Способ получения заготовки лопатки газотурбинного двигателя для линейной сварки трением



Способ получения заготовки лопатки газотурбинного двигателя для линейной сварки трением
Способ получения заготовки лопатки газотурбинного двигателя для линейной сварки трением
Способ получения заготовки лопатки газотурбинного двигателя для линейной сварки трением

 


Владельцы патента RU 2631231:

Научно-производственная ассоциация "Технопарк Авиационных Технологий" (RU)

Изобретение может быть использовано при изготовлении моноколес, применяемых преимущественно в роторах газотурбинных двигателей. Способ включает получение заготовки лопатки газотурбинного двигателя штамповкой с образованием аэродинамического профиля в каждом сечении пера лопатки и образованием хвостовика с их последующей механической обработкой. При штамповке заготовки лопатки хвостовик выполняют в виде выступа с замкнутым вокруг пера лопатки контуром, отстоящим от контура поперечного сечения пера лопатки на 1-5 мм. После механической обработки хвостовика к нему посредством сварки присоединяют сформированные механической обработкой накладки, которые имеют сопрягаемые с выступом поверхности. Размер и форму накладок выбирают с обеспечением необходимого напуска для захвата и удержания лопатки в сварочной машине при линейной сварке трением. Накладки можно присоединять к выступу посредством диффузионной сварки. Изобретение позволяет сократить трудоемкость и материалоемкость изготовления заготовок лопаток, присоединяемых к диску линейной сваркой трением. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к авиационной промышленности и может быть использовано при изготовлении моноколес, применяемых преимущественно в роторах газотурбинных двигателей.

Общеизвестно, что при изготовлении сварного моноколеса, представляющего собой моноблочный лопаточный диск с множеством лопаток, присоединенных к диску радиально, сначала формируют лопатку, имеющую выступ для соединения с диском, затем соединяют выступ лопатки с выступом диска посредством линейной сварки трением. Причем для удержания лопатки в машине при линейной сварке трением также необходим припуск на лопатке, формируемый над выступом для соединения ее с диском при сварке.

Известны традиционные технологии производства лопаток, включающие в себя изготовление штамповкой заготовки лопатки с поэтапной закруткой профиля пера с припусками по перу и замку, с последующим удалением припусков обработкой резанием, электрофизическими и иными методами (Крымов В.В., Елисеев Ю.С., Зудин К.И. Производство лопаток газотурбинных двигателей. М., "Машиностроение / Машиностроение - Полет", 2002 г., стр. 66-100, 101-197).

Известно изготовление заготовки лопатки с припуском в корневой части пера лопатки, который необходим для захвата в сварочной машине (патенты US 5813593, В23К 20/12, опубл. 29.09.1998; US 5188275, В23К 20/12, опубл. 23.02.1993; US 5035411, В23К 20/12, опубл. 30.07.1991). Однако в известных решениях не указаны способы получения такого припуска, соответственно не известны их достоинства и недостатки.

Известен способ изготовления блиска, содержащего множество лопаток, присоединенных к диску радиально, в котором формируют лопатку, имеющую выступ для соединения с диском, соединяют выступ лопатки с выступом диска посредством линейной сварки трением. Перед линейной сваркой трением лопатку зажимают в оснастке небольшим предварительным усилием зажатия, вводят в соприкосновение с диском и нагружают осевым сварочным усилием, после чего, не снижая приложенного сварочного усилия, лопатку закрепляют в оснастке полным усилием зажатия, при котором осуществляют линейную сварку трением лопатки и диска, причем полученную фиксацию лопатки сохраняют в течение всего процесса сварки. Лопатка содержит технологический припуск, предназначенный для ее закрепления в сварочной машине (патент RU 2496989, МПК F01D 5/34, В23K 20/12, опубл. 27.10.2013 г.).

В известном решении не оговаривается способ получения такого припуска, но представленный в этом решении припуск прямоугольной формы при небольшом размере хорды лопатки и малой кривизне сечения лопатки может быть получен штамповкой за одну-две операции в штампах небольших габаритов. Однако при производстве широкохордных лопаток из-за их больших габаритов (длина может достигать 1,5 м при ширине более 0,5 м) и сложной геометрической формы с большой кривизной сечения лопатки реализация такого решения приводит к многократному росту трудоемкости из-за увеличения количества технологических операций и требует изготовления нескольких дорогостоящих штампов.

