RU2094163C1 - Составной керамический стержень - Google Patents
Составной керамический стержень Download PDFInfo
- Publication number
- RU2094163C1 RU2094163C1 RU95121467A RU95121467A RU2094163C1 RU 2094163 C1 RU2094163 C1 RU 2094163C1 RU 95121467 A RU95121467 A RU 95121467A RU 95121467 A RU95121467 A RU 95121467A RU 2094163 C1 RU2094163 C1 RU 2094163C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rod
- additional
- protrusions
- main
- increased
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к литейному производству, в частности к литью охлаждаемых лопаток газотурбинного двигателя из жаропрочных сплавов с монокристальной структурой методом направленной кристаллизации с использованием керамических стержней сложной конструкции. Предлагаемая конструкция составного керамического стержня содержит основной стержень и дополнительные, расположенные на пере основного, и содержат продольные ряды отверстий и выступов, расположенных в шахматном порядке с внутренней и внешней сторон дополнительных стержней. Выступы с внутренней стороны дополнительных стержней жестко соединены с поверхностью основного стержня. Выступы могут быть выполнены в виде цилиндрических штырьков или полых сфер. Применение различных вариантов предлагаемой конструкции составного керамического стержня позволяет получать цельнолитые тонкостенные охлаждаемые монолопатки с проницаемой системой охлаждения. Использование таких лопаток с проницаемой системой охлаждения, эффективность охлаждения которых ≥0,6 позволит повысить температуру газа в турбине до 1800oC, увеличив при этом ресурс в 3 - 5 раз на двигателях нового поколения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к литейному производству, в частности к литью охлаждаемых лопаток газотурбинных двигателей и газотурбинных установок из жаропрочных и коррозионных сплавов с монокристальной структурой методом направленной кристаллизации с использованием керамических стержней сложной конструкции.
Известны конструкции стержней для получения лопаток турбины со сложной системой охлаждения внутренней полости. Согласно аналогу [1] для получения охлаждаемой лопатки используют конструкцию керамического стержня, формирующего одну полость охлаждения, а для повышения эффективности охлаждения применяют вставной дефлектор. Эффективность охлаждения в лопатке при использовании такой конструкции стержня обеспечивает температуре газа в турбине не выше 1500oC.
Известна конструкция стержня [2] в которой для получения литых охлаждаемых изделий используют составной сложный керамический стержень, состоящий из основного и дополнительных мини-стержней, один конец которых в виде шпильки располагается в углублении основного стержня и восковой модели, а второй в виде пластинки образует дозирующие отверстия в готовой отливке.
Недостатками конструкции является недостаточная эффективность охлаждения, обусловленная тем, что выпуск воздуха через сформированные таким стержнем дозирующие отверстия обеспечивает пленочное охлаждение, а также чрезвычайная трудоемкость при установке мини-стержней.
Технической задачей изобретения является создание составного керамического стержня для получения профилированного литого изделия, имеющего эффективную проницаемую систему охлаждения, а также снижающего трудоемкость при его изготовлении.
Поставленная задача достигается тем, что предлагается составной керамический стержень для получения литых полых изделий, преимущественно лопаток турбины, включающий основной и дополнительные стержни, выполненные в виде керамических пластин и изогнутые по профилю пера. Дополнительные стержни размещены на основном стержне и содержат продольные ряды отверстий и выступов, расположенных в шахматном порядке с внутренней и внешней сторон дополнительных стержней, причем выступы с внутренней стороны дополнительных стержней соединены с поверхностью основного. Выступы с внешней и внутренней сторон дополнительных стержней могут быть выполнены в виде цилиндрических штырьков или полых сфер. Выступы с внутренней стороны дополнительных стержней могут быть выполнены в виде цилиндрических штырьков, а с внешней в виде полых сфер.
На фиг. 1 представлена конструкция составного стержня, включающего основной стержень 1, дополнительные стержни 2, отверстия 3, выступы 4 в виде цилиндрических штырьков с внутренней стороны дополнительных стержней, выступы 5 в виде цилиндрических штырьков с внешней стороны дополнительных стержней.
На пере основного керамического стержня 1, изготовленного прессованием керамической массы, установлены дополнительные тонкие стержни 2, представляющие собой, например, керамические пластины, изогнутые по профилю пера, на которых в шахматном порядке расположены отверстия 3 и цилиндрические штырьки малого диаметра с внутренней 4 и внешней 5 сторон дополнительных стержней. Высота цилиндрических штырьков с внутренней стороны дополнительных стержней определяется плотным контактом с основным, для чего на последнем в процессе изготовления были предусмотрены углубления. С внешней же стороны установлены равновеликие цилиндрические штырьки, высота которых определяется толщиной стенки лопатки в модели. Зацепляясь с керамикой оболочковой формы в процессе ее изготовления, они образуют после заливки металла отверстия на поверхности пера лопатки.
Лопатка после удаления такого стержня из отливки имеет основную охлаждающую полость, сформированную основным стержнем и периферийную, сформированную дополнительными стержнями и представляющую собой полость в самой стенке лопатки. Таким образом, стенка лопатки состоит из двух слоев, в каждом из которых имеются отверстия малого диаметра для прохода охлаждающего воздуха. Для обеспечения жесткости конструкции между слоями расположены штырьки. Воздушный поток в такой лопатке из основной полости поступает через отверстия внутренней стенки в дополнительную полость, турбулизуется на штырьках и через выходные отверстия проникает на внешнюю горячую поверхность лопатки, образуя заградительную воздушную завесу.
Для повышения скорости воздушного охлаждающего потока в стенке пера лопатки возможно использование формы выступов в виде полых сфер, располагающихся на дополнительных стержнях в тех же местах, что и цилиндрические штырьки.
На фиг. 2 представлен вариант конструкции керамического стержня, имеющий выступы 4 с внутренней стороны дополнительных стержней в виде полых сфер и выступы 5 с внешней стороны дополнительных стержней в виде полых сфер.
В этом случае полые керамические сферы обеспечивают контакт основного и дополнительных стержней между собой и керамической оболочкой.
На фиг. 3 представлена конструкция керамического стержня, в котором возможна комбинация формы выступов в одном составном стержне при необходимости обеспечить разную толщину стенок у торца и замка лопатки. В этом случае с внутренней стороны они имеют форму цилиндрических штырьков 4, а с наружной - полых сфер 5.
Примеры получения лопаток с различными вариантами конструкции предлагаемого составного керамического стержня.
Пример 1. Основной керамический стержень изготавливали путем запрессовки стержневой массы из смеси порошков электрокорунда. Дополнительные тонкие стержни получали из той же стержневой массы в форме профиля пера с продольными рядами отверстий. Стержни прокаливали. После прокалки на дополнительном стержне устанавливали керамические цилиндрические штырьки с двух сторон, чередуя их с отверстиями в шахматном порядке. Затем дополнительный стержень крепили на основном, устанавливая его штырьками с внутренней стороны в углубления основного, промазав последние керамической суспензией для обеспечения плотного контакта. Высоту штырьков с внешней стороны проверяли шаблоном и далее изготавливали модель лопатки, например, из воска, проследив, чтобы торцы выступов снаружи были расчищены от модельной массы. Потом изготавливали оболочковую керамическую форму по технологии для направленной кристаллизации и заливали жаропрочным сплавом на никелевой основе в установке для направленной кристаллизации УВНК-8П. Из полученной отливки удаляли керамику в растворе бифторида калия.
Полое перо такой лопатки кроме основной охлаждающей полости содержит периферийную, образованную дополнительным стержнем в стенке самого пера, состоящего из двух слоев с отверстиями, обеспечивающих проникающее охлаждение. Для эффективного и равномерного охлаждения диаметр штырьков и отверстий составлял 0,5 1,5 мм, а шаг по профилю 5 10 диаметров отверстий.
Пример 2. В отличие от примера 1 для получения выступов на дополнительном стержне использовали полые сферы керамические шары продукт спекания тонкодисперсных порошков Al2O3. Их устанавливали в тех же местах, что и штырьки, предварительно отобрав по размеру с помощью сита. В зависимости от размеров лопатки диаметр полых сфер может меняться в пределах 0,5 1,5 мм. Далее изготавливали лопатку, как в примере 1. Форма отверстий в стенках такой лопатки была получена в форме полых сфер, что способствует увеличению скорости охлаждающего потока в изделии.
Пример 3. Для получения стержня с комбинированной формой выступов с внутренней стороны дополнительного стержня устанавливают штырьки, а с наружной полые сферы в том же порядке, как в примере 1. Лопатка после удаления керамики имеет на внутренней стенке пера цилиндрические отверстия, а на наружной выпускные отверстия в виде полых сфер.
Пример 4. Изготовление тонкостенного дополнительного стержня можно осуществить зацело с выступами запрессовкой керамической массы в пресс-форму, в матрице которой имеются выемки и штыри. Таким способом получали тонкостенную пластину с отверстиями и двусторонними выступами в шахматном порядке, изгибали по профилю пера основного стержня, прокаливали и устанавливали на основном стержне, как в примере 1.
Использование пресс-формы для получения дополнительных стержней зацело с выступами и отверстиями снижает трудоемкость операции изготовления стержня и обеспечивает надежную калибровку отверстий.
Применение различных вариантов предлагаемой конструкции составного керамического стержня позволит получать тонкостенные цельнолитые монолопатки газотурбинного двигателя, имеющие дополнительные охлаждающие полости в стенках полого пера, состоящие из двух раздельных слоев. В каждом слое имеются отверстия, расположенные продольными рядами в шахматном порядке по профилю пера для обеспечения эффективного равномерного охлаждения, полученные в процессе литья. Это обеспечит снижение стоимости всего конструктивно-технологического решения и предоставит надежную систему, где нет соединений.
Использование таких лопаток с проницаемой системой охлаждения, имеющих эффективность охлаждения η ≥ 0,6 позволит повысить температуру газа в турбине до 1800oC, увеличив при этом ресурс в 3 5 раз на двигателях нового поколения.
