Вспомогательное устройство для сварки протянутых дисков, содержащее демпфирующий пояс, и способ фрикционной сварки

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для сварки протянутых дисков. Способ фрикционной сварки протянутого диска, содержащего ячейки, выполненные с возможностью приема корней лопаток, включает в себя сварку с применением вспомогательного устройства. Устройство содержит круговой пояс из вязкоупругого полимера, выполненный с чередованием выступов и впадин. Указанный пояс содержит бандаж, выполненный с возможностью плотно располагаться вокруг периферии диска за счет радиального усилия стягивания бандажа. Выступы и впадины находятся на внутренней стороне бандажа, который является замкнутым и круговым. Во время сварки бандаж плотно располагают вокруг периферии диска, заводя выступы в ячейки, образованные на периферии диска так, чтобы выступы сжимались между зубьями диска, чередующимися с ячейками. Снижаются вибрации, увеличивается производительность процесса, повышается качество обработанной поверхности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к вспомогательному устройству сварки протянутых дисков, содержащему демпфирующий пояс, а также к соответствующему способу фрикционной сварки.

Часто диски турбореактивных и турбовинтовых двигателей сваривают между собой при помощи трения и в частности инерционного трения в плоскостях соединения, перпендикулярных к оси вращения получаемого таким образом ротора. Часто они содержат на своей периферии ряд ячеек, предназначенных для размещения корней лопаток и, в случае необходимости, крючки для стопорения лопаток, находящиеся на концах ячеек.

Этот способ сварки является исключительно энергоемким и почти всегда сопровождается интенсивными вибрациями высокой частоты. При этом на дне ячеек, а также на дне крючков стопорения лопаток могут появляться усталостные трещины.

Эти недостатки фрикционной сварки известны, и для их устранения было предложено соединять со свариваемыми деталями элементы, демпфирующие эти вибрации. Несколько примеров представлено в документах US 2004/108358 и US 2010/193572 A. Однако, как выяснилось, описанные в этих патентах демпфирующие устройства не приспособлены к частному случаю дисков, содержащих вырезанные периферические ячейки, и не препятствуют появлению вибрационно-усталостных трещин в наиболее чувствительных местах, а именно на сопряжениях между периферическими зубьями, разделяющими ячейки, и главной частью диска, начиная от дна ячеек, а также на дне крючков стопорения лопаток. В документе US 2006/051211 описан демпфирующий элемент более сложной конструкции, чем в изобретении, содержащий два боковых пояса из полимера, удерживаемые между двумя металлическими фланцами, которые сближают друг с другом для удержания поясов на боковых сторонах диска. Этот известный демпфирующий элемент относится к диску, свариваемому трением, но этот диск не имеет следующих друг за другом ячеек, разделенных зубьями, для размещения корней лопаток, так как описанный в этом документе диск является моноблочным лопаточным диском, выполненным за одно целое с лопатками.

Задача изобретения состоит в создании устройства защиты ячеек, вырезанных в дисках, при помощи демпфирования вибраций, подходящего для дисков, имеющих периферические ячейки.

Согласно изобретению новое устройство представляет собой круговой пояс, выполненный из вязкоупругого полимера, при этом пояс включает в себя чередование выступов и впадин и содержит бандаж, располагаемый вокруг периферии диска и стягивающий диск, при этом выступы и впадины находятся на внутренней стороне бандажа.

Пояс и его выступы частично охватывают зубья диска и ограничивают амплитуду их вибраций, тем более что выступы, зажатые между парами смежных зубьев, способствуют вибрации зубьев в одной фазе, что позволяет снизить высокие частоты и одновременно уменьшить амплитуду вибраций благодаря амортизационным свойствам их материалов. Следует подчеркнуть роль замкнутого кругового бандажа, который охватывает диск с радиальным усилием стягивания, способствуя демпфированию. В отличие от устройства из документа US 2006/051211 это устройство является моноблочным, то есть более простым в изготовлении и в применении. Оно является также более легким за счет исключения металлических фланцев, необходимых для удержания бокового пояса на диске, которые могут иметь большую инерцию, мешающую демпфированию.

Согласно усовершенствованному варианту пояс содержит боковые юбки, выполненные во внутреннем радиальном направлении. Они способствуют удержанию пояса на месте во время процесса сварки и одновременно позволяют уменьшить вибрации, которым могут подвергаться крючки стопорения лопаток при их наличии. Одновременно эти боковые юбки защищают обработанные поверхности ячеек от возможных микроскопических выбросов, связанных со сваркой.

Полимер должен обладать достаточными гибкостью и упругостью, чтобы его можно было располагать и стягивать вокруг диска, затем снимать с диска без остаточной деформации. В идеале он должен иметь достаточные характеристики демпфирования для эффективного уменьшения амплитуды вибраций. Для этого можно предложить полиуретаны.

Объектом изобретения является также способ фрикционной сварки протянутого диска, который осуществляют с применением описанного выше вспомогательного устройства, плотно располагая его вокруг диска, при этом выступы заходят в ячейки, выполненные на периферии диска, и сжимаются между зубьями диска, чередующимися с ячейками, во время сварки.

