Способ изготовления многослойной лопатки турбомашины

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. При изготовлении пустотелой лопатки формируют элементы спинки и корыта лопатки из набора пластин, расположенных эквидистантно профилю формируемого элемента, причем после придания пластинам заданного профиля и размеров, их фиксируют и соединяют между собой неразъемным соединением. Затем фиксируют элементы спинки и корыта с обеспечением заданного профиля и размеров лопатки и неразъемно соединяют их друг с другом. Соединяют между собой элементы спинки и корыта лопатки через дополнительные металлические элементы, образующие входную и выходную кромки лопатки, соответствующие профилю и размерам входной и выходной кромок лопатки и имеющие углубления, обеспечивающие сопряженное присоединение с элементами спинки и корыта лопатки. Изобретение позволяет повысить эрозионную стойкость лопатки, а также снизить усилия необходимые для формования элементов корыта и спинки лопаток. 23 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к способам изготовления лопаток турбомашин, может применяться в авиационных газотурбинных двигателях и энергетических установках для рабочих и направляющих лопаток вентиляторов, компрессоров и турбин.

Известен способ изготовления лопатки, включающий приварку к обечайке арматурной стальной проволоки или приклеивание вертикальных стержней с последующей обмазкой адгезирующим и водоотталкивающим составом и заполнения полости, образованных обечайками, пластифицированным пенобетоном (А.С. СССР №985457, МПК F04D 29/38, "Лопатка вентилятора", 1982 г.).

Недостатком данного способа является невозможность его применения для высоконагруженных лопаток, применяемых в авиационных и энергетических установках, в связи с существенным превышением эксплуатационной температуры и нагрузок допустимых температур и прочности материалов, используемых для изготовления лопатки.

Известен также способ изготовления лопатки, включающий штамповку пластин заданного профиля и различной длины, их наложение одна на другую, соединение их между собой фигурными перемычками с формированием пакета пластин и заточкой кромок (А.С. СССР №178932 "Рабочая лопатка осевого компрессора" МПК F04D 29/38, 1966 г.).

Наиболее близким по техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ изготовления пустотелой лопатки турбомашины, заключающийся в формировании элементов спинки и корыта лопатки путем придания пластинам заданного профиля и размеров, фиксации элементов спинки и корыта, обеспечивающей заданный профиль и размеры лопатки и их последующее неразъемное соединение друг с другом (Патент РФ №2229035, МПК F04D 29/38. Способ изготовления лопатки компрессора, 2004 г.). Применяемый для изготовления лопаток метод диффузионной сварки в вакууме позволяет получать качественные соединения. С применением этого вида сварки изготавливают, например, рабочие колеса турбокомпрессоров из хромоникелевой стали диаметром 460 мм. Кроме того, диффузионная сварка позволяет сваривать однородные и разнородные сплавы и металлокерамические материалы. Преимуществом диффузионной сварки является и возможность сваривать тугоплавкие материалы и материалы, которые, как правило, невозможно соединять другими способами. Этот способ позволяет, например, сваривать стали с чугуном, алюминием, вольфрамом, титаном, металлокерамикой, молибденом; медь с алюминием и титаном; золото с бронзой; платину с титаном, серебро с нержавеющей сталью; бронзы с различными металлами, керамику с медью, титаном и др.; стекло с металлом и т.д. В связи с высоким качеством этого вида сварки его целесообразно применять при соединении элементов лопаток турбомашин.

Однако недостатком способа-прототипа изготовления лопатки являются недостаточно широкие функциональные возможности получения композиционных полых лопаток турбомашин, позволяющих повысить их эксплуатационные свойства, например, обладающих повышенной эрозионной стойкостью и, кроме того, необходимость использования для изготовления лопаток мощного прессового или штампового оборудования.

В основу настоящего изобретения положена задача расширить арсенал способов получения полых лопаток турбомашин, позволяющих повысить их эксплуатационные свойства, за счет использования многослойных композиционных конструкции, использующих элементы лопатки, изготовленные из материалов с различными эксплуатационными свойствами, при применении менее мощного прессового или штампового оборудования для изготовления лопаток турбомашин.

Техническим результатом настоящего изобретения является возможность получения многослойных стенок элементов корыта и спинки лопаток турбомашин, позволяющая повысить эксплуатационные свойства лопаток и одновременно использовать гораздо меньшие усилия для формирования элементов корыта и спинки лопатки, а также повысить эрозионную стойкость лопаток за счет использования комбинации эрозионно-стойких и конструкционных материалов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления пустотелой лопатки турбомашины, заключающемся в формировании элементов спинки и корыта лопатки путем придания пластинам заданного профиля и размеров, фиксации элементов спинки и корыта, обеспечивающей заданный профиль и размеры лопатки и их последующее неразъемное соединение друг с другом, в отличие от прототипа, элементы спинки и корыта лопатки формируют из набора пластин, расположенных эквидистантно профилю формируемого элемента, причем после придания пластинам заданного профиля и размеров, их фиксируют и соединяют между собой неразъемным соединением, а элементы спинки и корыта лопатки соединяют между собой через дополнительные металлические элементы, образующие входную и выходную кромки лопатки, соответствующие профилю и размерам входной и выходной кромок лопатки и имеющим углубления, обеспечивающие сопряженное присоединение с элементами спинки и корыта лопатки.