Известен способ изготовления лопаток газотурбинного двигателя, включающий получение заготовки лопатки изотермической штамповкой с образованием аэродинамического профиля в каждом сечении пера лопатки и образованием хвостовика с последующей обработкой (патент RU 403119, В21К 3/04, опубл. 20.07.2010). Способ принят за прототип.

Недостатком способа является то, что образование аэродинамического профиля в каждом сечении пера лопатки и образование хвостовика осуществляют путем одновременной закрутки пера и хвостовика. При этом для обеспечения закрутки хвостовика в штампе его сечение минимизируют для получения бездефектного перехода от хвостовика к перу. Полученная таким образом геометрия хвостовика лопатки имеет недостаточное поперечное сечение для того, чтобы без пластической деформации выдержать усилия в сотни кН, которые необходимы для удержания широкохордной лопатки в машине при линейной сварке трением.

Задача изобретения - сокращение трудоемкости и материалоемкости изготовления заготовок широкохордных лопаток, присоединяемых к диску линейной сваркой трением.

Технический результат - уменьшение количества переходов при штамповке заготовки лопатки за счет незначительной разницы поперечного сечения хвостовика и пера лопатки, отсутствие пластической деформации широкохордной лопатки при удержании ее в сварочной машине в процессе линейной сварки трением за счет увеличения поперечного сечения хвостовика, которое достигается присоединением накладок.

Задача решается, а технический результат достигается способом получения заготовки лопатки газотурбинного двигателя штамповкой с образованием аэродинамического профиля в каждом сечении пера лопатки и образованием хвостовика с их последующей механической обработкой. В отличие от прототипа при штамповке заготовки лопатки хвостовик выполняют в виде выступа с замкнутым вокруг пера лопатки контуром, отстоящим от контура поперечного сечения пера лопатки на 1-5 мм, а после механической обработки хвостовика к нему посредством сварки присоединяют накладки, которые имеют сопрягаемые с выступом поверхности, сформированные также механической обработкой, при этом размер и форму накладок выбирают с обеспечением необходимого напуска для захвата и удержания лопатки в сварочной машине при линейной сварке трением.

Согласно изобретению накладки присоединяют к выступу посредством диффузионной сварки.

Технический результат достигается благодаря следующему.

В процессе штамповки формируют хвостовик в виде выступа, имеющего контур, замкнутый вокруг пера лопатки и отстоящий от него на 1-5 мм. При дальнейшем присоединении накладок сваркой такой выступ обеспечивает возможность формирования сварного шва за пределами контура лопатки, который после сварки лопатки с диском удаляют при окончательной механической обработке профиля лопатки. Формирование хвостовика в виде выступа с незначительной разницей поперечного сечения выступа и пера лопатки позволяет уменьшить количество переходов при штамповке заготовки лопатки.

Накладки, присоединенные затем к хвостовику, образуют необходимый технологический припуск для удержания лопатки в сварочной машине в процессе приварки ее к диску линейной сваркой трением и увеличивают поперечное сечение хвостовика, что позволяет без пластической деформации лопатки выдержать усилия по удержанию ее в сварочной машине.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где проиллюстрирован заявляемый способ:

на фиг. 1 - схема сборки заготовки лопатки с накладками;

на фиг. 2 - заготовка лопатки с присоединенными накладками, образующими технологический припуск для захвата и удержания лопатки сварочной машиной.

На чертежах обозначено: 1 - заготовка лопатки, 2 - хвостовик в виде выступа замкнутого контура, 3 - перо лопатки, 4 и 5 - накладки, 6 и 7 соответственно - сопрягаемые с выступом поверхности накладок.

Способ изготовления лопатки газотурбинного двигателя осуществляют следующим образом.

