Способ изготовления широкохордной полой лопатки компрессора газотурбинного двигателя



Способ изготовления широкохордной полой лопатки компрессора газотурбинного двигателя
Способ изготовления широкохордной полой лопатки компрессора газотурбинного двигателя
Способ изготовления широкохордной полой лопатки компрессора газотурбинного двигателя
Способ изготовления широкохордной полой лопатки компрессора газотурбинного двигателя
Способ изготовления широкохордной полой лопатки компрессора газотурбинного двигателя

 


Владельцы патента RU 2417147:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") (RU)

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности к технологии изготовления широкохордных полых лопаток для их компрессоров. Способ изготовления широкохордных полых лопаток включает формирование лопатки из отдельных фрагментов и размещение между ними детали, формирующей внутреннюю полость лопатки и снабженной вставками из титанового сплава. Фрагменты лопатки вместе с упомянутой деталью размещают в капсулу и после герметизации капсулы осуществляют соединение фрагментов лопатки между собой диффузионной сваркой, осуществляемой с использованием горячего изостатического прессования. Деталь и капсулу после прессования удаляют. Изобретение позволяет упростить изготовление, повысить качество диффузионной сварки и повысить надежность и ресурс полых лопаток компрессора газотурбинного двигателя. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к изготовлению деталей газотурбинных двигателей, в частности к способам изготовления широкохордных полых лопаток компрессора из деформируемых двухфазных титановых сплавов, и может быть использовано в авиационной промышленности и других отраслях промышленности, где используются газотурбинные двигатели.

Известен способ изготовления широкохордной полой лопатки компрессора газотурбинного двигателя, включающий соединение отдельно изготовленных деталей лопатки между собой при помощи сварки (см. патент FR №2852999, кл. F01D 5/16, опубл. 10.01.2004).

Недостатками известного способа являются разогрев титанового сплава в зоне сварки до температуры выше точки полиморфного превращения, перегрев сплава и, как результат, снижение прочностных свойств сплава и усталостных характеристик лопаток.

Известен способ изготовления широкохордной полой лопатки компрессора газотурбинного двигателя, включающий соединение плоских фрагментов пера лопатки диффузионной сваркой с последующим формированием профиля пера путем раздувки внутренней полости инертным газом при температуре сверхпластичности двухфазного титанового сплава в штампе, формирующем профиль пера (см. патент US №5692881, кл. В23К 20/00, опубл. 12.02.1997).

Недостаток данного способа - недостаточная конструктивная прочность полого пера для последующей механической обработки лопатки фрезерованием.

Наиболее близким к заявленному способу является способ изготовления широкохордной полой лопатки компрессора газотурбинного двигателя, включающий изготовление оболочки и несущих элементов лопатки, расположение несущих элементов на расстоянии друг от друга в соответствии со схемой армирования в оболочке, укладку оболочки и несущих элементов в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, и диффузионную сварку методом изотермического прессования в штампе при заданных температуре и давлении (см. патент RU №2296246, Кл. F04D 29/38, опубл. 27.03.2007).

Недостатком данного способа является то, что диффузионную сварку осуществляют методом изотермического прессования в штампе, что приводит к деформации несущих элементов и нарушению геометрии как внутренней полости, так и профиля пера лопатки. Способ сложен и трудоемок, так как требует сложной и дорогостоящей оснастки.

Технический результат заявленного способа - упрощение изготовления, повышение качества диффузионной сварки и повышение надежности и ресурса полых лопаток компрессора газотурбинного двигателя.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления полой лопатки компрессора газотурбинного двигателя, включающем изготовление фрагментов лопатки и детали, формирующей внутреннюю полость лопатки, размещение детали между фрагментами лопатки и соединение фрагментов лопатки друг с другом диффузионной сваркой, согласно изобретению деталь, формирующая внутреннюю полость лопатки, снабжена вставками из титанового сплава и имеет форму, соответствующую форме внутренней полости лопатки, фрагменты лопатки с деталью, формирующей внутреннюю полость лопатки, размещают в стальной капсуле, капсулу герметизируют, после чего соединяют фрагменты лопатки между собой, осуществляя диффузионную сварку методом горячего изостатического прессования, и затем капсулу и деталь, формирующую внутреннюю полость лопатки, удаляют.

Удаление детали, формирующей внутреннюю полость лопатки, можно осуществлять методом химического травления, что позволяет избежать повреждений внутренней поверхности лопатки и сохранить заданную геометрию внутренней полости лопатки.

Удаление стальной капсулы с поверхности заготовки можно осуществлять методом фрезерования на станке с ЧПУ, что позволяет снизить трудоемкость, повысить производительность, избежать изменений геометрии профиля лопатки.

На фиг.1 изображена деталь, формирующая внутреннюю полость лопатки;

на фиг.2 - фрагменты лопатки с деталью, формирующей внутреннюю полость лопатки, расположенные в капсуле (разрез);

на фиг.3 - изготовленная лопатка в разрезе;

на фиг.4 - микроструктура участка диффузионной сварки вставки с фрагментом лопатки (зона а, фиг.3);

на фиг.5 - участки диффузионной сварки вставок (зона б, фиг.3).

