RU2151027C1 - Способ изготовления центробежного колеса с лопатками - Google Patents
Способ изготовления центробежного колеса с лопатками Download PDFInfo
- Publication number
- RU2151027C1 RU2151027C1 RU98122179A RU98122179A RU2151027C1 RU 2151027 C1 RU2151027 C1 RU 2151027C1 RU 98122179 A RU98122179 A RU 98122179A RU 98122179 A RU98122179 A RU 98122179A RU 2151027 C1 RU2151027 C1 RU 2151027C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capsule
- segments
- wheel
- blades
- granules
- Prior art date
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Способ включает сборку заготовки, состоящей из капсулы с размещенными внутри прокладками, засыпку капсулы гранулами материала колеса, ее герметизацию, горячее изостатическое прессование и удаление прокладок. При сборке заготовки вначале в капсулу устанавливают закладной элемент из материала колеса с конфигурацией боковой поверхности, соответствующей поверхности корытца скрытого проточного канала готового колеса, затем вставляют прокладки в виде сегментов, закрепленных одними концами на делителе, другими - на капсуле, с обеспечением одинакового расстояния между поверхностями, образующими межлопаточное пространство, определяемое соотношением l1 = (δ+0,6):K, где l1 - расстояние между сегментами, мм; δ - толщина пера лопатки готового колеса, мм; К - коэффициент усадки гранул по нормали к сегментам; 0,6 - припуск на химическое фрезерование, мм, при этом сегменты выполняют с внутренней поверхностью, конгруэнтной боковой поверхности закладного элемента, и устанавливают их с зазором, определяемым из соотношения: l1 = [(1-2)•δ1]:(1-K1), где l2 - расстояние между закладным элементом и сегментами, мм; δ1 - наибольшая толщина пера лопатки у втулки, мм; К1 - коэффициент усадки гранул по нормали к закладному элементу, с зазором со стенкой капсулы, определяемым из соотношения: l3 = (δ2+4):K2, где l3 - расстояние между наружной поверхностью сегментов и капсулой, мм; δ2 - - наибольшая большая толщина покрывного диска готового колеса, мм; К2 - коэффициент усадки гранул по нормали к сегментам; 4 - допуск на механическую обработку, мм. Изобретение позволяет снизить трудоемкость изготовления колеса, снизить себестоимость, повысить его качество и расширить номенклатуру.
Description
Предполагаемое изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении центробежных колес из гранул для газотурбинных двигателей и энергетических установок.
Известна конструкция заготовки для изостатического прессования ротора турбины, включающая капсулу с обрабатываемым порошковым материалом, внутри которой расположен жесткий недеформируемый обод, в фигурных отверстиях которого расположены первые части лопаток (США, пат. N 3940268, кл. 75-208, 1976 г.).
Недостатком этого способа является ограниченная номенклатура изготавливаемых колес с лопатками.
Известен способ изготовления турбинного центробежного колеса с лопатками методом горячего изостатического прессования герметичной капсулы, внутри которой расположено кольцо, состоящее из чередующихся прокладок и лопаток, хвостовые части которых направлены внутрь кольца, а свободное пространство заполнено гранулами материала колеса, причем прокладки после прессования удаляются (США, патент N 4.097276, B 22 F 3/00, 3/14, 1978 г.).
Недостатками известного способа являются высокая трудоемкость и себестоимость изготовления колес из-за необходимости предварительного изготовления лопаток и сложности сборки их с прокладками, изменение геометрии лопаток ввиду значительных перемещений элементов кольца в радиальном направлении при усадке гранул в процессе горячего изостатического прессования, ограниченная номенклатура получаемых колес.
