RU181150U1 - Ceramic-metal turbine rotor - Google Patents
Ceramic-metal turbine rotor Download PDFInfo
- Publication number
- RU181150U1 RU181150U1 RU2017146663U RU2017146663U RU181150U1 RU 181150 U1 RU181150 U1 RU 181150U1 RU 2017146663 U RU2017146663 U RU 2017146663U RU 2017146663 U RU2017146663 U RU 2017146663U RU 181150 U1 RU181150 U1 RU 181150U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- shank
- impeller
- ceramic
- socket
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 102220057728 rs151235720 Human genes 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
- F16C3/02—Shafts; Axles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
- B23K1/19—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/04—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области производства энергетических установок, а именно, к турбинам, содержащим металлокерамические роторные узлы, изготавливаемые высокотемпературной пайкой.Металлокерамический ротор турбины состоит из изготовленного из металла вала и выполненного из керамического материала рабочего колеса, на одном из торцов которого имеется хвостовик, соединенный пайкой с концом вала. Конец вала, предназначенный для соединения с хвостовиком, выполнен полым, с раструбом конической формы, на внутренней поверхности раструба выполнены кольцевые канавки, хвостовик рабочего колеса имеет коническую форму, хвостовик рабочего колеса и вал сопряжены по их коническим поверхностям, между которыми имеет возможность размещения припой, при этом высота конуса хвостовика превышает высоту раструба вала.Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение прочности паяного соединения. 1 ил.The utility model relates to the field of production of power plants, namely, turbines containing ceramic-metal rotor assemblies made by high-temperature soldering. The ceramic-metal rotor of the turbine consists of a shaft made of metal and made of ceramic material of the impeller, at one of the ends of which there is a shank connected soldering with the end of the shaft. The shaft end intended for connection with the shank is hollow, with a cone-shaped socket, annular grooves are made on the inner surface of the socket, the impeller shank has a conical shape, the impeller shank and the shaft are mated along their conical surfaces, between which it is possible to place solder, while the height of the shank cone exceeds the height of the shaft socket. The technical result of this utility model is to increase the strength of the solder joint. 1 ill.
Description
Полезная модель относится к области производства энергетических установок, а именно, к турбинам, содержащим металлокерамические роторные узлы, изготавливаемые высокотемпературной пайкой.The utility model relates to the field of production of power plants, namely, to turbines containing cermet rotor assemblies made by high-temperature soldering.
Известен металлокерамический ротор турбины, содержащий выполненный из металла вал и соединенное с ним рабочее колесо, изготовленное из керамического материала. Соединение вала и рабочего колеса осуществляется высокотемпературной пайкой, которая проводится по соединительным плоским торцевым поверхностям вала и рабочего колеса (см. патент США № 4778345, МПК F16C 3/00, F04D 29/02).A ceramic-metal turbine rotor is known, comprising a shaft made of metal and a rotor connected to it made of ceramic material. The connection of the shaft and the impeller is carried out by high-temperature soldering, which is carried out on the connecting flat end surfaces of the shaft and the impeller (see US patent No. 4778345, IPC F16C 3/00, F04D 29/02).
В результате анализа выполнения данного ротора турбины необходимо отметить, что для его сборки и пайки используется специализированная сложная оснастка, что существенно усложняет процесс получения надежных паяных соединений, увеличивает вероятность появления брака и повышает трудоемкость изготовления конструкции. Весьма существенно также и то, что паяное соединение, осуществленное по плоским поверхностям, не отличается высокой прочностью, особенно, при изгибных нагрузках, которым подвержены роторы турбин в процессе эксплуатации.As a result of the analysis of the implementation of this turbine rotor, it is necessary to note that specialized complex equipment is used for its assembly and soldering, which significantly complicates the process of obtaining reliable soldered joints, increases the likelihood of a defect and increases the complexity of manufacturing the structure. It is also very significant that the solder joint made on flat surfaces does not have high strength, especially under bending loads, which are affected by turbine rotors during operation.
Известен ротор газовой турбины, содержащий изготовленный из металла вал и соединенное с ним рабочее колесо, выполненное из керамического материала, на одном из торцов которого имеется хвостовик. Вал имеет оконцовку, пристыковываемую к торцу хвостовика при их сборке. При сборке ротора на хвостовик наносят припой, после чего на хвостовик надевают цилиндрическую муфту и далее в ее отверстие вставляют оконцовку вала, до контакта ее торца с торцом хвостовика. На оконцовку вала также нанесен припой. Проводят пайку собранного узла, детали которого в процессе пайки фиксируются припоем (см. патент США № 4659245, МПК F16C 9/00, F16D 1/00) - наиболее близкий аналог.Known rotor of a gas turbine containing a shaft made of metal and a connected impeller made of ceramic material, at one of the ends of which there is a shank. The shaft has a terminal that is docked to the end of the shank during assembly. When assembling the rotor, solder is applied to the shank, after which a cylindrical sleeve is put on the shank and then the shaft end is inserted into its hole until its end contacts the end of the shank. Solder is also applied to the shaft end. Solder the assembled assembly, the details of which are fixed by solder during the soldering process (see US patent No. 4659245, IPC F16C 9/00,
В сравнении с приведенным выше решением, данная конструкция металлокерамического ротора характеризуется более прочным паяным соединением за счет применения муфты, дополнительно фиксирующей хвостовик рабочего колеса и оконцовку вала. Однако, в данном случае при проведении пайки собранного узла, за счет разных значений термических деформаций хвостовика, вала и муфты, довольно часто нарушаются установленные первоначально междетальные зазоры, в которых размещен припой, что приводит к различным характеристикам прочности по спаянным поверхностям. Весьма также существенно, что при нарушении установленных зазоров, нарушается соосность рабочего колеса и вала, что в процессе эксплуатации создает циклические нагрузки на паяное соединение, постепенно разрушая его и снижая срок эксплуатации конструкции.Compared with the above solution, this design of a ceramic-metal rotor is characterized by a more durable soldered connection due to the use of a coupling that additionally fixes the impeller shank and the shaft end. However, in this case, when brazing the assembled assembly, due to different thermal deformations of the liner, shaft and coupling, the initially established inter-detail gaps in which the solder is placed are often violated, which leads to different strength characteristics on the welded surfaces. It is also very significant that in case of violation of the established clearances, the alignment of the impeller and shaft is violated, which during operation creates cyclic loads on the solder joint, gradually destroying it and reducing the life of the structure.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение прочности паяного соединения.The technical result of this utility model is to increase the strength of the solder joint.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в металлокерамическом роторе турбины, состоящем из изготовленного из металла вала и выполненного из керамического материала рабочего колеса, на одном из торцов которого имеется хвостовик, соединенный пайкой с концом вала, новым является то, что конец вала, предназначенный для соединения с хвостовиком, выполнен полым, с раструбом конической формы, на внутренней поверхности раструба выполнены кольцевые канавки, хвостовик рабочего колеса имеет коническую форму, хвостовик рабочего колеса и вал сопряжены по их коническим поверхностям, между которыми имеет возможность размещения припой, при этом высота конуса хвостовика превышает высоту раструба вала.The specified technical result is ensured by the fact that in the cermet rotor of the turbine, consisting of a shaft made of metal and made of ceramic material of the impeller, at one of the ends of which there is a shank connected by soldering to the shaft end, it is new that the shaft end is intended for connection with the shank, made hollow, with a cone-shaped socket, annular grooves are made on the inner surface of the socket, the impeller shank has a conical shape, the working shank forests and shaft are associated by their conical surfaces between which there is the possibility of placing the solder, with the height of the cone liner exceeds the height of the socket shaft.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен металлокерамический ротор турбины, осевой разрез.The essence of the claimed utility model is illustrated by graphic materials on which the ceramic-metal rotor of the turbine is presented, axial section.