Поставленная задача достигается также тем, что в способе изготовления пустотелой лопатки турбомашины, дополнительные металлические элементы, соответствующие профилю и размерам входной и выходной кромок лопатки, выполняют из эрозионно-стойкого материала, а толщину крайних первой и последней пластины элементов спинки и корыта лопатки берут равной от 5% до 30% от общей толщины набора пластин элемента, причем набор пластин выполняют общей толщиной от 4 мм до 30 мм, при количестве пластин от 3 до 100.

Поставленная задача достигается также тем, что в способе изготовления пустотелой лопатки турбомашины в качестве эрозионно-стойкого материала используют стеллит, а в качестве материала пластин элементов спинки и корыта лопатки используются титановые сплавы и/или легированные стали, а соединение набора пластин между собой неразъемным соединением проводят или диффузионной сваркой в вакууме или диффузионной сваркой в защитной среде или сваркой твердофазным перемешиванием или пайкой высокопрочным припоем.

Поставленная задача достигается также тем, что в способе изготовления пустотелой лопатки турбомашины элементы спинки и корыта лопатки вырезают из прокатанного листа металла толщиной от 0,3 мм до 10 мм, в зависимости от толщины элемента спинки и корыта лопатки, в качестве материала пластин элементов спинки и корыта лопатки используются титановые сплавы и/или легированные стали, при этом элементы спинки и корыта лопатки выполняют из пластин различной толщины и длины, измеренной в направлении от входной до выходной кромки, обеспечивающий заданное изменение толщин элемента спинки и корыта.

Поставленная задача достигается также тем, что в способе изготовления пустотелой лопатки турбомашины первая и последняя пластины набора пластин элемента спинки или корыта лопатки выполняют из титановых сплавов, а внутренние пластины набора пластин элемента спинки или корыта лопатки выполняют из легированных сталей, элементы спинки и корыта лопатки вырезают из прокатанного листа металла, а придание пластинам заданного профиля и размеров осуществляют индивидуальной штамповкой каждой пластины, при этом в дополнительных металлических элементах, а также в элементах спинки выполняют сквозные отверстия, а продольную длину лопатки выполняют размерами от 760 мм до 1200 мм.

Поставленная задача достигается также тем, что в способе изготовления пустотелой лопатки турбомашины фиксацию элементов спинки и корыта лопатки, а также элементов входной и выходной кромок осуществляют, помещая их в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, укладывают без зазоров соответствующие элементы лопатки и производят диффузионную сварку в вакууме или защитной среде, при этом диффузионную сварку в вакууме или защитной среде проводят при температуре в пределах 800-900°С и давлении 0,5-10 МПа или укладывают соответствующие элементы лопатки с обеспечением сварочных зазоров и производят дуговую сварку в защитной среде, а в качестве дуговой сварки в защитной среде используют аргоно-дуговую сварку или укладывают соответствующие элементы лопатки с обеспечением сварочных зазоров и производят электронно-лучевую сварку или укладывают без зазоров соответствующие элементы лопатки и производят сварку твердофазным перемешиванием или фиксацию элементов спинки и корыта лопатки, а также элементов входной и выходной кромок осуществляют, помещая их в устройство, обеспечивающее возможность их взаимного перемещения без образования зазора, и производят сварку трением в вакууме или нейтральной среде или фиксацию элементов спинки и корыта лопатки, а также элементов входной и выходной кромок осуществляют, помещая их в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, укладывают без зазоров соответствующие элементы лопатки и производят пайкой высокопрочным припоем.

Поставленная задача достигается также тем, что в способе изготовления пустотелой лопатки турбомашины, после соединения между собой неразъемным соединением набора пластин элементов спинки и корыта лопатки, осуществляют оплавление их торцов с образованием на торцах сплошного монолитного материала с последующей размерной обработкой торцов.