Согласно предпочтительному и факультативному отличительному признаку пояс имеет радиус, меньший наружного радиуса диска, чтобы обеспечивать вытяжку от 3 до 20% после его отделения от диска.

Далее следует описание одного из возможных вариантов осуществления изобретения, представленного исключительно в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 показан диск, для которого можно применить изобретение, общий вид;

на фиг. 2 показан пояс в свободном состоянии, общий вид;

на фиг. 3 детально показан диск, оснащенный поясом;

на фиг. 4 представлена сборка ротора с применением изобретения.

Показанный на фиг. 1 диск, на котором можно применить изобретение, имеет периферию, на которой ячейки 1 чередуются со сплошными участками, называемыми в данном случае зубьями 2. Ячейки 1 содержат дно, расширяющееся к центру диска, и более узкую верхнюю часть, образующую горловину 3. Ячейки 1 могут быть протянуты в продольном направлении или под углом. Концевые стороны зубьев 2 могут быть оснащены крючками, которые впоследствии будут удерживать лопатки диска, корни которых, заведенные в ячейки 1, имеют концы, снабженные ответными крючками; в крючки 4 зубьев 2 и в крючки корней лопаток вставляют кольца для их удержания вдоль ячеек 1. Эта конструкция сама по себе известна и на фигуре не показана.

При такой форме диска на сопряжениях 6 между зубьями 2 и главным центральным и сплошным участками 5 диска могут появляться трещины, начинающиеся на боковых сторонах этих сопряжений 6 и в частности в местах, обращенных к дну ячеек 1, где зубья 2 являются более узкими, а также на сопряжениях между крючками 4 и зубьями 2.

Согласно изобретению во время сварки используют демпфирующий пояс 7, показанный на фиг. 2. Он выполнен из полимера, обладающего достаточной вязкостью и упругостью, чтобы быть гибким, эластичным и чтобы значительно демпфировать вибрации. Он содержит бандаж 8, который располагают вокруг периферии диска, выступы 9 или зубцы на внутренней стороне, разделенные впадинами 10, и боковые юбки 11 с двух сторон бандажа 8, которые представляют собой сплошные полосы, проходящие в радиальном направлении внутрь. Выступы 9 заходят между зубьями 2, заполняя горловины 3.

Бандаж 8 давит на зубья 2 со стягивающей силой, зависящей от его расширения, когда его располагают вокруг зубьев 2. Выступы 9 сжимаются между смежными зубьями, удерживая их от смещения и действуя как упор в тангенциальном направлении, что уменьшает тенденцию зубьев 2 к изгибу. Юбки 11 способствуют удержанию пояса 7 вокруг диска во время сварки и служат также для осуществления давления и демпфирования на крючках 4.

Поскольку зубья 2 в меньшей степени могут прогибаться вокруг их сопряжения с главной частью 5 диска, сопряжения 6 подвергаются меньшему напряжению и усталостные трещины на них не появляются или появляются в гораздо меньшей степени.

Предпочтительно пояс 7 выполнен из полиуретана. Courbane 60R (зарегистрированный товарный знак) является материалом, обеспечивающим наиболее подходящие в рамках изобретения характеристики, в частности характеристики демпфирования.

Хорошие результаты демпфирования были получены с бандажом 8, внутренняя сторона которого имела в свободном состоянии радиус, на 3%-20% меньший наружного радиуса диска (радиусы измерены в местах впадин 10 и зубьев 2).

На фиг. 4 показано применение поясов 7, которые в данном случае располагают в нескольких экземплярах на стольких же дисках 12, уже соединенных между собой, но остающихся на месте, пока другие (непоказанные) диски будут соединены сваркой с уже полученной сборкой.

Сварку осуществляют так же, как и в известных решениях.

1. Способ фрикционной сварки протянутого диска, содержащего ячейки (1), выполненные с возможностью приема корней лопаток, включающий сварку с применением вспомогательного устройства, содержащего круговой пояс (7), выполненный из вязкоупругого полимера и содержащий чередование выступов (9) и впадин (10), при этом указанный пояс содержит бандаж (8), выполненный с возможностью плотного расположения вокруг периферии диска за счет радиального усилия стягивания бандажа, выступы (9) и впадины (10) находятся на внутренней стороне бандажа (8), а бандаж (8) является замкнутым и круговым, при этом

во время сварки бандаж (8) плотно располагают вокруг периферии диска, заводя выступы (9) в ячейки (1), образованные на периферии диска так, чтобы выступы сжимались между зубьями (2) диска, чередующимися с ячейками.

2. Способ по п. 1, в котором пояс в свободном состоянии имеет внутренний радиус, который на 3-20% меньше наружного радиуса диска.



 

Похожие патенты:

Ротор осевой газовой турбины относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции турбин газотурбинных двигателей. Ротор осевой газовой турбины содержит основной диск с установленными на нем охлаждаемыми рабочими лопатками и покрывной диск, прикрепленный к нему с помощью байонетного соединения, образующий каналы подвода охлаждающего воздуха к хвостовой части рабочих лопаток.