Предлагается способ изготовления центробежного колеса с лопатками, включающий сборку заготовки, состоящей из капсулы с размещенными внутри прокладками, засыпку капсулы гранулами материала колеса, ее герметизацию, горячее изостатическое преcсование и удаление прокладок. При сборке заготовки вначале в капсулу устанавливают закладной элемент из материала колеса c конфигурацией боковой поверхности, соответствующей поверхности корытца скрытого проточного канала готового колеса, затем вставляют прокладки в виде сегментов, закрепленных одними концами на делителе, другими - на капсуле, с обеспечением одинакового расстояния между поверхностями, образующими межлопаточное пространство, определяемое соотношением:
где l1 - расстояние между сегментами, мм;
δ - толщина пера лопатки готового колеса, мм;
K - коэффициент усадки гранул по нормали к сегментам;
0,6 - припуск на химическое фрезерование, мм,
при этом сегменты выполняют с внутренней поверхностью, конгруэнтной боковой поверхности закладного элемента, и устанавливают их с зазором, определяемым из соотношения
где l2 - расстояние между закладным элементом и сегментами, мм;
δ1 - наибольшая толщина пера лопатки у втулки, мм;
K1 - коэффициент усадки гранул по нормали к закладному элементу,
и с зазором со стенкой капсулы, определяемым из соотношения
где l3 - расстояние между наружной поверхностью сегментов и капсулой, мм;
δ2 - наибольшая толщина покрывного диска готового колеса, мм;
K2 - коэффициент усадки гранул по нормали к сегментам, мм;
4 - допуск на механическую обработку, мм.
где l1 - расстояние между сегментами, мм;
δ - толщина пера лопатки готового колеса, мм;
K - коэффициент усадки гранул по нормали к сегментам;
0,6 - припуск на химическое фрезерование, мм,
при этом сегменты выполняют с внутренней поверхностью, конгруэнтной боковой поверхности закладного элемента, и устанавливают их с зазором, определяемым из соотношения
где l2 - расстояние между закладным элементом и сегментами, мм;
δ1 - наибольшая толщина пера лопатки у втулки, мм;
K1 - коэффициент усадки гранул по нормали к закладному элементу,
и с зазором со стенкой капсулы, определяемым из соотношения
где l3 - расстояние между наружной поверхностью сегментов и капсулой, мм;
δ2 - наибольшая толщина покрывного диска готового колеса, мм;
K2 - коэффициент усадки гранул по нормали к сегментам, мм;
4 - допуск на механическую обработку, мм.
Предлагаемый способ отличается, от прототипа тем, что при сборке заготовки вначале в капсулу устанавливают закладной элемент из материала колеса с конфигурацией боковой поверхности, соответствующей поверхности корытца скрытого проточного канала готового колеса, затем вставляют прокладки в виде сегментов, закрепленных одними концами на делителе, другими - на капсуле, с обеспечением одинакового расстояния между поверхностями, образующими межлопаточное пространство, определяемое соотношением:
где l1 - расстояние между сегментами, мм;
δ - толщина пера лопатки готового колеса, мм;
K - коэффициент усадки гранул по нормали к сегментам;
0,6 - припуск на химическое фрезерование, мм,
при этом сегменты выполняют с внутренней поверхностью, конгруэнтной боковой поверхности закладного элемента, и устанавливают их с зазором, определяемым из соотношения:
где l2 - расстояние между закладным элементом и сегментами, мм;
δ1 - наибольшая толщина пера лопатки у втулки, мм;
K1 - коэффициент усадки гранул по нормали к закладному элементу,
и с зазором со стенкой капсулы, определяемым из соотношения:
где l3 - расстояние между наружной поверхностью сегментов и капсулой, мм;
δ2 - наибольшая толщина покрывного диска готового колеса, мм;
K2 - коэффициент усадки гранул по нормали к сегментам;
4 - допуск на механическую обработку, мм.
где l1 - расстояние между сегментами, мм;
δ - толщина пера лопатки готового колеса, мм;
K - коэффициент усадки гранул по нормали к сегментам;
0,6 - припуск на химическое фрезерование, мм,
при этом сегменты выполняют с внутренней поверхностью, конгруэнтной боковой поверхности закладного элемента, и устанавливают их с зазором, определяемым из соотношения:
где l2 - расстояние между закладным элементом и сегментами, мм;
δ1 - наибольшая толщина пера лопатки у втулки, мм;
K1 - коэффициент усадки гранул по нормали к закладному элементу,
и с зазором со стенкой капсулы, определяемым из соотношения:
где l3 - расстояние между наружной поверхностью сегментов и капсулой, мм;
δ2 - наибольшая толщина покрывного диска готового колеса, мм;
K2 - коэффициент усадки гранул по нормали к сегментам;
4 - допуск на механическую обработку, мм.
Технический результат - снижение трудоемкости изготовления колеса и как следствие снижение себестоимости, повышение его качества и расширение номенклатуры.