Металлокерамический ротор турбины состоит из собранных друг с другом вала и рабочего колеса.The ceramic-metal rotor of the turbine consists of a shaft and an impeller assembled with each other.
Вал 1 ротора турбины изготовлен из металла, один из его концов (оконцовка вала) выполнен полым и выполнен в виде раструба 2 конической формы, на внутренней поверхности раструба имеются кольцевые канавки 3. Высота раструба составляет Hp. Количество кольцевых канавок 3 может быть различным и зависит от высоты раструба.The
Рабочее колесо 5 выполнено из керамического материала, на одном из его торцов имеется хвостовик 4 конической формы, конусность которого соответствует конусности раструба 2 вала 1. Высота хвостовика составляет Нк.The
Высота конуса хвостовика превышает высоту раструба вала, то есть, Нк>Hp.The height of the cone of the shank exceeds the height of the socket of the shaft, that is, N to > H p .
Металлокерамический узел турбины изготавливают следующим образом.The ceramic-metal assembly of the turbine is made as follows.
Для пайки осуществляют сборку изделия в стандартном стягивающем приспособлении, для чего помещают на хвостовик 4 припой, надевают на коническую часть хвостовика 4 раструбом 2 вал 1, собранный узел стягивают и помещают в печь, в которой осуществляют пайку соединения.For soldering, the product is assembled in a standard tightening device, for which they are placed on the
В процессе пайки, за счет разницы коэффициентов термического расширения металла и керамики, происходит осадка металлической детали (вала) 1 на керамический хвостовик 4, обеспечивая автоматическое центрирование вала 1 и рабочего колеса 5.In the process of soldering, due to the difference in the coefficients of thermal expansion of the metal and ceramics, the metal part (shaft) 1 is precipitated onto the
Из уровня техники известно, что существующие конструкции металлокерамических узлов турбины выполняются с цилиндрической посадкой вала на хвостовик рабочего колеса. Получение надежных герметичных соединений такой конструкции осложняется тем, что в процессе пайки трудно обеспечить плотное поджатие соединяемых деталей и их относительное центрирование, поэтому необходимо применение специальной сборочно-паяльной оснастки. Использование конического соединения вала с хвостовиком обеспечивает, при их нагреве из-за разницы коэффициентов термического расширения, перемещение по скользящей посадке раструба 2 вала 1 по хвостовику 4 керамического рабочего колеса 5, что способствует их центрированию и получению равномерного паяемого зазора, а также упрощает процесс поджатия деталей. Скользящая посадка позволяет получить минимальные зазоры в месте пайки и снизить вероятность образования дефектов паяного соединения.It is known from the prior art that the existing designs of cermet turbine assemblies are performed with a cylindrical landing of the shaft on the impeller shank. Obtaining reliable sealed joints of this design is complicated by the fact that during the soldering process it is difficult to ensure a tight compression of the parts to be joined and their relative centering, therefore, the use of special assembly-soldering equipment. The use of a conical connection of the shaft with the shank ensures that when they are heated due to the difference in the coefficients of thermal expansion, they move along the sliding fit of the
Вместе с этим увеличение контактной поверхности соединения за счет применения их посадки по коническим поверхностям приводит к необходимости обеспечения гарантированного заполнения припоем зазора, что обусловлено повышенными требованиями по механической и вибрационной прочности, характерными для узлов турбины. Для решения этой проблемы на внутренней поверхности раструба вала выполняются кольцевые канавки 3 для дополнительного размещения в них припоя. Помимо дополнительной подпитки припоем в процессе пайки, канавки 3 играют роль компенсатора напряжений, возникающих при охлаждении. Все это способствует получению качественного паяного соединения.At the same time, an increase in the contact surface of the connection due to the use of their fit on conical surfaces leads to the need to ensure guaranteed filling of the gap with solder, which is due to the increased requirements for mechanical and vibrational strength characteristic of turbine assemblies. To solve this problem, annular grooves 3 are made on the inner surface of the shaft socket for additional placement of solder in them. In addition to additional feeding solder during the soldering process, grooves 3 play the role of a compensator for stresses arising during cooling. All this contributes to obtaining high-quality soldered joints.