Ротор осевой газовой турбины относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции турбин газотурбинных двигателей. Ротор осевой газовой турбины содержит основной диск с установленными на нем охлаждаемыми рабочими лопатками и покрывной диск, прикрепленный к нему с помощью байонетного соединения, образующий каналы подвода охлаждающего воздуха к хвостовой части рабочих лопаток.

Лопаточный аппарат для газовой турбины содержит лопаточное устройство и дополнительное лопаточное устройство. Лопаточное устройство содержит бандажную полку, перо, проходящее от бандажной полки, и демпфирующую проволоку.

Рабочая лопатка турбомашины выполнена с возможностью прикрепления к роторному колесу одной ступени турбомашины и имеющая по меньшей мере одну характеристику, включающую по меньшей мере одно из следующего: ширину шейки, длину платформы, угол между точкой перегиба указанной платформы и краем платформы или указанной шейкой, высоту платформы, высоту хвостовика, ширину хвостовика и окружную ширину монтажного основания рабочей лопатки.

Рабочая лопатка турбомашины выполнена с возможностью прикрепления к роторному колесу одной ступени турбомашины и имеющая по меньшей мере одну характеристику, включающую по меньшей мере одно из следующего: ширину шейки, длину платформы, угол между точкой перегиба указанной платформы и краем платформы или указанной шейкой, высоту платформы, высоту хвостовика, ширину хвостовика и окружную ширину монтажного основания рабочей лопатки.

Изобретение относится к области турбомашиностроения, в частности, может быть использовано в конструкции рабочих колес осевых компрессоров газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к области турбомашиностроения, в частности, может быть использовано в конструкции рабочих колес осевых компрессоров газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к подвижным лопаткам в турбине низкого давления турбомашины, в частности к определенному размещению замка движущейся лопатки в турбине низкого давления.

Настоящее изобретение относится к конструкции лопаток ротора компрессора осевой турбомашины, в частности к способу присоединения лопаток к ротору. Лопатка ротора осевой турбомашины содержит аэродинамическую часть и платформу для присоединения её к ротору.

Изобретение относится к области турбомашиностроения, в частности может быть использовано в конструкции рабочих колес осевых компрессоров газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к устройству для соединения орбитальной сваркой концов уже выверенных и снабженных прихватками труб, в частности из стали, имеющему образованную концами труб разделку кромок под сварку.

Изобретение относится к способу аргонодуговой сварки кольцевых стыков трубчатых деталей, одна из которых выполнена в форме стакана с центральным отверстием в донной части, а другая трубчатой формы.

Изобретение относится к автоматическому сварочному оборудованию для сварки изделий с внутренними цилиндрическими поверхностями. Центратор состоит из стержня 1, на конце которого шарнирно закреплены равномерно расположенные вокруг оси три рычага 2.

Изобретение может быть использовано для взаимного позиционирования труб, подлежащих стыковке и соединению, например, сваркой. Концевые участки труб содержат торцевые кольцевые поверхности, определяющие плоскость стыка, и примыкающие к ним поверхности скошенных кромок.

Изобретение может быть использовано для центрирования круглых труб при их стыковой сварке. Шарнирно соединенные между собой элементы соединены стягивающим устройством и выполнены с возможностью их размещения на стыке соединяемых труб.

Изобретения могут быть использованы для сварки труб при прокладке трубопровода на морском дне. Устройство для сварки двух труб содержит сварочный аппарат и внутренний центратор (20), на котором установлена система измерения "выше-ниже".

Изобретение относится к нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности и может найти применение при изготовлении оборудования для переработки нефти, в частности при сборке крупноразмерных металлических резервуаров типа сепараторов, отстойников, емкостей для хранения и подготовки нефти.

Изобретение относится к сварке, а именно к оборудованию для сварки трением с перемешиванием. .

Изобретение относится к способам и устройствам для выравнивания неповоротных и поворотных кромок, при сварке стыков труб, и может быть использовано во внутреннем центраторе, при строительстве трубопроводов.

Изобретение может быть использовано для сварки рельсовых стыков в пути. Один из двух корпусов машины расположен подвижно относительно другого.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для сварки протянутых дисков. Способ фрикционной сварки протянутого диска, содержащего ячейки, выполненные с возможностью приема корней лопаток, включает в себя сварку с применением вспомогательного устройства. Устройство содержит круговой пояс из вязкоупругого полимера, выполненный с чередованием выступов и впадин. Указанный пояс содержит бандаж, выполненный с возможностью плотно располагаться вокруг периферии диска за счет радиального усилия стягивания бандажа. Выступы и впадины находятся на внутренней стороне бандажа, который является замкнутым и круговым. Во время сварки бандаж плотно располагают вокруг периферии диска, заводя выступы в ячейки, образованные на периферии диска так, чтобы выступы сжимались между зубьями диска, чередующимися с ячейками. Снижаются вибрации, увеличивается производительность процесса, повышается качество обработанной поверхности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх