Способ изготовления диска осевой турбомашины

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к способам изготовления дисков для осевых турбомашин, в частности дисков высокотемпературных турбин газотурбинных двигателей. Диск турбомашины выполняют в виде единой детали методом трехмерной печати, для чего формируют ступицу и полотно, включающее две стенки, образующие полость. При выполнении диска в виде единой детали дополнительно формируют кольцевой элемент, состоящий по меньшей мере из двух частей. Затем механически обрабатывают внутренние поверхности ступицы, стенок полотна и кольцевого элемента и осуществляют соединение стенок полотна и частей кольцевого элемента с натягом. После чего формируют обод из материала, идентичного материалу полотна, по окружности внешней поверхности кольцевого элемента. Ступицу и полотно последовательно формируют на вращающейся подложке, которую удаляют после выполнения диска в виде единой детали. Изобретение позволяет обеспечить требуемую шероховатость поверхности полости диска турбомашины. 2 ил.

 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к способам изготовления дисков осевых турбомашин, в частности дисков высокотемпературных турбин газотурбинных двигателей.

Известен способ изготовления диска осевой турбомашины (US 3982852, 1976), в котором диск выполняют в виде единой детали, содержащей ступицу и полотно, причем в зоне ступицы выполняют полость, в которой устанавливают решетчатые кольцевые элементы. Недостатком известного технического решения является то, что изготовленный данным способом диск имеет большое количество концентраторов напряжения, что ограничивает его срок службы.

Известен способ изготовления диска осевой турбомашины (US 9114488, 2015), в котором методом горячего изостатического прессования (ГИП) формируют полотно, включающее две стенки, образующие открытую полость. Недостатком данного технического решения является то, что диск имеет открытую полость с узким входом, ограничивающим доступ к формообразующему массивному сплошному элементу оснастки, помещаемому внутрь диска при изготовлении последнего. При изготовлении диска методом ГИП удалить этот элемент практически невозможно.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является способ изготовления диска турбомашины (US 2014169971, 2014), в котором диск выполняют в виде единой детали методом трехмерной печати, для чего формируют ступицу и полотно, при этом полотно включает две стенки, образующие полость. Недостатком известного технического решения является то, что при изготовлении диска методом трехмерной печати образующиеся поверхности его деталей имеют повышенную шероховатость, что может привести к концентрации напряжений в деталях и как следствие к образованию трещин. Детали, изготовленные методом трехмерной печати, подвергают механической обработке, в частности для уменьшения шероховатости поверхностей. Однако механическая обработка закрытой полости в изготовленном методом трехмерной печати целом диске невозможна.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в изготовлении прочного полого диска турбомашины методом трехмерной печати.

Технический результат, достигаемый при реализации настоящего изобретения, заключается в обеспечении требуемой шероховатости поверхности полости диска турбомашины.

Технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления диска турбомашины диск выполняют в виде единой детали методом трехмерной печати, для чего формируют ступицу и полотно, при этом полотно включает две стенки, образующие полость, при выполнении диска в виде единой детали дополнительно формируют кольцевой элемент, состоящий по меньшей мере из двух частей, механически обрабатывают внутренние поверхности ступицы, стенок полотна и кольцевого элемента, осуществляют соединение стенок полотна и частей кольцевого элемента с натягом и формируют обод из материала, идентичного материалу полотна, по окружности внешней поверхности кольцевого элемента, при этом ступицу и полотно последовательно формируют на вращающейся подложке, которую удаляют после выполнения диска в виде единой детали.

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

- формирование методом трехмерной печати на вращающейся подложке ступицы и полотна, включающего две стенки, образующие полость, формирование кольцевого элемента, состоящего по меньшей мере из двух частей, и механическая обработка внутренних поверхностей ступицы, стенок полотна и кольцевого элемента позволяет обеспечить требуемую шероховатость внутренних поверхностей стенок полотна, кольцевого элемента и ступицы;

- выполнение диска в виде единой детали, включая соединение стенок полотна и частей кольцевого элемента с натягом, формирование обода из материала, идентичного материалу полотна, по окружности внешней поверхности кольцевого элемента и удаление вращающейся подложки после выполнения диска в виде единой детали позволяет получить диск с закрытой полостью, образованной обработанными поверхностями стенок полотна, кольцевого элемента и ступицы, что обеспечивает уменьшение поверхностных напряжений в закрытой полости и увеличение прочности диска.

Настоящее изобретение поясняется следующим подробным описанием способа изготовления диска осевой турбомашины со ссылкой на фигуры 1-2, где

на фиг. 1 приведена общая схема диска осевой турбомашины;

на фиг. 2 представлена модель диска.

Диск 1 осевой турбомашины, показанный на фиг. 1, выполнен в виде единой детали методом трехмерной печати и содержит обод 2, ступицу 3, полотно 4 и кольцевой элемент 5. Полотно 4 включает две стенки, образующие полость 6.

Кольцевой элемент 5 состоит по меньшей мере из двух частей (на чертеже не показаны), что необходимо для его соединения с полотном 4.