Поставленная задача достигается также тем, что в способе изготовления пустотелой лопатки турбомашины, после соединения между собой неразъемным соединением набора пластин элементов спинки и корыта лопатки, осуществляют контроль качества соединения пластин, а в качестве метода контроля качества соединения пластин используют ультразвуковой метод контроля.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана состоящая из набора пластин спинка, на фиг.2 - корыто лопатки в поперечном сечении, на фиг.3 - готовая лопатка турбомашины. Фигуры содержат: 1 - спинка лопатки; 2 - верхняя пластина спинки; 3 - нижняя пластина спинки; 4 - внутренние пластины; 5 - внутренние укороченные пластины; 6 - слои припоя нанесенные на поверхность пластин; 7 - корыто лопатки; 8 - верхняя пластина корыта; 9 - нижняя пластина корыта; 10 - элемент входной кромки лопатки (входная кромка лопатки); 11 - элемент выходной кромки лопатки (выходная кромки лопатки); 12 - полость лопатки; 13 - готовая лопатка.

Предложенный способ изготовления лопатки турбомашины осуществляется следующим образом. На первом этапе формируют элементы спинки 1 и корыта 7 лопатки 13 путем придания пластинам 2, 3, 4, 5, 8, 9 заданного профиля и размеров. Для этого из прокатанного листового металла толщинами от 0,3 мм до 10 мм (в зависимости от толщины элемента спинки 1 и корыта 7 лопатки 13), вырезают пластины спинки 1 и корыта 7 лопатки 13 (пластины: 2, 3, 4, 5, 8, 9). В качестве материала пластин используются титановые сплавы и/или легированные стали. Затем пластины 2, 3, 4, 5, 8, 9 либо штампуют согласно заданной конфигурации пера лопатки 13 и, в случае их соединения пайкой высокопрочным припоем, наносят слой припоя 6 на соединяемые поверхности пластин 2, 3, 4, 5, 8, 9, либо без штамповки наносят на указанные пластины слои припоя 6. После этого, либо в предварительно отштампованные, согласно конфигурации спинки 1 или корыта 7, либо в плоском состоянии, пластины 2, 3, 4, 5 (составляющие спинку лопатки) или пластины 4, 5, 8, 9 (составляющие ее корыто), помещают, в соответствующий спинке 1 или корыту 7 штамп, повторяющий профиль и размеры спинки 1 или корыта 7 лопатки 13. Далее в каждом штампе осуществляют, соответственно, фиксацию, либо пластин 2, 3, 4, 5 спинки 1 либо пластин 4, 5, 8, 9 корыта 7. Зафиксированные наборы пластин (пластины 2, 3, 4, 5 или пластины 4, 5, 8, 9) соединяют между собой, производя пайку высокопрочным припоем 6 в защитной среде или вакууме, и получают готовые элементы спинки 1 и корыта 7 лопатки. При этом элементы спинки 1 и корыта 7 лопатки 13 формируют из набора пластин, расположенных эквидистантно профилю формируемого элемента. Соединение набора пластин (пластины 2, 3, 4, 5 или пластины 4, 5, 8, 9) между собой неразъемным соединением можно производить также или диффузионной сваркой в вакууме, или диффузионной сваркой в защитной среде, или спеканием твердофазным перемешиванием.

Диффузионная сварка в вакууме осуществляется за счет диффузионных процессов между свариваемыми материалами при их плотном соприкосновении. В вакуумную камеру установки для диффузионной сварки подготовленные пластины (в плоском или соответствующим конфигурации спинки или корыта лопатки), собранные и зафиксированные в соответствующие наборы пакеты, помещают между подставками и жаропрочными пуансонами, которые сжимают пластины давлением, создаваемым, например, в гидравлических цилиндрах масляным насосом. В камере установки создается вакуум порядка от 10"3 до 10"5 мм рт.ст.В условиях вакуума между чистыми от загрязнений и кислорода поверхностями пластин, находящимися в плотном контакте друг с другом, легко могут протекать процессы взаимной диффузии. Поэтому при нагреве пластин, осуществляемом индуктором, питаемым током высокой частоты от генератора, происходит сварка пластин. Величина удельного давления при сварке, в зависимости от рода материала пластин, состояния их поверхностного слоя и величины, используемой для сварки энергии, должна составлять от 0,25 кГ/мм2 до 14 кГ/мм2. Перед сваркой поверхностям соединяемых пластин должна быть обеспечена высокая степень чистоты (отсутствие на поверхности окислов, загрязнений и влаги).

Процессы твердофазового спекания, также основаны на диффузионном механизме переноса вещества. При этом диффузионные процессы между материалами пластин в твердом теле обусловлены наличием дефектов кристаллической решетки. Атом или ион, перескакивающий благодаря тепловому движению с узла решетки на соседнюю вакантную позицию, освобождает тем самым новую вакансию, что создает возможность продолжения процесса.

