CN104191184A - 一种抗振动型双合金涡轮整体叶盘及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于涡轮叶盘技术，涉及一种抗振动型双合金涡轮整体叶盘及其制造方法。本发明抗振动型双合金涡轮整体叶盘由精密铸造叶片环组件和粉末合金盘体经热等静压扩散焊接而成，整体叶盘每个叶片通道之间开设有切缝，叶盘轮缘下方设置有与切缝连通的阻尼孔，且所述阻尼孔内设置有摩擦阻尼器。本发明采用精密铸造叶片环与粉末合金盘体热等静压扩散焊，实现了涡轮盘体与叶片的灵活选择和最佳使用性能匹配，同时，通过在整体叶盘上设置摩擦阻尼器，增加了阻尼减振效果，最终达到提高叶片抗疲劳能力、减小叶片的振动应力的目的，具有较大实际应用价值。

Description

一种抗振动型双合金涡轮整体叶盘及其制造方法

技术领域

本发明属于涡轮叶盘技术，涉及一种抗振动型双合金涡轮整体叶盘。

背景技术

涡轮转子叶盘组件是航空发动机中的核心部件，也是易断裂失效件，是由涡轮转子叶片和涡轮盘体组件构成，其在设计和使用中，故障发生率较高。目前，随着涡轮前温度和转速的不断提高，盘片分离式涡轮转子的盘榫连接强度设计难度越来越大，且盘片组件结构复杂、可靠性低、重量大。而常规单合金涡轮整体叶盘存在以下缺点：1)无法兼顾叶片和盘体的性能；2)由于叶片与盘之间厚薄差异较大，铸造工艺性差，叶片容易产生铸造缺陷；3)没有任何减振和抗疲劳措施，叶片因抗振能力不足而疲劳失效。因此，为了提高整体叶盘在工作过程中的抗振能力，引入抗振动型双合金涡轮整体叶盘，既保证了叶盘的抗振能力，又实现了涡轮盘体与叶片的灵活选择和最佳性能匹配。满足高负荷涡轮对叶片和盘体的不同使用性能要求。

发明内容

本发明的目的：为了解决单合金铸造涡轮整体叶盘铸造工艺性差，防振、抗扭能力不足，以及低可靠性的问题；同时，可兼顾叶片和盘体的不同使用性能要求。本发明提供了一种结构简单、工艺性好、抗振能力强，且可满足叶片高温持久蠕变和盘体中温低周疲劳性能要求的双合金整体叶盘结构。

本发明的技术方案：一种抗振动型双合金涡轮整体叶盘，其特征在于，由精密铸造叶片环组件和粉末合金盘体经热等静压扩散焊接而成，整体叶盘每个叶片通道之间开设有切缝，叶盘轮缘下方设置有与切缝连通的阻尼孔，且所述阻尼孔内设置有摩擦阻尼器。

所述的切缝数量和叶片一致，宽度为0.2～0.4，并与发动机轴线倾斜相交，以达到较好地包容根部叶型。

所述摩擦阻尼器为圆柱形结构，直径3～4mm。中部为实心结构，两头为薄壁空心结构。

所述切缝深度需超过扩散焊的焊接位置，距离轮缘为4～7mm，具体值可根据计算所需要的摩擦挤压力确定。

所述阻尼孔与摩擦阻尼器之间的装配间隙在0.02～0.03mm之间。

一种抗振动型双合金涡轮整体叶盘制造方法，其包括如下步骤：

步骤1：通过强度振动分析，给出调频减振阻尼孔的几何参数；

步骤2：运用精密熔模铸造方法，实现对叶片环组件的叶身无余量细晶铸造成型；

步骤3：采用热等静压扩散焊接手段，实现对叶片环组件内径表面与粉末合金盘体外缘表面的热等静压扩散焊接；

步骤4：采用线切割慢走丝的方式，先在焊接后的涡轮整体叶盘叶片之间通道切缝，切缝深度需超过扩散焊的焊接位置，再加工出调频减振阻尼孔，最后对阻尼孔内表面除去重熔层抛光处理；

步骤5：装配阻尼器，先将阻尼器装入阻尼孔内，保证阻尼器的两端露出盘体0.7～1mm，再通过圆锥形冲棒，对阻尼器两端孔口扩孔涨形，保证工作中不脱出。

本发明的有益效果：本发明的抗振动型双合金涡轮整体叶盘通过对叶片和盘体的材料和连接方式的调整，使叶片具备较高的高温持久蠕变性能和盘体具备良好的中温低周疲劳性能，同时，通过设计调频减振结构，改变叶片的刚度、振型和振动应力分布，起到抗振效果。其主要技术效果如下：