Получают штамповкой заготовку лопатки 1, а хвостовик при этом выполняют в виде выступа 2 замкнутого вокруг пера лопатки контура, отстоящего от профиля пера 3 лопатки на 1-5 мм. После штамповки хвостовик заготовки лопатки механически обрабатывают для получения поверхностей, предназначенных для приварки накладок 4 и 5. Перо лопатки выполняют с аэродинамическим профилем в каждом сечении. После механической обработки поверхностей выступа 2 к нему присоединяют сформированные механической обработкой накладки 4 и 5. Накладки имеют сопрягаемые с выступом 2 поверхности 6 и 7, обеспечивающие их плотный контакт с выступом. При этом размер и форму накладок выбирают с обеспечением необходимого припуска для последующего захвата и удержания лопатки в машине для линейной сварки трением.

Пример конкретного выполнения.

Получили после штамповки заготовку лопатки 1 из сплава ВТ-6 с выступом 2, контур которого отстоит от контура пера лопатки на 2-3 мм. После механической обработки разница контуров уменьшилась до 0,5-1 мм.

Сформировали накладки 4 и 5 толщиной 18 мм и длиной 340 мм, которые имели сопрягаемые с выступом поверхности 6 и 7. Накладки 4 и 5 присоединяли к выступу 2 диффузионной сваркой. Диффузионная сварка производилась на режиме: температура 1280 K, давление сжатия 4,9 МПа, время сварки 5 минут при вакууме 0,01 Па. Выступ 2 обеспечил отсутствие влияния сварного соединения на ту часть лопатки, которая остается после удаления механической обработкой припуска уже приваренной линейной сваркой трением лопатки. Накладки 4 и 5 образовали технологический припуск для захвата и удержания лопатки в машине при линейной сварке трением.

Формирование в процессе штамповки хвостовика в виде выступа с незначительной разницей поперечного сечения выступа и пера лопатки позволяет уменьшить количество переходов при штамповке заготовки лопатки, а присоединенные затем накладки образуют технологический припуск и увеличивают поперечное сечение хвостовика, что позволяет без пластической деформации лопатки выдержать усилия по удержанию ее в сварочной машине в процессе линейной сварки трением.

Таким образом, изобретение позволяет сократить трудоемкость и материалоемкость изготовления заготовок лопаток, присоединяемых к диску линейной сваркой трением.

1. Способ получения заготовки лопатки газотурбинного двигателя, включающий штамповку заготовки с образованием аэродинамического профиля в каждом сечении пера лопатки и образованием хвостовика и их последующую механическую обработку, отличающийся тем, что при штамповке заготовки лопатки хвостовик выполняют в виде выступа с замкнутым вокруг пера лопатки контуром, отстоящим от контура поперечного сечения пера лопатки на 1-5 мм, а после механической обработки хвостовика к нему посредством сварки присоединяют сформированные механической обработкой накладки, которые имеют сопрягаемые с выступом поверхности, при этом размер и форму накладок выбирают с обеспечением необходимого напуска для захвата и удержания лопатки в сварочной машине при линейной сварке трением.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что накладки присоединяют к выступу посредством диффузионной сварки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области газотурбостроения и может быть использовано при изготовлении металлических элементов усиления, предназначенных для установки на передней или задней кромке композитной лопатки турбомашины.

Двухъярусная ступень паровой турбины содержит двухъярусный сопловой аппарат и двухъярусное рабочее колесо. Сопловой аппарат ступени выполнен в виде единой неразборной конструкции с конической перегородкой, разделяющей сопловые лопатки верхнего яруса от сопловых лопаток нижнего яруса.

Электрически проводящая структура для пропускания и отвода электрического тока от основного тела выходной направляющей лопасти в наружную опорную структуру содержит обшивку из металла, покрывающую переднюю кромку основного тела лопасти, и электрически проводящую прокладку из металла, содержащую контактную часть, имеющую такой размер, чтобы перекрывать одним концом обшивку, и часть в виде шайбы, предназначенную для ввода болта для затягивания в опорную структуру, при этом одно или больше соединений, выбранных из группы, содержащей сварку, точечную сварку, пайку, соединение с помощью электрически проводящей пасты и зажим, создают соединение между концом обшивки и контактной частью.

Изобретение относится к способу изготовления заменяющей лопатки для турбомашины. Согласно указанному способу определяют геометрические характеристики контура ступицы и корпуса снабженного старой лопаткой проточного канала, а также осевое положение центра тяжести пера старой лопатки, которая с одной стороны зажата в ступице или в корпусе.