Элементы спинки и корыта лопатки могут быть изготовлены путем вырезания их из прокатанного листа металла толщиной от 0,3 мм до 10 мм (толщина листа берется в зависимости от толщины элемента спинки и корыта лопатки, и размеров лопатки), в качестве материала пластин элементов спинки и корыта лопатки могут использоваться титановые сплавы и/или легированные стали. При формировании композиционных элементов лопатки (спинки и корыта) толщину крайних первой (2 или 8) и последней (3 или 10) пластины элементов спинки 1 и корыта 7 лопатки 13 берут равной от 5% до 30% от общей толщины набора пластин элемента, причем набор пластин выполняют общей толщиной от 4 мм до 30 мм, при количестве пластин от 3 до 100. Элементы спинки и корыта лопатки могут выполняться также из пластин различной толщины и длины, измеренной в направлении от входной до выходной кромки, обеспечивающий заданное изменение толщин элемента спинки и корыта, а в качестве материала пластин элементов спинки и корыта лопатки использоваться титановые сплавы и/или легированные стали. Придание пластинам заданного профиля и размеров может осуществляться либо индивидуальной штамповкой каждой пластины, либо помещением в штамп при создании неразъемного соединения между пластинами. Как вариант изготовления лопатки, первая (2 или 8) и последняя (3 или 9) пластины набора пластин элемента спинки 1 или корыта 7 лопатки 13 может быть выполнена из титановых сплавов, а внутренние пластины 4 и 5 набора пластин элемента спинки 1 или корыта 7 лопатки 13 - из легированных сталей. При этом при изготовлении лопаток паровых турбин продольную длину лопатки 13 выполняют размерами от 760 мм до 1200 мм. Для лучшего соединения элементов (1, 7, 10, 11) лопатки 13, после соединения между собой неразъемным соединением набора пластин элементов спинки 1 и корыта 7 лопатки 13, осуществляют оплавление их торцов с образованием на торцах сплошного монолитного материала с последующей размерной обработкой торцов. После соединения между собой неразъемным соединением набора пластин элементов спинки 1 и корыта 7 лопатки 13 осуществляют контроль качества соединения пластин между собой, для чего в качестве метода контроля качества соединения пластин (2, 3, 4, 5 или 8, 9, 4, 5), используют ультразвуковой метод контроля.

На втором этапе производится окончательная сборка лопатки 13 (фиг.3). Для этого после формирования элементов спинки 1 и корыта 7 лопатки 13 изготавливают элементы входной 10 и выходной 11 кромок лопатки 13. Элементы 10 и 11 целесообразно изготавливать из эрозионно-стойких материалов, например, для эксплуатации лопаток турбомашин в условиях капельно-ударной эрозии, в качестве эрозионно-стойкого материала можно использовать стеллит. Кроме того, в дополнительных металлических элементах, а также в элементах спинки могут быть выполнены сквозные отверстия (например, для отвода конденсата на лопатках паровых турбин). При этом элементы спинки 1 и корыта 7 лопатки 13 соединяют между собой через дополнительные металлические элементы 10 и 11, образующие входную и выходную кромки лопатки 13, соответствующие профилю и размерам входной и выходной кромок лопатки и имеющим углубления, обеспечивающие сопряженное присоединение с элементами спинки 1 и корыта 7 лопатки 13. Далее производят фиксацию элементов спинки 1 и корыта 7, а также входной 10 и выходной 11 кромок лопатки 13, обеспечивающую заданный профиль и размеры лопатки 13. Затем одним из нижеперечисленных методов осуществляют их неразъемное соединение друг с другом, в вышеуказанном фиксированном положении и после формирования неразъемного соединения между элементами 1, 7, 10, 11 (по схеме: «-10-1-11-7-10-») лопатки 13 получают готовую лопатку 13.

Кроме того, для изготовления лопаток турбомашин могут использоваться следующие варианты способа.

1) Фиксацию элементов спинки 1 и корыта 7 лопатки 13, а также элементов входной 10 и выходной 11 кромок осуществляют, помещая их в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки 13, укладывают без зазоров соответствующие элементы лопатки (1, 7, 10, 11) и производят диффузионную сварку в вакууме или защитной среде (диффузионную сварку в вакууме или защитной среде проводят при температуре в пределах 800-900°С и давлении 0,5-10 МПа).

2) Фиксацию элементов спинки 1 и корыта 7 лопатки 13, а также элементов входной 10 и выходной 11 кромок, осуществляют, помещая их в фиксирующее устройство, обеспечивающее заданный профиль и размеры лопатки 13, укладывают соответствующие элементы лопатки (1, 7, 10, 11) с обеспечением сварочных зазоров и производят дуговую сварку в защитной среде или электронно-лучевую сварку.

3) Фиксацию элементов спинки 1 и корыта 7 лопатки 13, а также элементов входной 10 и выходной 11 кромок, осуществляют, помещая их в устройство, обеспечивающее возможность их взаимного перемещения без образования зазора и производят сварку трением в вакууме или нейтральной среде.

4) Фиксацию элементов спинки 1 и корыта 7 лопатки 13, а также элементов входной 10 и выходной 11 кромок, осуществляют, помещая их в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, укладывают без зазоров соответствующие элементы лопатки и производят пайкой высокопрочным припоем.

С целью оценки свойств пустотелых лопаток изготовленных по предлагаемому методу были проведены следующие исследования.

Согласно предлагаемого способа, были изготовлены пустотелые лопатки турбомашин из следующих материалов: в качестве материала пластин элементов спинки и корыта лопатки титановые сплавы ВТ6, ВТ8, ВТ18У, ВТ3-1, ВТ22 и легированные стали 20Х13, 15Х11МФ, ЭИ961 и Х18Н10Т. Соединение набора пластин между собой неразъемным соединением проводили диффузионной сваркой в вакууме, диффузионной сваркой в защитной среде, спеканием твердофазным перемешиванием и пайкой высокопрочным припоем. Толщина крайних первой и последней пластины элементов спинки и корыта лопатки брали равной от 5% до 30% (3% - (неудовлетворительный результат (Н.Р.)); 5%; 10%; 30%; 34% - (Н.Р.)) от общей толщины набора пластин элемента (2,5 мм; 4 мм; 12 мм; 30 мм; 34 мм - (Н.Р.)), набор пластин выполняли количеством пластин от 3 до 100 (2 - (Н.Р.); 3; 16; 60; 100; 110 - (Н.Р.)). Формировании элементов спинки и корыта лопатки осуществляли путем придания пластинам заданного профиля и размеров, как предварительной штамповкой (пластины элементов спинки и корыта лопатки вырезали из прокатанного листа металла, а придание пластинам заданного профиля и размеров осуществляют индивидуальной штамповкой каждой пластины) так и при фиксации в штампе набора пластин при осуществлении их неразъемного соединения. Дополнительные металлические элементы, соответствующие профилю и размерам входной и выходной кромок лопатки выполняли из эрозионно-стойкого материала, в качестве которого использовали стеллит. Элементы спинки и корыта лопатки формировали из набора пластин, расположенных эквидистантно профилю формируемого элемента. После придания пластинам заданного профиля и размеров, их фиксировали и соединяли между собой неразъемным соединением. Элементы спинки и корыта лопатки соединяли между собой через дополнительные металлические элементы, образующие входную и выходную кромки лопатки, соответствующие профилю и размерам входной и выходной кромок лопатки и имеющим углубления, обеспечивающие сопряженное присоединение с элементами спинки и корыта лопатки. Пластины спинки и корыта лопатки вырезали из прокатанного листа металла толщиной от 0,3 мм до 10 мм (0,15 мм - (Н.Р.); 0,3 мм; 4 мм; 8 мм; 10 мм; 12 мм; - (Н.Р.)). Элементы спинки и корыта лопатки выполняли из пластин различной толщины и длины, измеренной в направлении от входной до выходной кромки, обеспечивающей заданное изменение толщин элемента спинки и корыта. Как вариант изготовления лопатки, первую и последнюю пластины набора пластин элемента спинки и корыта лопатки выполняли из титановых сплавов ВТ6, ВТ8, ВТ18У, ВТ3-1, ВТ22, а внутренние пластины набора пластин элемента спинки или корыта лопатки выполняли из легированных сталей 20Х13, 15Х11МФ, ЭИ961 и Х18Н10Т. В дополнительных металлических элементах, а также в элементах спинки выполняли сквозные отверстия. Продольную длину лопатки выполняли размерами от 760 мм до 1200 мм. Как вариант изготовления лопатки, после соединения между собой неразъемным соединением набора пластин элементов спинки и корыта лопатки (кроме случая пайки), осуществляли оплавление их торцов с образованием на торцах сплошного монолитного материала с последующей размерной обработкой торцов под углубления элементов входной или выходной кромок, для обеспечения сопряженного присоединения элементов входной или выходной кромок с элементами спинки и корыта лопатки.

Фиксацию элементов спинки и корыта лопатки, а также элементов входной и выходной кромок осуществляли, помещая их в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, укладывая без зазоров соответствующие элементы лопатки и производили диффузионную сварку в вакууме, а также в защитной среде. Диффузионную сварку как в вакууме, так и в защитной среде проводили при температуре в пределах 800-900°С и давлении 0,5-10 МПа. Как варианты изготовления лопатки: укладывали соответствующие элементы лопатки с обеспечением сварочных зазоров и производили аргоно-дуговую сварку в защитной среде; укладывали соответствующие элементы лопатки с обеспечением сварочных зазоров и производили электронно-лучевую сварку; укладывали без зазоров соответствующие элементы лопатки и производили сварку твердофазным перемешиванием; фиксировали элементы спинки и корыта лопатки, а также элементы входной и выходной кромок, помещая их в устройство, которое обеспечивало возможность их взаимного перемещения без образования зазора и производили сварку трением как в вакууме, так и в нейтральной среде; производили фиксацию элементов спинки и корыта лопатки, а также элементов входной и выходной кромок помещая их в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, укладывали без зазоров соответствующие элементы лопатки и производили пайку высокопрочным припоем (состав является ноу-хау). После соединения между собой неразъемным соединением набора пластин элементов спинки и корыта лопатки, осуществляли контроль качества соединения пластин, а в качестве метода контроля качества соединения пластин использовали ультразвуковой метод контроля (появление пиков сигналов от ультрозвукового воздействия, превышающих значения пиков, полученных с эталона, указывал на некачественное соединение пластин).

Из перечисленных материалов (из титановых сплавов ВТ6, ВТ8, ВТ18У, ВТ3-1, ВТ22 и из легированных сталей 20Х13, 15Х11МФ, ЭИ961 и Х18Н10Т) были изготовлены образцы-лопатки толщинами корыта и спинки, соответствующими толщинам этих же элементов, изготовленных по предлагаемому способу. Сравнительные испытания показали, что для получения элементов спинки и корыта по способу прототипу необходимо усилие, в зависимости от применяемого материала и толщины, в 8 - 20 раз большее, чем при изготовлении этих же элементов по предлагаемому способу (особенно при индивидуальной штамповке каждой пластины). Кроме того, многослойная конструкция лопатки, изготовленной по предлагаемому способу, показало повышение предела циклической прочности в среднем в 1,3…2,4 раза, а использование стеллитовых элементов входной и выходной кромок лопатки - повышение эрозионной стойкости в условиях капельно-ударной эрозии в 4, 2…6 раз по сравнению с прототипом.

Таким образом, использование в заявляемом способе изготовления пустотелой лопатки турбомашины следующих существенных признаков: формировании элементов спинки и корыта лопатки путем придания пластинам заданного профиля и размеров; фиксации элементов спинки и корыта, обеспечивающей заданный профиль и размеры лопатки и их последующее неразъемное соединение друг с другом; формиррование элементов спинки и корыта лопатки из набора пластин, расположенных эквидистантно профилю формируемого элемента; фиксация и соединение между собой неразъемным соединением пластин, после придания им заданного профиля и размеров; соединение между собой элементов спинки и корыта лопатки через дополнительные металлические элементы, образующие входную и выходную кромки лопатки и соответствующие профилю и размерам входной и выходной кромок лопатки, и имеющим углубления, обеспечивающие сопряженное присоединение с элементами спинки и корыта лопатки; выполнение из эрозионно-стойкого материала дополнительных металлических элементов, соответствующих профилю и размерам входной и выходной кромок лопатки; использование крайних первой и последней пластины элементов спинки и корыта лопатки толщиной, равной от 5% до 30% от общей толщины набора пластин элемента; выполнение набора пластин общей толщиной от 4 мм до 30 мм при количестве пластин от 3 до 100; использование в качестве эрозионно-стойкого материала стеллита, а в качестве материала пластин элементов спинки и корыта лопатки титановых сплавов и/или легированных сталей; соединение набора пластин между собой неразъемным соединением или диффузионной сваркой в вакууме, или диффузионной сваркой в защитной среде, или сваркой твердофазным перемешиванием, или пайкой высокопрочным припоем; вырезание из прокатанного листа металла толщиной от 0,3 мм до 10 мм пластин элементов спинки и корыта лопатки, взятых в зависимости от толщины элемента спинки и корыта лопатки; использование в качестве материала пластин элементов спинки и корыта лопатки титановых сплавов и/или легированных сталей; выполнение элементов спинки и корыта лопатки из пластин различной толщины и длины, измеренной в направлении от входной до выходной кромки, обеспечивающих заданное изменение толщин элемента спинки и корыта; выполнение первой и последней пластины набора пластин элемента спинки или корыта лопатки из титановых сплавов, а внутренних пластин набора пластин элемента спинки или корыта лопатки - из легированных сталей; а придание пластинам заданного профиля и размеров путем индивидуальной штамповкой каждой пластины; выполнение сквозных отверстий в дополнительных металлических элементах, а также в элементах спинки; выполнение продольной длины лопатки размерами от 760 мм до 1200 мм; осуществление фиксации элементов спинки и корыта лопатки, а также элементов входной и выходной кромок путем помещения их в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, укладку без зазоров соответствующих элементов лопатки и проведение диффузионной сварки в вакууме или защитной среде; проведение диффузионной сварки в вакууме или защитной среде при температуре в пределах 800-900°С и давлении 0,5-10 МПа; укладка соответствующих элементов лопатки с обеспечением сварочных зазоров и проведение дуговой сварки в защитной среде; использование в качестве дуговой сварки в защитной среде аргоно-дуговой сварки; укладка соответствующих элементов лопатки с обеспечением сварочных зазоров и проведение электронно-лучевой сварки; укладка соответствующих элементов лопатки без зазоров и проведение сварки твердофазным перемешиванием; осуществление фиксации элементов спинки и корыта лопатки, а также элементов входной и выходной кромок путем помещения их в устройство, обеспечивающее возможность их взаимного перемещения без образования зазора и проведение сварки трением в вакууме или нейтральной среде; осуществление фиксации элементов спинки и корыта лопатки, а также элементов входной и выходной кромок путем помещения их в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, укладка без зазоров соответствующих элементов лопатки и проведение пайки высокопрочным припоем; осуществление, после соединения между собой неразъемным соединением, набора пластин элементов спинки и корыта лопатки, оплавления их торцов с образованием на торцах сплошного монолитного материала с последующей размерной обработкой торцов; осуществление контроля качества соединения пластин после их соединения между собой неразъемным соединением; использование в качестве метода контроля качества соединения пластин ультразвукового метода контроля позволяет достичь технического результата настоящего изобретения, которым является возможность получения многослойных стенок элементов корыта и спинки лопаток турбомашин, позволяющая повысить эксплуатационные свойства лопаток и одновременно использовать гораздо меньшие усилия для формирования элементов корыта и спинки лопатки, а также повысить эрозионную стойкость лопаток за счет использования комбинации эрозионно-стойких и конструкционных материалов.

1. Способ изготовления пустотелой лопатки турбомашины, заключающийся в формировании элементов спинки и корыта лопатки путем придания пластинам заданного профиля и размеров, фиксации элементов спинки и корыта, обеспечивающей заданный профиль и размеры лопатки и их последующее неразъемное соединение друг с другом, отличающийся тем, что элементы спинки и корыта лопатки формируют из набора пластин, расположенных эквидистантно профилю формируемого элемента, причем после придания пластинам заданного профиля и размеров их фиксируют и соединяют между собой неразъемным соединением, а элементы спинки и корыта лопатки соединяют между собой через дополнительные металлические элементы, образующие входную и выходную кромки лопатки, соответствующие профилю и размерам входной и выходной кромок лопатки и имеющие углубления, обеспечивающие сопряженное присоединение с элементами спинки и корыта лопатки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительные металлические элементы, соответствующие профилю и размерам входной и выходной кромок лопатки выполняют из эрозионно стойкого материала, а толщину крайних первой и последней пластины элементов спинки и корыта лопатки берут равной от 5% до 30% от общей толщины набора пластин элемента, причем набор пластин выполняют общей толщиной от 4 мм до 30 мм, при количестве пластин от 3 до 100.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве эрозионно стойкого материала используют стеллит, а в качестве материала пластин элементов спинки и корыта лопатки используются титановые сплавы и/или легированные стали, а соединение набора пластин между собой неразъемным соединением проводят или диффузионной сваркой в вакууме или диффузионной сваркой в защитной среде или спеканием твердофазным перемешиванием или пайкой высокопрочным припоем.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пластины спинки и корыта лопатки вырезают из прокатанного листа металла толщиной от 0,3 мм до 10 мм, в зависимости от толщины элемента спинки и корыта лопатки, в качестве материала пластин элементов спинки и корыта лопатки используются титановые сплавы и/или легированные стали.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что элементы спинки и корыта лопатки выполняют из пластин различной толщины и длины, измеренной в направлении от входной до выходной кромки, обеспечивающих заданное изменение толщин элемента спинки и корыта, а в качестве материала пластин элементов спинки и корыта лопатки используются титановые сплавы и/или легированные стали.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что элементы спинки и корыта лопатки выполняют из пластин различной толщины и длины, измеренной в направлении от входной до выходной кромки, обеспечивающих заданное изменение толщин элемента спинки и корыта, а в качестве материала пластин элементов спинки и корыта лопатки используются титановые сплавы и/или легированные стали.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала пластин элементов спинки и корыта лопатки используются титановые сплавы и/или легированные стали, а элементы спинки и корыта лопатки вырезают из прокатанного листа металла.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала пластин элементов спинки и корыта лопатки используются титановые сплавы и/или легированные стали, а элементы спинки и корыта лопатки вырезают из прокатанного листа металла, а придание пластинам заданного профиля и размеров осуществляют индивидуальной штамповкой каждой пластины.

9. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве материала пластин элементов спинки и корыта лопатки используются титановые сплавы и/или легированные стали, а элементы спинки и корыта лопатки вырезают из прокатанного листа металла, а придание пластинам заданного профиля и размеров осуществляют индивидуальной штамповкой каждой пластины.

10. Способ по п.2, отличающийся тем, что первая и последняя пластины набора пластин элемента спинки или корыта лопатки выполняют из титановых сплавов, а внутренние пластины набора пластин элемента спинки или корыта лопатки выполняют из легированных сталей.