Предлагаемый способ позволяет исключить предварительное изготовление лопаток и их подгонку к прокладкам при сборке заготовки за счет того, что вместо лопаток производят засыпку гранул из материала колеса, что значительно снижает трудоемкость изготовления колеса и его себестоимость. Кроме того обеспечивается возможность получения лопаток требуемой геометрии благодаря сведению к минимуму радиальных перемещений сегментов их формующих в процессе ГИП и прочного диффузионного соединения лопаток из гранул между собой, и закладным элементом, что повышает качество колеса. Предлагаемый способ позволяет расширить номенклатуру изготавливаемых колес за счет возможности их получения со скрытыми проточными каналами и тонкостенными лопатками сложного профиля.
ПРИМЕР.
Изготавливали центробежное колесо закрытого типа из сплава ВТ25, имеющее сложнопрофильные лопатки с толщиной кромок до 0,7 мм.
Была спроектирована и изготовлена капсула размером Д=430 мм, Н=240 мм. В нижнюю стальную полукапсулу поместили закладной элемент из титана ВТ25 с боковой поверхностью, соответствующей по конфигурации корытцу скрытого проточного канала колеса и смещенной к центру на 3 мм (1,5•δ1, где δ1 - наибольшая толщина пера лопатки у втулки). Затем установили 32 сегмента из стали 20, у которых боковые поверхности соответствуют требуемому профилю лопаток, а расстояние между ними равно толщине лопатки, увеличенной на величину припуска под химическое фрезерование, и усадку гранул, а внутренняя и наружная поверхности соответствуют профилю скрытого проточного канала готового колеса. Эти сегменты одними концами закрепили на делителе из стали 20, а другими - на капсуле.
Далее всю сборку закрывали верхней полукапсулой, также из стали 20, и производили соединение полукапсул аргоно-дуговой сваркой. После проверки на герметичность капсулу засыпали гранулами сплава ВТ25, вакуумировали и герметизировали электроннолучевой заваркой патрубка капсулы.
Горячее изостатическое прессование капсулы с гранулами проводили на газостате по режиму: t = 960oC, P=1500 атм, τ = 4 чac. После удаления стальных элементов капсулы, в том числе и сегментов, методом травления в растворе HNO3 получили центробежное колесо с лопатками и покрывным диском, у которого профиль и размеры лопаток и межлопаточного пространства отвечают заданным требованиям. Искажений профиля лопаток не отмечалось ввиду минимального радиального перемещения сегментов в процессе ГИП (1 мм). В результате прошедших диффузионных процессов граница соединения гранульной части и закладного элемента на микрошлифах проявляется весьма слабо, что свидетельствует о высоком качестве соединения лопаток с центральной частью колеса.
Себестоимость изготовления колеса составила 57 млн.руб. ввиду исключения из технологии предварительного изготовления титановых лопаток.
По прототипу также была изготовлена капсула Д=430 мм, Н=240 мм, состоящая из нижней и верхней полукапсул из стали 20, внутри которой размещались лопатки из титанового сплава ВТ25 в количестве 32 штук с прокладками между ними из стали 20. После сварки капсулы ее засыпали гранулами сплава ВТ25 и проводили технологические операции и режимы по прототипу. В результате было получено колесо с лопатками без покрывного диска. При исследовании колеса наблюдалось искажение профиля лопаток, что явилось следствием значительных радиальных перемещений лопаток с прокладками к центру (10 мм) в процессе ГИП капсулы. Кроме того, при оценки качества колеса пришлось контролировать зону соединения каждой лопатки с гранульной частью. Себестоимость изготовленного колеса составила 79 млн. руб.
Таким образом, предлагаемый способ расширяет номенклатуру центробежных колес за счет изготовления колес с тонкостенными сложнопрофильными лопатками и с покрывным диском, что позволит в случае использования их в авиационном двигателе повысить его КПД на 10%. Кроме того, предлагаемый способ позволит уменьшить трудоемкость изготовления колеса на 48-50% и снизить себестоимость получения колес с лопатками на 25-30%, повысить качество колес за счет исключения искажений геометрии лопаток и обеспечения надежного диффузионного соединения лопаток между собой и самим колесом.
