe con el fin de permitir que se mecanice un muñón de reparación con el perfil de aleta aerodinámica en caso de que sea necesario que un álabe de reemplazo se fije mediante un proceso de soldadura de fricción lineal. Sin embargo, esto puede impedir un diseño óptimo y producir un peso innecesario. Según la invención, se proporciona un método para reemplazar un álabe dañado de un conjunto de rotor con álabes integrados que incluye un disco y una pluralidad de álabes que se extienden hacia fuera desde el disco, incluyendo el método los pasos de: retirar el álabe dañado para dejar un muñón de álabe que sobresalga desde el disco; formar un collar de metal alrededor del muñón de álabe, mediante deposición de un metal fundido, en una posición que está separada físicamente del disco; fijar un álabe de reemplazo al muñón mediante soldadura de fricción lineal; y retirar el collar. El collar proporciona soporte al muñón durante el proceso de soldadura de fricción, sin que se proporcione fijación externa alguna al muñón o al collar. Dado que el collar está separado físicamente del disco, ello impide daños en la superficie del disco. El rotor puede incluir un plano de soldadura original que defina la posición en donde se soldó el álabe dañado al disco, y el álabe dañado se retira preferiblemente de manera radial hacia fuera del plano de soldadura original. Preferiblemente, el collar se deposita de tal manera que rodee el plano de soldadura original. Preferiblemente, el collar se deposita acumulando el collar capa a capa. El collar puede ser anular, incluyendo una 2 E05252867 09-01-2012   abertura central a través de la cual pasa el muñón de álabe. El método puede incluir el paso de depositar un cuerpo de material alrededor del muñón de álabe, junto al rotor, siendo este material diferente del material del collar. Preferiblemente, el material es un polímero. Sin embargo, el material podría ser un metal de bajo punto de fusión o con revestimiento El cuerpo del material puede ser anular, incluyendo una abertura central a través de la cual pasa el muñón de álabe. El cuerpo de material puede depositarse antes de la deposición del collar. El collar puede depositarse sobre el cuerpo de material de tal manera que emparede el cuerpo de material entre sí mismo y el disco. Sin embargo, el collar puede depositarse directamente sobre el muñón. El proceso de soldadura de fricción lineal puede implicar la oscilación del álabe de manera tangencial con respecto al disco. Preferiblemente, el proceso de soldadura de fricción lineal se realiza de tal manera que se cree un nuevo plano de soldadura entre el álabe de reemplazo y el rotor, estando situado el nuevo plano de soldadura en sustancialmente la misma posición que el plano de soldadura original. El collar puede retirarse mediante mecanización. Preferiblemente, el álabe resultante tiene sustancialmente la misma forma que el álabe original. Se describirá una realización de la invención con fines únicamente ilustrativos con referencia a los dibujos anexos, en los que: La figura 1 es una vista en perspectiva diagramático de parte de un conjunto de rotor con álabes integrados; La figura 2 es una vista en sección de un álabe de un conjunto de rotor con álabes integrados, visto mirando hacia abajo del eje de motor e ilustrando la retirada de un álabe dañado; La figura 3 es una vista similar a la de la figura 2, pero ilustrando un paso en un procedimiento según la invención; La figura 4 es una vista similar a la de la figura 3, ilustrando un paso adicional en el procedimiento de la invención; y La figura 5 es una vista adicional similar a la de las figuras 3 y 4, ilustrando un paso adicional en el procedimiento de la invención. Haciendo referencia a la figura 1, se ilustra un parte de un conjunto 10 de rotor con álabes integrados que puede usarse en el compresor o turbina de un motor aeronáutico. El conjunto 10 de rotor incluye una pluralidad de álabes 12 fijados a un disco 14 con el fin de extenderse radialmente hacia fuera desde el mismo. Los álabes 12 son típicamente de una aleación de titanio, níquel o acero (usándose comúnmente una aleación de titanio 6-4) y se han fijado al disco 14 mediante soldadura de fricción lineal. Esto implica sujetar el disco 14 de manera estacionaria mientras se hace oscilar un miembro de álabe (que comprende un álabe aún no mecanizado e inacabado) contra el