Claims (3)
1. Составной керамический стержень для получения литых полых изделий направленной кристаллизацией, включающий основной и дополнительные стержни, отличающийся тем, что дополнительные стержни выполнены в виде изогнутых по профилю пера лопатки керамических пластин с продольными рядами отверстий и выступов, расположенных в шахматном порядке с их внешней и внутренней сторон, и размещены на основном стержне, причем выступы дополнительного стержня жестко соединены с поверхностью основного стержня.
2. Стержень по п.1, отличающийся тем, что выступы с внешней и внутренней сторон дополнительных стержней выполнены в виде цилиндрических штырьков или в виде полых сфер.
3. Стержень по п.1, отличающийся тем, что выступы с внутренней стороны дополнительных стержней выполнены в виде цилиндрических штырьков, а с внешней стороны в виде полых сфер.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95121467A RU2094163C1 (ru) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | Составной керамический стержень |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95121467A RU2094163C1 (ru) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | Составной керамический стержень |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2094163C1 true RU2094163C1 (ru) | 1997-10-27 |
RU95121467A RU95121467A (ru) | 1997-11-27 |
Family
ID=20174875
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95121467A RU2094163C1 (ru) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | Составной керамический стержень |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2094163C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461439C2 (ru) * | 2007-04-11 | 2012-09-20 | Снекма | Способ и устройство изготовления керамических литейных стержней для лопаток газотурбинных двигателей |
RU2506429C1 (ru) * | 2012-05-31 | 2014-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Охлаждаемая рабочая лопатка газовой турбины |
RU2748662C2 (ru) * | 2016-07-27 | 2021-05-28 | Сафран | Способ изготовления выплавляемой модели |
RU2772561C2 (ru) * | 2018-04-13 | 2022-05-23 | Сафран | Стержень для литья авиационной детали |
US11618071B2 (en) | 2018-04-13 | 2023-04-04 | Safran | Core for metal casting an aeronautical part |
-
1995
- 1995-12-28 RU RU95121467A patent/RU2094163C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент Великобритании N 2262314, кл. F 01 D 9/02, 1993. 2. Патент США N 5291654, кл. B 23 P 15/00, 1994. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461439C2 (ru) * | 2007-04-11 | 2012-09-20 | Снекма | Способ и устройство изготовления керамических литейных стержней для лопаток газотурбинных двигателей |
RU2506429C1 (ru) * | 2012-05-31 | 2014-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Охлаждаемая рабочая лопатка газовой турбины |
RU2748662C2 (ru) * | 2016-07-27 | 2021-05-28 | Сафран | Способ изготовления выплавляемой модели |
RU2772561C2 (ru) * | 2018-04-13 | 2022-05-23 | Сафран | Стержень для литья авиационной детали |
US11618071B2 (en) | 2018-04-13 | 2023-04-04 | Safran | Core for metal casting an aeronautical part |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1381481B1 (en) | Multi-wall core and process | |
JP4878713B2 (ja) | 鋳造翼用の多部片コア組立体 | |
US5618633A (en) | Honeycomb casting | |
US8317475B1 (en) | Turbine airfoil with micro cooling channels | |
US6186217B1 (en) | Multipiece core assembly | |
EP0099215B1 (en) | Method for manufacture of ceramic casting moulds | |
RU2007130632A (ru) | Способ литья, устройство для литья, литейный стержень и способ его изготовления | |
RU2002128179A (ru) | Литейный стержень для литья по выплавляемым моделям (варианты), сборка, литейный стержень-оболочковая форма, литейная форма и отливка, полученные с использованием этого стержня | |
EP3567330B1 (en) | Cast plate heat exchanger and method of making using directional solidification | |
EP0768130B1 (en) | Turbine nozzle and related casting method for optimal fillet wall thickness control | |
US3690368A (en) | Casting single crystal articles | |
RU2094163C1 (ru) | Составной керамический стержень | |
CN101850401A (zh) | 一种熔模及利用该熔模的精密铸造工艺 | |
EP1498198B1 (en) | Method for forming a casting having an enhanced heat transfer and wax pattern for forming same | |
CA2254505A1 (en) | Rapidly forming complex hollow shapes using lost wax investment casting | |
RU2093304C1 (ru) | Охлаждаемая лопатка турбины и способ ее получения | |
US6712120B2 (en) | Device and method for casting a workpiece and workpiece | |
RU2094170C1 (ru) | Способ получения охлаждаемой лопатки газотурбинного двигателя и охлаждаемая лопатка газотурбинного двигателя | |
US11786963B2 (en) | Cast-in film cooling hole structures | |
RU95121468A (ru) | Способ получения охлаждаемой лопатки турбины и охлаждаемая лопатка, полученная способом направленной кристаллизации | |
JPH0323036A (ja) | 高圧鋳造用組合せ砂中子 | |
RU2800747C2 (ru) | Лопатка авиационного газотурбинного двигателя и способ ее изготовления посредством литья по выплавляемым восковым моделям | |
CN114406196B (zh) | 含异型内腔的钛及钛合金铸件制备方法 | |
RU2192937C1 (ru) | Литейная форма и способ изготовления литейной формы | |
CN201760557U (zh) | 一种熔模 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121229 |