11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что в дополнительных металлических элементах, а также в элементах спинки выполняют сквозные отверстия, а продольную длину лопатки выполняют размерами от 760 мм до 1200 мм.

12. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что фиксацию элементов спинки и корыта лопатки, а также элементов входной и выходной кромок осуществляют, помещая их в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, укладывают без зазоров соответствующие элементы лопатки и производят диффузионную сварку в вакууме или защитной среде.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что фиксацию элементов спинки и корыта лопатки, а также элементов входной и выходной кромок осуществляют, помещая их в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, укладывают без зазоров соответствующие элементы лопатки и производят диффузионную сварку в вакууме или защитной среде.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что диффузионную сварку в вакууме или защитной среде проводят при температуре в пределах 800-900°С и давлении 0,5-10 МПа.

15. Способ по п.13, отличающийся тем, что диффузионную сварку в вакууме или защитной среде проводят при температуре в пределах 800-900°С и давлении 0,5-10 МПа.

16. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что фиксацию элементов спинки и корыта лопатки, а также элементов входной и выходной кромок осуществляют, помещая их в фиксирующее устройство, обеспечивающее заданный профиль и размеры лопатки, укладывают соответствующие элементы лопатки с обеспечением сварочных зазоров и производят дуговую сварку в защитной среде.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что в качестве дуговой сварки в защитной среде используют аргоно-дуговую сварку.

18. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что фиксацию элементов спинки и корыта лопатки, а также элементов входной и выходной кромок осуществляют, помещая их в фиксирующее устройство, обеспечивающее заданный профиль и размеры лопатки, укладывают соответствующие элементы лопатки с обеспечением сварочных зазоров и производят электронно-лучевую сварку.

19. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что фиксацию элементов спинки и корыта лопатки, а также элементов входной и выходной кромок осуществляют, помещая их в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, укладывают без зазоров соответствующие элементы лопатки и производят спекание твердофазным перемешиванием.

20. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что фиксацию элементов спинки и корыта лопатки, а также элементов входной и выходной кромок осуществляют, помещая их в устройство, обеспечивающее возможность их взаимного перемещения без образования зазора и производят сварку трением в вакууме или нейтральной среде.

21. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что фиксацию элементов спинки и корыта лопатки, а также элементов входной и выходной кромок осуществляют, помещая их в штамп, повторяющий профиль и размеры лопатки, укладывают без зазоров соответствующие элементы лопатки и производят пайку высокопрочным припоем.

22. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что после соединения между собой неразъемным соединением набора пластин элементов спинки и корыта лопатки осуществляют оплавление их торцов с образованием на торцах сплошного монолитного материала с последующей размерной обработкой торцов.

23. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что после соединения между собой неразъемным соединением набора пластин элементов спинки и корыта лопатки осуществляют контроль качества соединения пластин.

24. Способ по п.23, отличающийся тем, что в качестве метода контроля качества соединения пластин используют ультразвуковой метод контроля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к пустотелым лопаткам газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к области осевых вентиляторов или осевых нагнетателей воздуха и может быть использовано, например, в дорожных тоннелях для обеспечения прочности и надежности крыльчатки вентилятора в режиме эксплуатации.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции лопастей вентилятора градирни, и может быть использовано, например, в промышленной теплоэнергетике, в частности на химических, нефтехимических и других предприятиях, где требуется охлаждение оборотной воды.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции лопастей вентилятора градирни, и может быть использовано, например, в промышленной теплоэнергетике, в частности на химических, нефтехимических и других предприятиях, где требуется охлаждение оборотной воды.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции лопастей вентилятора градирни, и может быть использовано, например, в промышленной теплоэнергетике, в частности на химических, нефтехимических и других предприятиях, где требуется охлаждение оборотной воды.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции лопастей вентилятора градирни, и может быть использовано, например, в промышленной теплоэнергетике, в частности на химических, нефтехимических и других предприятиях, где требуется охлаждение оборотной воды.

Изобретение относится к способу нанесения теплобарьерного покрытия на основе диоксида циркония на монокристаллический жаропрочный сплав на основе никеля, имеющего следующий состав, мас.%: 3,5-7,5 Сr, 0-1,5 Мо, 1,5-5,5 Re, 2,5-5,5 Ru, 3,5-8,5 W, 5-6,5 Al, 0-2,5 Ti, 4,5-9 Та, 0,08-0,12 Hf, 0,08-0,12 Si, остальное до 100% составляют Ni и неизбежные примеси.

Изобретение относится к лопатке газотурбинного двигателя, и в частности к лопатке, находящейся в потоке горячих газов, требующих использования специальных средств, несмотря на температурные условия и часто высокое давление.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, турбостроения и может найти применение в охлаждаемых лопатках высокотемпературных газовых турбин. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к пустотелым лопаткам газотурбинных двигателей. .

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

Наверх