Для обеспечения наиболее высокой механической прочности паяного соединения необходимо, чтобы паяное соединение было образовано по всей поверхности раструба 2. Это достигается тем, что высота Нр раструба 2 всегда меньше высоты Нк хвостовика 4 рабочего колеса 5.To ensure the highest mechanical strength of the solder joint, it is necessary that the solder joint is formed over the entire surface of the
Пример.Example.
Производили изготовление металлокерамического узла турбины, состоящего из рабочего колеса диаметром 200 мм из керамики ОТМ904 и металлического вала, выполненного из сплава 29НК. Образцы металлического вала и керамического рабочего колеса изготавливались с цилиндрической и конической формой раструба вала и хвостовика рабочего колеса. На внутренней поверхности раструба образцов вала изготавливались две кольцевые канавки для дополнительного размещения припоя.A ceramic-metal turbine assembly was made, consisting of an impeller with a diameter of 200 mm from OTM904 ceramics and a metal shaft made of 29NK alloy. Samples of the metal shaft and ceramic impeller were made with a cylindrical and conical shape of the socket of the shaft and the shank of the impeller. Two annular grooves were made on the inner surface of the socket of the shaft samples for additional placement of solder.
Сборка образцов осуществлялась в обычной стягивающей оснастке, представляющей собой две пластины, соединенные между собой резьбовыми шпильками. В качестве припоя использовалась проволока ПСр72 диаметром 0,8 мм. Собранные заготовки образцов помещались в вакуумную печь типа СГВ-2 и производился нагрев по режиму пайки (температура пайки 840-845°С, время выдержки 1-1,5 мин, остаточное разряжение в камере 10-2 Па).The samples were assembled in a conventional tightening tooling, which consists of two plates interconnected by threaded rods. PSr72 wire with a diameter of 0.8 mm was used as solder. The collected sample blanks were placed in a SGV-2 type vacuum furnace and heating was carried out according to the soldering mode (soldering temperature 840-845 ° C, holding time 1-1.5 min, residual vacuum in the chamber 10 -2 Pa).
После пайки проводили визуальный осмотр паяного соединения, который показал наличие трещин у двух из трех спаянных образцов с цилиндрической формой соединения. На образцах с конической формой соединения трещины внешним осмотром выявлены не были. Проведенные металлографические исследования образцов показали, что в третьем образце с цилиндрической формой паяного соединения наблюдаются внутренние микротрещины, свидетельствующие о высоких остаточных напряжениях. На образцах с конической формой паяного соединения дефектов типа трещин обнаружено не было.After soldering, a visual inspection of the soldered joint was carried out, which showed the presence of cracks in two of the three soldered specimens with a cylindrical joint shape. On specimens with a conical connection, cracks were not detected by external inspection. Metallographic studies of the samples showed that in the third sample with a cylindrical form of the brazed joint, internal microcracks are observed, indicating high residual stresses. No defects of the type of cracks were found on samples with a conical form of a brazed joint.