Обозначения на чертежах:

1 - деталь, формирующая внутреннюю полость лопатки;

2 - вставки из титанового сплава;

3 - фрагмент лопатки со стороны спинки;

4 - фрагмент лопатки со стороны корыта;

5 - капсула;

6 - сварной шов;

7 - изготовленная лопатка.

Стрелками указаны зоны анализа качества диффузионной сварки вставок из титанового сплава с фрагментами лопатки (а) и диффузионной сварки фрагментов лопатки со стороны спинки и корыта (б) (фиг.3).

Способ реализуется следующим образом.

С помощью фрезерного станка с ЧПУ из углеродистой стали, например ст.20, изготавливают деталь 1, формирующую внутреннюю полость лопатки и соответствующую по геометрии внутренней полости лопатки, с отверстиями для размещения в них вставок 2 из титанового сплава, например ВТ8. Причем данная деталь может быть также изготовлена из материалов на основе железа, молибдена и др.

С помощью фрезерного станка с ЧПУ изготавливают из титанового сплава, например ВТ8, фрагменты 3 (спинка пера) и 4 (корыто пера) лопатки, а также части хвостовика. Между фрагментами 3 и 4 пера оставляют полость для размещения детали 1 с размещенными в ней вставками 2.

Методом холодной штамповки или фрезерования на станке с ЧПУ изготавливают разъемную капсулу 5. Капсула 5 повторяет профиль фрагментов 3 и 4 пера лопатки и выполнена, например, из стали ст.20.

Заготовку лопатки, в виде размещенной между фрагментами 3 и 4 детали 1 со вставками 2, помещают в капсулу 5, после чего капсулу 5 герметично заваривают в вакууме (сварной шов 6) для более полного удаления азота и кислорода из зон диффузионной сварки фрагментов 3 и 4 лопатки и деталей 1 в процессе горячего изостатического прессования (ГИП).

После этого осуществляют диффузионную сварку герметично заваренной капсулы 5 с расположенной внутри нее заготовкой методом ГИП. Операцию ГИП осуществляют известным способом: используют установку для ГИП, например газостат, с рабочим телом, например аргоном. Операцию ГИП проводят при температуре ниже температуры полного полиморфного превращения α↔β титанового сплава ВТ8, например 920°С, и давлении 100-160 МПа, в частности 150 МПа, в течение 1-4 часов, в данном примере 4 часа.

После операции ГИП удаляют капсулу 5 методом фрезерования на станке с ЧПУ. После удаления капсулы 5 на станке с ЧПУ обрабатывают профиль пера лопатки и профиль хвостовика.

После этого удаляют деталь 1 из полости между фрагментами 3 и 4 пера. Удаление выполняют травлением в 50% водном растворе азотной кислоты. Подачу раствора кислоты во внутреннюю полость лопатки и удаление продуктов травления осуществляют через участки выхода детали 1 на поверхность лопатки - на подошве хвостовика и на верхнем торце пера. После удаления детали 1 получают готовое изделие - широкохордную полую лопатку компрессора (см. фиг.3).

Методом растровой электронной микроскопии на металлографических шлифах, изготовленных в зонах «а», «б» (см. фиг.3), выполняют исследование качества диффузионной сварки фрагментов 3 и 4 лопатки и фрагментов 3 и 4 лопатки с титановыми вставками 2.

Выполненные исследования подтвердили высокое качество диффузионной сварки титанового сплава (фиг.4, 5) в указанных зонах. В данных зонах («а», «б») отсутствуют пропуски либо неметаллические включения и засоры, признаки рекристаллизации титанового сплава ВТ8, характерные для других видов сварки двухфазных титановых сплавов, связанные с оплавлением и перегревом. Выполненные исследования подтвердили отсутствие признаков растрава внутренней поверхности пустотелой лопатки в процессе удаления деталей 1 методом травления.

1. Способ изготовления широкохордной полой лопатки компрессора газотурбинного двигателя, включающий изготовление фрагментов лопатки и их соединение друг с другом диффузионной сваркой с образованием внутренней полости лопатки, отличающийся тем, что между фрагментами лопатки во внутренней полости размещают деталь, имеющую форму, соответствующую форме внутренней полости лопатки, и снабженную вставками из титанового сплава, фрагменты лопатки с деталью в полости размещают в стальной капсуле, капсулу герметизируют, после чего осуществляют диффузионную сварку фрагментов лопатки методом горячего изостатического прессования, а затем капсулу и деталь между фрагментами лопатки удаляют.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление детали из внутренней полости лопатки осуществляют методом химического травления.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что удаление стальной капсулы с поверхности заготовки осуществляют методом фрезерования на станке с ЧПУ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, более конкретно к способам изготовления полой вентиляторной лопатки из титанового сплава. .