Изобретение относится к газотурбинному двигателю. Газотурбинный двигатель включает в себя множество лопаток, собранных в кольцеобразный ряд лопаток и частично образующих путь горячего газа и путь охлаждающей текучей среды, узел с ответвлениями, расположенный на стороне основания ряда лопаток, и нагнетающие элементы (130), распределенные вокруг узла с ответвлениями, выполненного с возможностью придавать в наиболее узком зазоре пути охлаждающей текучей среды движение потоку охлаждающей текучей среды, текущей через него.

Узел пера лопатки и полки включает перо и полку, на поверхности которой установлено перо, причем поверхность полки имеет углубление между передней кромкой и задней кромкой пера лопатки.

Изобретение относится к общей области газовых турбин для самолетных или вертолетных двигателей и более конкретно к способу изготовления лопаток, который способствует минимизации напряжений и веса во время механической обработки.

Лопасть вентилятора турбореактивного двигателя содержит хвостовик, концевую часть, переднюю и заднюю кромки. Передняя кромка лопасти имеет угол стреловидности, больший чем или равный +28° на участке лопасти, который расположен на радиальной высоте, лежащей в диапазоне от 60% до 90% от общей радиальной высоты лопасти, измеренной от ее хвостовика в направлении ее концевой части.

Изобретение относится к области машиностроения, может быть использовано при конструировании ступеней паровых и газовых турбин, компрессоров и направлено на повышение аэродинамической эффективности лопаточной решетки турбомашины.

Лопатка газотурбинного двигателя, имеющая множество секций лопатки, упакованных вдоль радиальной оси (Z-Z). Каждая секция лопатки расположена вдоль продольной оси (Х-Х) между передней кромкой и задней кромкой и вдоль тангенциальной оси (Y-Y) между стороной корытца и стороной спинки.

Изобретение может быть использовано при сварке трением с перемешиванием. В процессе сварки осуществляют слежение и регулирование загрузки перемещаемого сварочного инструмента по давлению загрузки.

Изобретение может быть использовано при получении модуля для накопления энергии посредством соединения двух конденсаторов или суперконденсаторов (10). Каждый герметичный корпус (14) конденсатора или суперконденсатора содержит трубчатый элемент (16) и по меньшей мере одну крышку (18), закрывающую трубчатый элемент на его конце.

Изобретение может быть использовано для сварки трением с перемешиванием (СТП) вращающимся инструментом. Инструмент для СТП изготовлен из быстрорежущей стали и выполнен в виде сплошного стержня, верхняя часть которого предназначена для закрепления в приводе вращения.

Изобретение может быть использовано для изготовления сварных конструкций фрикционной сваркой с перемешиванием, в частности, тавровых соединений в металлических профилях, панелях и т.п.
Изобретение может быть использовано для получения сварных конструкций алюминиевых сплавов методом сварки трением с перемешиванием, в частности для соединения листов из сплавов системы Al-Mg.

Изобретение может быть использовано для соединения сваркой трением с перемешиванием деталей из дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов. Детали прижимают по линии соединения друг к другу и вводят вращающийся сварочный инструмент в зону соединения деталей.
Изобретение может быть использовано для повышения технологических и эксплуатационных характеристик сварных конструкций и сложных деталей, изготовленных из термически упрочняемых алюминиевых сплавов, полученных сваркой трением с перемешиванием, в частности, при изготовлении различных конструкций для автомобильной промышленности, например для производства дисков автомобильных колес.

Изобретение может быть использовано при обработке твердых материалов, в частности, сваркой трением, или фрезерованием, или сверлением. На одном конце корпуса обрабатывающего вращающегося инструмента расположен хвостовик, а на другом его конце - рабочая часть с обрабатывающим элементом.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении барабана турбомашины, который содержит по меньшей мере два роторных диска (46, 48) для рабочих лопаток.

Изобретение может быть использовано при изготовлении электрохимического анода, сформированного с использованием сварки трением с перемешиванием (FSW). Электрохимический анод включает токопроводящую шину и свинецсодержащий анодный лист, электрически связанный с токопроводящей шиной.

Изобретение относится к области газотурбостроения и может быть использовано при изготовлении металлических элементов усиления, предназначенных для установки на передней или задней кромке композитной лопатки турбомашины.
Наверх