Таким образом, предлагаемая конструкция металлокерамического узла обеспечивает формирование качественного высокопрочного паяного соединения металлического вала с рабочим колесом, выполненным из керамического материала.Thus, the proposed design of the ceramic-metal assembly provides the formation of high-quality high-strength solder joint of the metal shaft with the impeller made of ceramic material.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017146663U RU181150U1 (en) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Ceramic-metal turbine rotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017146663U RU181150U1 (en) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Ceramic-metal turbine rotor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU181150U1 true RU181150U1 (en) | 2018-07-05 |
Family
ID=62813389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017146663U RU181150U1 (en) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Ceramic-metal turbine rotor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU181150U1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4659245A (en) * | 1985-05-31 | 1987-04-21 | Nissan Motor Co., Ltd. | Gas turbine |
| US4778345A (en) * | 1985-03-15 | 1988-10-18 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Turbine rotor |
| JPH01153577A (en) * | 1987-12-11 | 1989-06-15 | Ngk Insulators Ltd | Joined material of metal and ceramic and production thereof |
| SU1663201A1 (en) * | 1989-05-29 | 1991-07-15 | Всесоюзный Проектно-Технологический Институт Энергетического Машиностроения | Cerment rotor for turbine |
| US20080253894A1 (en) * | 2007-04-10 | 2008-10-16 | Siemens Power Generation, Inc. | Co-forged steel rotor component for steam and gas turbine engines |
-
2017
- 2017-12-28 RU RU2017146663U patent/RU181150U1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4778345A (en) * | 1985-03-15 | 1988-10-18 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Turbine rotor |
| US4659245A (en) * | 1985-05-31 | 1987-04-21 | Nissan Motor Co., Ltd. | Gas turbine |
| JPH01153577A (en) * | 1987-12-11 | 1989-06-15 | Ngk Insulators Ltd | Joined material of metal and ceramic and production thereof |
| SU1663201A1 (en) * | 1989-05-29 | 1991-07-15 | Всесоюзный Проектно-Технологический Институт Энергетического Машиностроения | Cerment rotor for turbine |
| US20080253894A1 (en) * | 2007-04-10 | 2008-10-16 | Siemens Power Generation, Inc. | Co-forged steel rotor component for steam and gas turbine engines |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104792612B (en) | A kind of high temperature push-pull fatigue test cramp of hollow pole test specimen | |
| RU2520236C2 (en) | Boding by diffusion welding of titanium and steel parts | |
| CN106808078A (en) | A kind of diffusion welding method of dissimilar metal | |
| CN106493371B (en) | A kind of preparation method of compact metal flange porous metal tube | |
| CN105418131A (en) | Alumina ceramic low temperature brazing connection method | |
| CN102335793B (en) | Rustless steel and the method for attachment of aluminium oxide ceramics | |
| RU181150U1 (en) | Ceramic-metal turbine rotor | |
| CN109909577A (en) | A kind of support case component vacuum brazing tooling and its application method | |
| CN104387103B (en) | The method for welding of a kind of zirconia ceramics and metallic substance | |
| CN209261682U (en) | It is a kind of avoid soldering when thread failure sparking plug structure | |
| CN202030857U (en) | Combined crucible for monocrystal pulling furnace | |
| CN102528273A (en) | Method for preparing dissimilar metal composite joint | |
| KR100807779B1 (en) | Manufacture method of recuperator and thereof product | |
| CN105081503A (en) | Soldering method for achieving connection of SiC-based composite ceramic and Invar alloy by means of NiCrSi | |
| CN102560135A (en) | Integral copper crucible and method for producing copper crucible by integral forging and rotary pressing | |
| CN105108266B (en) | High temperature alloy soldering compound positioning device | |
| RU166553U1 (en) | UNIVERSAL TECHNOLOGICAL EQUIPMENT FOR DIFFUSION WELDING AND SOLDERING IN VACUUM FURNACES | |
| CN108907492B (en) | Molybdenum/steel joint and preparation method thereof | |
| US3402458A (en) | Method of sealing aluminum oxide bodies to metals | |
| CN108115003B (en) | A kind of multilayer metal plate weldment refractory ceramics type face straightening method | |
| RU179870U1 (en) | A device for soldering a ceramic-metal assembly of a turbine | |
| CN203863179U (en) | Brazing fixture | |
| CN107957312A (en) | The capacitive pressure transducer of corrugated moving electrode | |
| KR20140053784A (en) | Member for semiconductor manufacturing apparatus and method for manufacturing the same | |
| CN207038475U (en) | X-ray tube cathode base column assembly |