Обод 2 выполняют из материала, идентичного материалу полотна 4. В частном случае, в качестве материала обода 2, ступицы 3 и полотна 4 может быть использован жаропрочный порошковый никелевый сплав ЭИ698П или любой другой известный порошковый сплав, пригодный для трехмерной печати.

В ступице 3 выполнено центральное отверстие 7 для вала турбины.

Диск 1 осевой турбомашины изготавливается следующим образом.

Диск 1 осевой турбомашины выполняют в виде единой детали методом трехмерной печати.

На первом этапе формируют ступицу 3 и полотно 4, включающее две стенки, образующие полость, и дополнительно формируют кольцевой элемент 5, состоящий по меньшей мере из двух частей. При этом ступицу 3 и полотно 4 последовательно формируют на вращающейся подложке. Кольцевой элемент 5 может быть сформирован методом трехмерной печати отдельно и параллельно с изготовлением ступицы 3 с полотном 4.

В качестве метода трехмерной печати может быть использована известная из уровня техники технология печати металлических изделий, например, технология прямой лазерной наплавки металла DMT (Direct Metal Tooling). При этом в качестве установки для трехмерной печати может быть использована система лазерной наплавки МХ-450(600) (INSSTEK, INC.), а в качестве подложки - цилиндрическая оснастка системы в виде вала или трубы.

На втором этапе внутренние поверхности ступицы 3, стенок полотна 4 и кольцевого элемента 5 механически обрабатывают, например, на станке с числовым программным управлением. Данный этап может содержать несколько операций, необходимых для получения требуемой шероховатости поверхности, в частности шлифование и полирование.

На третьем этапе осуществляют соединение стенок полотна 4 и частей кольцевого элемента 5 с натягом и формируют обод 2 по окружности внешней поверхности кольцевого элемента 5, а также, в частном случае, торцевой поверхности стенок полотна 4.

На четвертом этапе после выполнения диска в виде единой детали удаляют цилиндрическую подложку, в частности, посредством механической обработки. После удаления цилиндрической подложки наружные поверхности диска 1 могут быть подвергнуты механической обработке с целью придания им окончательной формы и требуемой шероховатости.

В качестве примера, был изготовлен диск турбины высокого давления диаметром примерно 230 мм, толщиной по ступице примерно 70 мм (см. фиг. 2) с внутренней полостью и с шероховатостью Ra поверхности до обработки более 10 мкм. В качестве метода механической обработки диска было использовано механическое и электрохимическое полирование. После обработки шероховатость Ra внешних и внутренних поверхностей диска составила 1,6 мкм, что подтверждает возможность достижения заявленного технического результата - обеспечение требуемой шероховатости поверхности полости диска турбомашины.

В качестве дополнительного технического результата в случае применения изготовленного диска в конструкции турбины газотурбинного двигателя достигается повышение полезной нагрузки двигателя, поскольку наличие полости обеспечивает уменьшение массы диска.

Способ изготовления диска турбомашины, в котором диск выполняют в виде единой детали методом трехмерной печати, для чего формируют ступицу и полотно, при этом полотно включает две стенки, образующие полость, отличающийся тем, что при выполнении диска в виде единой детали дополнительно формируют кольцевой элемент, состоящий по меньшей мере из двух частей, механически обрабатывают внутренние поверхности ступицы, стенок полотна и кольцевого элемента, осуществляют соединение стенок полотна и частей кольцевого элемента с натягом и формируют обод из материала, идентичного материалу полотна, по окружности внешней поверхности кольцевого элемента, при этом ступицу и полотно последовательно формируют на вращающейся подложке, которую удаляют после выполнения диска в виде единой детали.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к изготовлению рабочих колес для центробежной роторной машины. Изготавливают рабочее колесо для центробежной роторной машины, которое содержит дисковидный основной корпус, имеющий переднюю и заднюю поверхности, покрывающий диск, имеющий переднюю поверхность и заднюю поверхность и расположенный на расстоянии от передней поверхности основного корпуса, и лопатки, прикрепленные к передней поверхности основного корпуса и соединяющие основной корпус с покрывающим диском.

Изобретение может быть использовано при изготовлении роторного диска газотурбинного двигателя. Роторный диск содержит на своей наружной периферической части контактный выступ (18), имеющий переднюю и заднюю кромки, для приварки к нему пера (32) лопатки.

Изобретение относится к области турбостроения. Авиационный газотурбинный двигатель, содержащий вентилятор и компрессор, которые выполнены из композиционного материала.

Изобретение относится к энергетике. Лопатка турбомашины, содержащая перо лопатки, вытянутое в осевом направлении между передней кромкой и задней кромкой, а в радиальном направлении - между хвостовиком и вершиной.

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

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 конструированию приспособлений для закрепления рабочих лопаток турбомашины на вибростенде при усталостных испытаниях. Устройство для закрепления рабочей лопатки турбомашины с замковым элементом при усталостных испытаниях содержит корпус, жестко закрепленный на вибростоле с помощью кронштейна, зажим с элементами фиксации, расположенный на корпусе.