1)采用双合金涡轮整体叶盘设计后，叶片和盘体均可获得良好的组织和性能，增加的调频减振结构，可使叶片的振动应力降低不小于50％；

2)该发明的结构简单紧凑，工艺性较好，尺寸精度易控制，可增加强度储备、提高涡轮转速、性能和可靠性。

附图说明

图1是本发明抗振动型双合金涡轮整体叶盘示意图；

图2是熔模精密铸造叶片环示意图；

图3是粉末合金涡轮盘体示意图；

图4是抗振动型双合金涡轮整体叶盘调频减振结构示意图

其中，1-叶片环组件，2-粉末合金盘体，3-阻尼孔，4-摩擦阻尼器，5-叶盘轮缘。

具体实施方式

下面通过具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明：

请同时参阅图1、图2、图3和图4，其中，图1是本发明抗振动型双合金涡轮整体叶盘示意图。本发明的抗振动型双合金涡轮整体叶盘由精密铸造叶片环组件1和粉末合金盘体2经热等静压扩散焊接而成，避免了单合金整体叶盘无法兼顾叶片和盘的实际需要性能。实现了涡轮盘体和叶片材料的灵活选择和最佳使用性能匹配。每个叶片通道之间切缝，切缝的深度需超过焊接位置，来保证两种合金的变形协调，另外所述的切缝数量和叶片一致，宽度为0.2～0.4mm，并与发动机轴线成一定夹角α(20°～70°)，以达到较好地包容根部叶型。

叶盘轮缘5下方设计调频减振阻尼孔3，并与切缝接通，这样当叶片振动时，可使得阻尼孔能够变形挤压摩擦阻尼器，产生减振效果。阻尼孔为圆形，和叶片数量一致。在阻尼孔中装入摩擦阻尼器4，采用圆锥形冲棒将两头扩孔保证工作中不脱出。

本发明抗振动型双合金涡轮整体叶盘工作原理如下：采用精密铸造叶片环与粉末合金盘体热等静压扩散焊联接而成，实现了涡轮盘体与叶片的灵活选择和最佳使用性能匹配，同时，通过调频减振结构细节设计，调整了叶片固有频率，增加了阻尼减振效果，最终达到提高叶片抗疲劳能力、减小叶片的振动应力的目的。

具体实施过程如下：

步骤1：通过强度振动分析，利用有限元分析等方法给出调频减振阻尼孔的几何参数，包括孔径大小、距中心的距离；

步骤2：运用精密熔模铸造方法，实现对叶片环组件的叶身无余量细晶铸造成型；

步骤3：采用热等静压扩散焊接手段，通过专用设备和夹具，实现对叶片环组件内径表面与粉末合金盘体外缘表面的热等静压扩散焊接。首先进行加工清洗包套焊接，然后脱气装套封焊，扩散连接和无损检测以及热处理；

步骤4：采用线切割慢走丝的方式，基于调频减振阻尼孔的几何参数，先在焊接后的涡轮整体叶盘每个叶片通道之间切缝，再加工出调频减振阻尼孔，最后对阻尼孔内表面除去重熔层抛光处理；

步骤5：装配阻尼器，先将阻尼器装入阻尼孔内，保证阻尼器两头露出盘体0.7～1mm，再通过圆锥形冲棒，对阻尼器两端孔口扩孔涨形，保证工作中不脱出。

综上所述本发明采用精密铸造叶片环与粉末合金盘体热等静压扩散焊，实现了涡轮盘体与叶片的灵活选择和最佳使用性能匹配，同时，通过在整体叶盘上设置摩擦阻尼器，增加了阻尼减振效果，最终达到提高叶片抗疲劳能力、减小叶片的振动应力的目的，具有较大实际应用价值。

Claims (6)

1.一种抗振动型双合金涡轮整体叶盘，其特征在于，由精密铸造叶片环组件(1)和粉末合金盘体(2)经热等静压扩散焊接而成，整体叶盘每个叶片通道之间开设有切缝，叶盘轮缘下方设置有与切缝连通的阻尼孔(3)，且所述阻尼孔内设置有摩擦阻尼器。

2.根据权利要求1所述的抗振动型双合金涡轮整体叶盘，其特征在于，所述的切缝数量和叶片一致，宽度为0.2～0.4mm，并与发动机轴线倾斜相交，以达到较好地包容根部叶型。

3.根据权利要求1所述的抗振动型双合金涡轮整体叶盘，其特征在于，所述摩擦阻尼器为圆柱形结构，直径3～4mm，中部为实心结构，两头为薄壁空心结构。

4.根据权利要求1所述的抗振动型双合金涡轮整体叶盘，其特征在于，所述切缝深度需超过扩散焊的焊接位置，距离轮缘为4～7mm，具体值可根据计算所需要的摩擦挤压力确定。

5.根据权利要求1所述的抗振动型双合金涡轮整体叶盘，其特征在于，所述阻尼孔与摩擦阻尼器之间的装配间隙在0.02～0.03mm之间。

6.一种抗振动型双合金涡轮整体叶盘制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过强度振动分析，给出调频减振阻尼孔的几何参数；

步骤2：运用精密熔模铸造方法，实现对叶片环组件的叶身无余量细晶铸造成型；

步骤3：采用热等静压扩散焊接手段，实现对叶片环组件内径表面与粉末合金盘体外缘表面的热等静压扩散焊接；

步骤4：采用线切割慢走丝的方式，先在焊接后的涡轮整体叶盘叶片之间通道切缝，切缝深度需超过扩散焊的焊接位置，再加工出调频减振阻尼孔，最后对阻尼孔内表面除去重熔层抛光处理；

步骤5：装配阻尼器，先将阻尼器装入阻尼孔内，保证阻尼器的两端露出盘体0.7～1mm，再通过圆锥形冲棒，对阻尼器两端孔口扩孔涨形，保证工作中不脱出。