Claims (1)
- Способ изготовления центробежного колеса с лопатками, включающий сборку заготовки, состоящей из капсулы с размещенными внутри прокладками, засыпку капсулы гранулами материала колеса, ее герметизацию, горячее изостатическое прессование и удаление прокладок, отличающийся тем, что при сборке заготовки вначале в капсулу устанавливают закладной элемент из материала колеса с конфигурацией боковой поверхности, соответствующей поверхности корытца скытого проточного канала готового колеса, затем вставляют прокладки в виде сегментов, закрепленных одними концами на делителе, другими на капсуле, с обеспечением одинакового расстояния между поверхностями, образующими межлопаточное пространство, определяемое соотношением
l1 = (δ + 0,6) : K,
где l1 - расстояние между сегментами, мм;
δ - толщина пера лопатки готового колеса, мм;
К - коэффициент усадки гранул по нормали к сегментам;
0,6 - припуск на химическое фрезерование, мм,
при этом сегменты выполняют с внутренней поверхностью, конгруэнтной боковой поверхности закладного элемента, и устанавливают их с зазором, определяемым из соотношения
l1 = [(1÷2)•δ1]:(1-K1),
где l2 - расстояние между закладным элементом и сегментами, мм;
δ1 - наибольшая толщина пера лопатки у втулки, мм;
К1 - коэффициент усадки гранул по нормали к закладному элементу,
и с зазором со стенкой капсулы, определяемым из соотношения
l3 = (δ2 + 4) : K2,
где l3 - расстояние между наружной поверхностью сегментов и капсулой, мм;
δ2 - наибольшая толщина покрывного диска готового колеса, мм;
К2 - коэффициент усадки гранул по нормали к сегментам;
4 - допуск на механическую обработку, мм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98122179A RU2151027C1 (ru) | 1998-12-07 | 1998-12-07 | Способ изготовления центробежного колеса с лопатками |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98122179A RU2151027C1 (ru) | 1998-12-07 | 1998-12-07 | Способ изготовления центробежного колеса с лопатками |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2151027C1 true RU2151027C1 (ru) | 2000-06-20 |
Family
ID=20213169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98122179A RU2151027C1 (ru) | 1998-12-07 | 1998-12-07 | Способ изготовления центробежного колеса с лопатками |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2151027C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2649188C2 (ru) * | 2016-05-11 | 2018-03-30 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Способ изготовления профильных дисков методом горячего изостатического прессования |
-
1998
- 1998-12-07 RU RU98122179A patent/RU2151027C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2649188C2 (ru) * | 2016-05-11 | 2018-03-30 | Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Способ изготовления профильных дисков методом горячего изостатического прессования |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4529452A (en) | Process for fabricating multi-alloy components | |
| US11305348B2 (en) | Methods for producing gas turbine engine rotors and other powdered metal articles having shaped internal cavities | |
| US3867060A (en) | Shroud assembly | |
| US4270256A (en) | Manufacture of composite turbine rotors | |
| US4575327A (en) | Enclosure for the hot-isostatic pressing of highly stressed workpieces of complex shape for turbomachines | |
| EP3095961B1 (en) | Gas turbine assembly and method for assembling the same | |
| EP2865482B1 (en) | Methods for the manufacture of gas turbine engine rotors including intra-hub stress relief features | |
| EP2666969B1 (en) | Turbine diaphragm construction | |
| EP2952687B1 (en) | Dual alloy turbine rotors and methods for manufacturing the same | |
| GB2274418A (en) | Unitary rotors having hollow blades and their manufacture | |
| EP3088105A1 (en) | Bladed gas turbine engine rotors having deposited transition rings and methods for the manufacture thereof | |
| SE446606B (sv) | Sett att framstella skovelringar och skivor med skovlar for roterande maskiner sasom kompressorer eller turbiner | |
| US20180149087A1 (en) | Aircraft components with porous portion and methods of making | |
| CN102767399A (zh) | 用于涡轮机的导流片以及制造方法 | |
| US4252011A (en) | Die assembly for use in forging operation | |
| RU2151027C1 (ru) | Способ изготовления центробежного колеса с лопатками | |
| CN104975886A (zh) | 用于压缩机或轴向涡轮机的涡轮区段的静叶承载器 | |
| US10138737B2 (en) | Rotor for turbine engine comprising blades with added platforms | |
| US10767496B2 (en) | Turbine blade assembly with mounted platform | |
| US10294804B2 (en) | Dual alloy gas turbine engine rotors and methods for the manufacture thereof | |
| RU2687855C1 (ru) | Способ изготовления моноколеса газотурбинного двигателя | |
| Magerramova et al. | Development of the Design and Technological Solutions for Manufacturing of Turbine Blisks by HIP Bonding of the PM Disks with the Shrouded Blades | |
| US11927101B1 (en) | Machine ring multi-slope tipshoe/tip shroud/outer air shroud |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101208 |