Балансировочное устройство, а также соответствующие способ и балансировочный винт, для вращающейся детали газотурбинного двигателя. Балансировочное устройство содержит кожух, в котором выполнено множество отверстий, через каждое из которых проходит балансировочный винт, имеющий стержень и головку, в которой выполнено углубление.

Радиальный компрессор (10) с направляющим аппаратом (1), выполненным в виде входного направляющего аппарата (1), в частности, для компрессора (10), с по меньшей мере одной лопаткой (4), имеющей обтекаемое текучей средой (2) перо (3) лопатки, с регулировочным устройством (12) для регулировки лопатки (4), отличающийся тем, что прогиб (5) средней линии (6) профиля пера (3) лопатки имеет точку (7) перегиба, причем перо (3) лопатки выполнено таким образом, что длина хорды (8) профиля пера лопатки изменяется по его длине (9), причем перо (3) лопатки выполнено таким образом, что изменяется также толщина (11) профиля с изменяющейся длиной хорды (8) профиля пера (3) лопатки по длине (9) пера (3) лопатки, что соответственно изменению длины хорды профиля также изменяется толщина (11) профиля.

Проточная часть (10) компрессора с регулируемым сужением, выполненная с конфигурацией, обеспечивающей возможность лучшего распределения ограниченной проточной части (10) в компрессорах (12) в газотурбинных двигателях (14).

Рабочая лопатка (10) осевого компрессора, содержащая хвостовик (11), посредством которого она крепится на диске ротора осевого компрессора, и перо (12), служащее для отклонения потока, причем перо (12) имеет входную кромку (14), выходную кромку (15), а также проходящую между входной кромкой (14) и выходной кромкой (15) сторону нагнетания (16) и проходящую также между входной кромкой (14) и выходной кромкой (15) сторону всасывания (17), и причем входная кромка (14), выходная кромка (15), сторона нагнетания (16) и сторона всасывания (17) сообща определяют профиль пера (12) в значениях х, у, z декартовых координат таким образом, что первые и вторые координаты профиля или значения х, у координат при их соединении непрерывными дугами описывают соответственно гладкий разрез профиля на радиальной высоте разреза вдоль третьей координаты профиля или вдоль третьего значения z координаты и что соединение радиальных разрезов профиля со сглаживающей функцией описывает профиль пера (12), причем в зоне каждого радиального разреза профиля максимальная толщина профиля лежит в диапазоне 45-52% длины хорды (18), проходящей от входной кромки (14) в направлении выходной кромки (15) и между стороной нагнетания (16) и стороной всасывания (17).
Лопатка турбины содержит канал охлаждения, сформированный в лопатке и проходящий в направлении ее высоты, и множество отверстий охлаждения. Спинка пера и корыто пера лопатки покрыты теплозащитным покрытием.
Полая лопатка содержит главную часть и крышку, устанавливаемую в проем главной части таким образом, чтобы она закрыла проем и образовала вместе с главной частью сплошную наружную сторону лопатки.

Узел турбомашины содержит ротор и венец лопаток, каждая из которых содержит профилированную часть и хвостовую часть, вставленную в паз для крепления лопаток, проходящий по окружности ротора.

Изобретение относится к способу сборки первой детали турбомашины по меньшей мере с одной второй деталью турбомашины, включающему в себя следующие этапы, на которых: нагнетают вулканизируемый эластомер, предпочтительно кремнийорганическое соединение (145), которое можно вулканизировать при температуре окружающей среды, именуемое кремнийорганическим соединением, вулканизируемым при комнатной температуре (кремнийорганическим ВКТ-соединением), в зоне (140) нагнетания на стыке между первой и второй деталями; локально нагревают зону (140) нагнетания, чтобы вулканизировать вулканизируемый эластомер.

Лопатка турбины газотурбинного двигателя, имеющего диск турбины с осью, включает перо, имеющее переднюю и заднюю кромки и стороны нагнетания и всасывания, хвостовик лопатки и полку между пером и хвостовиком.

Балансировочное устройство, а также соответствующие способ и балансировочный винт, для вращающейся детали газотурбинного двигателя. Балансировочное устройство содержит кожух, в котором выполнено множество отверстий, через каждое из которых проходит балансировочный винт, имеющий стержень и головку, в которой выполнено углубление.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к способам изготовления дисков для осевых турбомашин, в частности дисков высокотемпературных турбин газотурбинных двигателей. Диск турбомашины выполняют в виде единой детали методом трехмерной печати, для чего формируют ступицу и полотно, включающее две стенки, образующие полость. При выполнении диска в виде единой детали дополнительно формируют кольцевой элемент, состоящий по меньшей мере из двух частей. Затем механически обрабатывают внутренние поверхности ступицы, стенок полотна и кольцевого элемента и осуществляют соединение стенок полотна и частей кольцевого элемента с натягом. После чего формируют обод из материала, идентичного материалу полотна, по окружности внешней поверхности кольцевого элемента. Ступицу и полотно последовательно формируют на вращающейся подложке, которую удаляют после выполнения диска в виде единой детали. Изобретение позволяет обеспечить требуемую шероховатость поверхности полости диска турбомашины. 2 ил.

Наверх