disco 14 bajo carga. El miembro de álabe puede hacerse oscilar tangencial o axialmente contra el disco. El calor generado por la oscilación junto con la carga radialmente hacia dentro da como resultado que el material del miembro de álabe y el disco se hagan plásticos. Cuando el material se enfría subsiguientemente volviendo a ser sólido, se forman uniones y se crea una soldadura entre el disco 14 y el miembro de álabe. Durante el proceso de soldadura de fricción, se extrude material soldado (rebaba) de los lados de la junta. El álabe se mecaniza subsiguientemente según una forma, retirándose el material de los bordes de la soldadura. Durante la vida del conjunto 10 de rotor, no es infrecuente que un solo álabe 12A llegue a estar significativamente dañado y que requiera reemplazo. Para reemplazar el álabe 12A, se ha de fijar un nuevo álabe usando soldadura de fricción lineal. El álabe dañado 12A se retira para dejar un muñón 16 que sobresale del disco 14. Puede soldarse un nuevo álabe 12 sobre el muñón 16. La soldadura de fricción lineal se usa para fijar el nuevo álabe al muñón 16. Se extruye una rebaba durante este proceso y ésta debe controlarse... [Seguir leyendo]

1. Un método para reemplazar un álabe dañado (12A) de un conjunto (10) de rotor con álabes integrados que incluye un disco (14) y una pluralidad de álabes (12) que se extienden hacia fuera desde el disco (12), incluyendo el método los pasos de: retirar el álabe dañado (12A) para dejar un muñón (16) de álabe que sobresale del disco (14); formar un collar metálico (22) alrededor del muñón (16) de álabe mediante deposición de un metal fundido; fijar un álabe de reemplazo (12) al muñón (16) mediante soldadura de fricción lineal y retirar el collar (22); en donde el collar metálico (22) se deposita en una posición que está separada físicamente del disco (14); 2. Un método según la reivindicación 1, en el que el conjunto (10) de rotor incluye un plano de soldadura original (18) que define la posición en la que se soldó el álabe (12) al rotor (10), caracterizado porque el álabe dañado (12A) se retira radialmente hacia fuera del plano de soldadura original (18). 3. Un método según la reivindicación 2, caracterizado porque el collar (22) de deposita de tal manera que rodea el plano de soldadura original (18). 4. Un método según cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque el collar (22) se deposita mediante deposición de metal conformado o mediante cualquier otro proceso de adición de material, tal como deposición de plasma, polvo de láser o alambre de láser. 5. Un método según la reivindicación 4, caracterizado porque el collar (22) es anular e incluye una abertura central (24) a través de la cual pasa el muñón (16) de álabe. 6. Un método según cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque el método incluye el paso de depositar un cuerpo de material (20) alrededor del muñón de álabe junto al disco (14), siendo este material diferente del material del collar (22). 7. Un método según la reivindicación 6, caracterizado porq ue el material (20) es un polímero o un revestimiento resistente al calor. 8. Un método según la reivindicación 6 o la reivindicación 7, caracterizado porque el cuerpo de material (20) es anular e incluye una abertura central (21) a través de la cual pasa el muñón (16) de álabe. 9. Un método según la reivindicación 8, caracterizado porque el cuerpo de material (20) se deposita antes de la deposición del collar (22). 10. Un método según la reivindicación 9, caracterizado porque el collar (22) se deposita sobre el cuerpo de material (20) de tal manera que empareda el cuerpo de material (20) entre sí mismo (22) y el disco (14). 11. Un método según cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque el collar (22) se deposita directamente sobre el muñón (16) de álabe. 12. Un método según cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque el proceso de soldadura de fricción lineal implica hacer oscilar tangencialmente el álabe (12) con respecto al disco (14). 13. Un método según cualquier reivindicación precedente, caracterizado porque el collar (12) se retira mediante mecanización. 14. Un método según la reivindicación 13, caracterizado porque el álabe resultante tiene sustancialmente la misma forma que el álabe original (12). E05252867 09-01-2012   6 E05252867 09-01-2012   7 E05252867 09-01-2012