Способ позиционирования лопаток при изготовлении интегрального моноколеса турбины газотурбинного двигателя



Способ позиционирования лопаток при изготовлении интегрального моноколеса турбины газотурбинного двигателя
Способ позиционирования лопаток при изготовлении интегрального моноколеса турбины газотурбинного двигателя
Способ позиционирования лопаток при изготовлении интегрального моноколеса турбины газотурбинного двигателя
Способ позиционирования лопаток при изготовлении интегрального моноколеса турбины газотурбинного двигателя
Способ позиционирования лопаток при изготовлении интегрального моноколеса турбины газотурбинного двигателя
Способ позиционирования лопаток при изготовлении интегрального моноколеса турбины газотурбинного двигателя
Способ позиционирования лопаток при изготовлении интегрального моноколеса турбины газотурбинного двигателя

 


Владельцы патента RU 2595331:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" (RU)

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для позиционирования лопаток при изготовлении интегрального моноколеса турбины газотурбинного двигателя. При позиционировании лопаток ножки лопаток устанавливают в соответствующих отверстиях технологического кольца, которое выполняют из низкоуглеродистой стали, причем отверстия выполняют исходя из условия обеспечения гарантированного по периметру отверстий зазора. На внутреннюю поверхность последних и внешнюю поверхность ножек лопаток наносят никелевое покрытие толщиной 6-15 мкм. Положение ножек лопаток фиксируют в отверстиях, размещая в зазорах установочные элементы. Припой наносят по всему периметру каждого из зазоров с внутренней стороны технологического кольца. При этом установочные элементы выполняют из никелевого сплава, температура плавления которого выше температуры плавления припоя. Соединение ножек лопаток с технологическим кольцом осуществляют методом диффузионной пайки в вакуумной печи при температуре гомогенизации материала лопаток, остаточном давлении 5-8×10-5 мм рт. ст. и изотермической выдержке при температуре пайки не менее 3 часов. В дальнейшем технологическую оснастку собирают с дисковой частью в герметичную капсулу для последующего изготовления моноколеса турбины методом горячего изостатического прессования. Изобретение позволяет повысить точность геометрических параметров газового канала моноколеса турбины и герметичность соединений лопаток с технологической оснасткой. 6 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано для позиционирования лопаток при изготовлении интегрального моноколеса турбины газотурбинного двигателя.

Известны способы позиционирования лопаток при изготовлении биметаллических блисков из разнородных материалов, заключающиеся в том, что в полость технологической оснастки, выполненной из низкоуглеродистой стали, устанавливают лопатки и позиционируют их при помощи закладных элементов (патент US №3940268, кл. 75-208, 1976 г., патент US №4097276, кл. B22F 3/00, 1978 г.).

Недостатком известных способов является ограниченная номенклатура изготовляемых колес с лопатками, так как они не позволяют получать моноколеса с охлаждаемыми лопатками.

Наиболее близкими по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является известный способ позиционирования охлаждаемых лопаток при изготовлении интегрального моноколеса турбины газотурбинного двигателя (патент РФ №2478796, кл. F01D 5/30, 2012 г). В соответствии с известным способом позиционирования ножки лопаток устанавливают в соответствующих отверстиях стального технологического кольца и закрепляют методом пайки. В дальнейшем технологическое кольцо с лопатками устанавливают на внешней поверхности дисковой части, герметично капсулируют зону соединения последней с ножками лопаток и осуществляют изготовление моноколеса турбины методом горячего изостатического прессования (ГИП). При этом необходимым условием осуществления процесса является обеспечение герметичности соединения ножек лопаток с технологическим кольцом в процессе позиционирования.

Недостатком известного технического решения является неудовлетворительная точность позиционирования лопаток в процессе их обработки при высокой температуре и давлении, что приводит в том числе к недостаточному уровню герметизации соединений ножек лопаток с кольцом, преимущественно радиусных участков отверстий, и низкому качеству моноколеса турбины в целом.

В основу предлагаемого технического решения положена задача повышения качества при изготовлении моноколеса турбины ГТД с различными конструкциями лопаток.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого технического решения, заключается в обеспечении заданной точности геометрических параметров газового канала проточной части моноколеса турбины и герметичности соединений лопаток с технологической оснасткой в процессе их позиционирования и последующей обработке при высокой температуре и давлении.

Заявленный технический результат достигается тем, что при способе позиционирования лопаток при изготовлении интегрального моноколеса турбины ГТД ножки лопаток устанавливают в соответствующих отверстиях стального технологического кольца и закрепляют методом пайки. Согласно изобретению технологическое кольцо выполняют из низкоуглеродистой стали, а отверстия для размещения ножек лопаток выполняют из условия обеспечения гарантированного по периметру отверстия зазора между внутренней поверхностью отверстий и соответствующими ножками лопаток. Предварительно на внутреннюю поверхность отверстий кольца и наружную поверхность ножек наносят никелевое покрытие, толщину которого выбирают, равным 6…15 мкм., фиксируют положение ножек в отверстиях, размещая в зазорах установочные элементы и наносят припой по периметру каждого зазора с внутренней стороны технологического кольца. При этом установочные элементы выполняют из никелевого сплава, температура плавления которого примерно выше температуры плавления припоя, а соединение ножек лопаток с технологическим кольцом осуществляют методом диффузионной пайки в вакуумной печи при температуре гомогенизации материала лопаток, остаточном давлении 5-8×10-5 мм рт. ст. и изотермической выдержке при температуре пайки не менее 3 часов.

Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленной задачи с достижением заявленного технического результата, так как:

- выполнение технологического кольца из низкоуглеродистой стали за счет высокой пластичности последней обеспечивает необходимую величину перемещения лопаток в процессе изготовления интегрального моноколеса турбины методом горячего изостатического прессования;

- выполнение отверстий для размещения ножек лопаток исходя из условия обеспечения гарантированного по периметру зазора между внутренней поверхностью отверстий и соответствующими ножками лопаток и фиксация положения ножек в отверстиях путем размещения в зазорах установочных элементов позволяет заполнить зазоры равномерным слоем припоя таким образом, чтобы последний не выходил на внешнюю радиальную поверхность кольца, что обеспечивает необходимый уровень герметичности паяного соединения, в том числе криволинейных (радиусных) участков отверстий;

- предварительное нанесение на внутреннюю поверхность отверстий и наружную поверхность ножек никелевого покрытия толщиной 6-15 мкм обеспечивает смачивание указанных поверхностей припоем. Толщина слоя менее 6 мкм не обеспечивает смачивания, а при толщине слоя более 15 мкм может происходить образование пор в соединении и отслаивание припоя;

- выполнение установочных элементов из никелевого сплава, температура плавления которого выше температуры плавления припоя, исключает необходимость извлечения установочных элементов перед процессом пайки;

- соединение ножек с кольцом диффузионной пайкой в вакуумной печи при температуре гомогенизации материала лопаток, остаточном давлении 5-8×10-5 мм рт. ст. и изотермической выдержке не менее 3 часов позволяют совместить процесс пайки и термообработки оснастки, что снижает остаточные напряжения в материале технологического кольца, исключить возможность образования пористости и обеспечить однородность паяного соединения.

Настоящее изобретение поясняется следующим описанием со ссылкой на иллюстрации, представленные на фиг. 1…фиг. 6, где:

на фиг. 1 изображена схема осуществления предлагаемого способа;

на фиг. 2 изображена схема позиционирования лопатки;

на фиг. 3 изображен вид A на фиг. 2;

на фиг. 4 изображено технологическое кольцо;

на фиг. 5 изображены лопатки моноколеса турбины, позиционированные в технологическом кольце;

на фиг. 6 изображено моноколесо турбины с лопатками.

Способ позиционирования лопаток при изготовлении моноколеса турбины ГТД осуществляется следующим образом.

Ножки 1 лопаток 2 устанавливают в соответствующих отверстиях 3 стального технологического кольца 4, выполненного из низкоуглеродистой стали. При этом отверстия 3 выполняют из условия обеспечения гарантированного по периметру отверстий зазора 5 между внутренней поверхностью отверстий 3 и соответствующими ножками 1 лопаток 2. На внутреннюю поверхность отверстий 3 кольца 4 и наружную поверхность ножек 1 наносят никелевое покрытие, толщину которого выбирают равной 6…15 мкм. Фиксируют положение ножек 1 в отверстиях 3 при помощи размещаемых в зазорах 5 установочных элементов и наносят припой по периметру каждого зазора 5 с внутренней стороны технологического кольца 4. При этом установочные элементы выполняют из никелевого сплава, температура плавления которого выше температуры плавления припоя. Соединение ножек 1 лопаток 2 с технологическим кольцом 4 осуществляют методом диффузионной пайки в вакуумной печи при температуре гомогенизации материала лопаток 2, остаточном давлении 5-8×10-5 мм рт. ст. и изотермической выдержке при температуре пайки не менее 3 часов.

Пример. Лопатки из жаропрочного монокристаллического сплава ЖС32 позиционировались в технологическом кольце, выполненном из стали 20. Фиксация положения ножек в отверстиях технологического кольца и гарантированный зазор обеспечивались при помощи закрепляемых в зазорах контактной сваркой установочных элементов, выполненных в виде полосок фольги из сплава ЭИ 435. В качестве припоя для пайки кольца с лопатками использовался припой ВПр44, выполненный в виде пасты с использованием акриловой смолы, температура ликвидуса которого составляет 1250-1260°C. Припой наносился с внутренней стороны технологического кольца по всему периметру каждого зазора. При этом исключалось попадание припоя на внешнюю поверхность кольца. Пайка совмещалась с процессом термообработки и проводилась при температуре гомогенизации лопаточного сплава (1270-1280°C) в вакуумной печи типа «Эльтерма» при остаточном давлении воздуха в рабочей камере не выше 8×10-5 мм рт. ст. в течение 3 часов. При визуальном осмотре контролировалось образование сплошной галтели по всему периметру паяного соединения для каждой лопатки со стороны наружной поверхности кольца. Осмотр показал, что галтели были светлыми, не окисленными и имели размер 0,5-1,5 мм. Непропаи и трещины в галтелях не наблюдались. Контроль вакуумной плотности паяных соединений проводился гелиевым течеискателем, контроль размеров и допусков до и после пайки - на контрольно-измерительной машине. После процесса пайки проводилась механическая обработка полученного элемента капсульной оснастки путем шлифования технологического кольца с впаянными в него лопатками по внутреннему диаметру. После механической обработки проводился повторный контроль герметичности. Металлографический анализ паяных соединений показал отсутствие дефектов в виде непропаев. По всей длине паяных швов имелось затекание припоя в зазоры. При этом наличие небольшого количества отдельных газовых пор не вызвало нарушения герметичности. Измерение микротвердости (результаты измерений указаны в таблице) показало относительно высокую пластичность паяных швов. Полученные данные свидетельствуют о близости механических свойств паяных соединений и основного материала лопаток.

Предлагаемый способ позволяет обеспечить повышение качества при изготовлении интегрального моноколеса турбины ГТД с различными конструкциями лопаток за счет обеспечения заданной точности геометрических параметров газового канала моноколеса турбины и герметичного соединения последних с технологической оснасткой при последующей обработке при высокой температуре и давлении.

Способ позиционирования лопаток при изготовлении интегрального моноколеса турбины газотурбинного двигателя, по которому ножки лопаток устанавливают в соответствующих отверстиях стального технологического кольца и закрепляют методом пайки, отличающийся тем, что технологическое кольцо выполняют из низкоуглеродистой стали, отверстия для размещения ножек лопаток выполняют из условия обеспечения гарантированного по периметру отверстий зазора между внутренней поверхностью отверстий и соответствующими ножками, предварительно на внутреннюю поверхность отверстий кольца и наружную поверхность ножек наносят никелевое покрытие, толщину которого выбирают равным 6…15 мкм, фиксируют положение ножек в отверстиях, размещая в зазорах установочные элементы и наносят припой по периметру каждого зазора с внутренней стороны технологического кольца, при этом установочные элементы выполняют из никелевого сплава, температура плавления которого выше температуры плавления припоя, а соединение ножек лопаток с технологическим кольцом осуществляют методом диффузионной пайки в вакуумной печи при температуре гомогенизации материала лопаток, остаточном давлении 5-8×10-5 мм рт. ст. и изотермической выдержке при температуре пайки не менее 3 часов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к демпферам для гашения вибраций рабочих лопаток и дисков авиационных газотурбинных двигателей, а именно устройствам демпфирования колебаний рабочих колес типа блиск (моноколес).

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при изготовлении интегрального моноколеса турбины из различных металлических сплавов для газотурбинного двигателя.

При изготовлении лопатки турбомашины из композиционного материала, содержащего уплотненную матрицей волокнистую арматуру, выполняют трехмерное ткачество цельной волокнистой заготовки.

Изобретение может быть использовано для термической обработки сварных соединений, полученных линейной сваркой трением, в частности, соединения диска и лопаток блисков.

Изобретение относится к авиационной промышленности, в частности к способу изготовления моноблочного лопаточного диска преимущественно для использования в роторе газотурбинного двигателя.

Изобретение относится к области двигателестроения, точнее к осевым турбинам и компрессорам газотурбинных двигателей, а конкретно к способу изготовления биметаллических блисков с охлаждаемыми лопатками, в том числе высокотемпературных газотурбинных двигателей большого ресурса.

Изобретение относится к области двигателестроения, точнее к осевым турбинам и компрессорам газотурбинных двигателей, а конкретно к способу изготовления интегрального блиска с неохлаждаемыми рабочими лопатками для газотурбинного двигателя и интегральному блиску.

Изобретение относится к изготовлению моноблочного диска, снабженного системой лопаток и предназначенного, в частности, для ротора газотурбинного двигателя. .

Изобретение может быть использовано для получения сварных соединений разнородных электропроводных материалов, например, для соединения выводов электрохимической защиты с металлическими трубопроводами для обеспечения их защиты от коррозии.
Изобретение относится к способам соединения заготовок типа вал-втулка. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к уплотнениям зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению алмазного инструмента методом пропитки. .

Изобретение относится к способам изготовления армированных стальных изделий, в частности армированных колец. .

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам нанесения покрытий из металлических порошков, и может быть использовано как при восстановлении изношенных деталей, так и при изготовлении новых изделий с покрытиями.

Изобретение относится к спеченным электрическим соединениям низкого сопротивления. .

Изобретение относится к производству металлокерамических материалов, в частности к штифтам (пинам) для фиксации изделий при обжиге. .

Изобретение относится к порошковой металлургии и может использоваться для изготовления сложных конструкционных деталей центробежных насосов. .
Изобретение относится к области изготовления теплообменных аппаратов и может быть использовано в энергомашиностроении, химической и газоперерабатывающей промышленности.

Изобретение относится к гибридному компоненту (11), способу изготовления гибридного компонента (11) и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Изготавливают преформу (2) в качестве первой части гибридного компонента (11).
Наверх