Изобретение относится к способу изготовления полой лопатки, вершина которой имеет форму ванночки, способу ремонта такой лопатки, а также к лопатке, изготовленной одним из этих способов.

Изобретение относится к технологии изготовления полых лопаток газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано при изготовлении рабочих колес с межлопастными каналами центробежных насосов энергетических установок.

Изобретение относится к способам изготовления полых турбинных лопаток и может быть использовано в авиационной и энергетической промышленности. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении лопаток для турбомашин. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способу изготовления шнека и конструкции шнека, и может быть использовано при изготовлении шнековых питателей, насосов, транспортеров преимущественно для машин сельскохозяйственного назначения.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам изготовления литых заготовок на никелевой основе, и может быть использовано при изготовлении пустотелых турбинных лопаток авиационных и наземных газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано при изготовлении пустотелой лопатки для газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области изготовления деталей сложной конфигурации с применением дуговой сварки в среде защитного газа, а именно к способам изготовления лопастей устройств стабилизации

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при восстановлении поверхности ротора турбокомпрессора

Изобретение относится к сварке трением и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, например при производстве или ремонте моноблоков турбомашин из титановых сплавов

Изобретение относится к способу изготовления лопатки турбомашины, может применяться в авиационных газотурбинных двигателях и энергетических установках при изготовлении рабочих и направляющих лопаток вентиляторов, компрессоров и турбин

Изобретение относится к механической детали, содержащей вставку из композитного материала, образованного керамическими волокнами в металлической матрице, а также к способу изготовления такой механической детали и к устройству намотки, разработанному для осуществления этого способа изготовления

Изобретение относится к обработке металлов, в частности к технологии изготовления криволинейных сварных ребер жесткости для ответственных изделий судостроения и других отраслей промышленности

Колесо компрессора с облегченными лопатками включает в себя диск и приваренные к нему облегченные лопатки. Облегченная лопатка состоит из двух частей, соединенных между собой сваркой. В каждой части лопатки выполнены полости таким образом, что соседние полости образуют ребра, вершинами которых между собой соединены обе части лопатки в корневой области. Ребра в корневой области лопатки ориентированы преимущественно радиально по отношению к оси вращения. В средней и периферийной областях ребра изогнуты таким образом, что ребра одной части лопатки скрещиваются с ребрами другой части лопатки, соединяясь между собой по контактным площадкам. Выбор геометрических размеров, количества и направления ребер, количества, формы и расположения контактных площадок осуществляется исходя из условий статического и динамического нагружения лопаток и колеса компрессора. Достигается минимизация массы рабочих лопаток и массы колес компрессора. 3 ил.

Изобретение относится к способу изготовления направляющего аппарата газотурбинного двигателя, представляющего собой кольцевые наборы неподвижных или поворотных профилированных лопаток, образующих расширяющиеся каналы, и может быть использовано в авиастроении, машиностроении и других областях для крепления лопаток к кольцам. При фиксации лопаток и колец в приспособлении для сборки и сварки внешнее и внутреннее кольца устанавливают на основании приспособления. Лопатки размещают по окружности опорного кольца. При помощи фиксаторов, установленных на опорном кольце, лопатки фиксируют от разворота. Поджимают лопатки к опорному кольцу, расположенному под лопатками, посредством фиксирующего кольца с резиновым уплотнением, надетого на центрирующиеся стойки. Затем устанавливают кожух и полученное замкнутое пространство заполняют инертным газом. Затем осуществляют лазерную сварку. В качестве инертного газа применяется смесь аргона и гелия. На опорном кольце может быть установлено по меньшей мере три равноудаленных фиксатора. Технический результат заключается в упрощении технологии и снижении трудоемкости изготовления, повышении надежности сварного соединения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

Изобретение может быть использовано в составе электронасосных агрегатов систем терморегулирования изделий ракетно-космической техники, а также в химической промышленности. Центробежное рабочее колесо содержит единый со ступицей ведущий диск, покрывной диск с центральным входным отверстием и размещенные между ведущим и покрывным диском осесимметрично расположенные лопатки. Каждая лопатка выполнена составной из двух частей, при этом первая часть каждой лопатки выполнена заодно с покрывным диском и размещена внутри соосной покрывному диску первой поверхности вращения. Вторая часть каждой лопатки выполнена заодно с ведущим диском и размещена снаружи второй поверхности вращения, охватывающей первую поверхность вращения. Каждая из поверхностей выполнена двухступенчатой, при этом ступени с большим диаметром обеих поверхностей прилегают своими краями к ведущему диску, а ступени меньшего диаметра прилегают своими краями к покрывному диску. Ступени меньшего диаметра обеих поверхностей имеют одинаковые номинальные диаметры, и осевые размеры ступеней меньшего и большего диаметров первой поверхности вращения равны номинальным осевым размерам ступеней меньшего и большего диаметров второй поверхности вращения соответственно. Оба диска установлены с фиксацией их взаимного углового положения. Изобретение направлено на повышение технологичности и коррозионной стойкости. 4 ил.
Наверх