RU2258869C1

RU2258869C1 - Method for manufacturing flame tube of aircraft gas-turbine engine combustion chamber

Info

Publication number: RU2258869C1
Application number: RU2004104599/06A
Authority: RU
Inventors: П.Г. Иванов (RU); П.Г. Иванов; В.И. Сизов (RU); В.И. Сизов; В.В. Шамин (RU); В.В. Шамин
Original assignee: Акционерное общество открытого типа Авиамоторный научно-технический комплекс "Союз"
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-08-20
Also published as: RU2004104599A

Abstract

FIELD: aeronautical engineering; manufacture of cooled flame tubes for various combustors.

SUBSTANCE: proposed method for flame tube manufacture includes formation of waterwall annular shell with longitudinal fins and external wall of flame tube; placement of solder in-between; assembly of waterwall and tube wall; their relative fixation and soldering to form isolated longitudinal ducts for passing cooling air. Solder is applied by vacuum-plasma evaporation on inner surface of tube wall. When assembling waterwall with tube wall, the latter is disposed for contacting waterwall fins with clearance up to 1.5 mm being provided above one of its fins. Upon assembly waterwall fins are joined with inner surface of tube wall by resistance roller-spot welding over circumference of the latter at least in three zones, whereupon they are joined together by vacuum soldering. After soldering clearance in tube wall is sealed by welding wall edges over generating line.

EFFECT: enhanced quality and operating reliability of flame tube.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к способу изготовления жаровой трубы камеры сгорания газотурбинного двигателя с туннельным охлаждением и может быть также использовано при изготовлении охлаждаемых жаровых труб различных топочных устройств.The invention relates to aeronautical engineering, in particular to a method for manufacturing a flame tube of a combustion chamber of a gas turbine engine with tunnel cooling and can also be used in the manufacture of cooled flame tubes of various combustion devices.

В настоящее время широко используются конструкции стенок жаровой трубы камер сгорания газотурбинных двигателей с туннельным охлаждением. Эффективность охлаждения труб зависит от толщины стенок, размеров поперечного сечения каналов и их длины. Определяющим фактором в конструкции таких стенок является высокая теплопередача от горячей рабочей поверхности камеры (экрана) через его ребра к наружной поверхности (стенке) и создание охлаждающего пленочного защитного слоя воздуха, проходящего через туннельные каналы (см. патент США №3572031, МПК 7 F 02 C 7/18, 11.07.1969 г.).Currently, the designs of the walls of the flame tube of the combustion chambers of gas turbine engines with tunnel cooling are widely used. The cooling efficiency of pipes depends on the wall thickness, the dimensions of the cross-section of the channels and their length. The determining factor in the design of such walls is high heat transfer from the hot working surface of the chamber (screen) through its ribs to the outer surface (wall) and the creation of a cooling film protective layer of air passing through the tunnel channels (see US patent No. 3572031, IPC 7 F 02 C 7/18, 07/11/1969).

В известном устройстве жаровые трубы камеры сгорания изготавливают путем раскроя листовых заготовок стенки и экрана жаровой трубы. Затем выполняют ребра на заготовке экрана, формуют листовые заготовки для получения цилиндрических или конических обечаек, сваривают их по образующей, после чего проводят совместную калибровку, никелируют поверхности деталей под пайку, раскраивают и подготавливают ленточный припой, устанавливают и прихватывают его на ребрах экрана с помощью сварки. Производят сборку обечаек и их взаимную фиксацию, после чего устанавливают на оправку для пайки, закрывают контейнером, выполненным из тонкой оболочки, и сваривают последний с дном оправки, проверяют на герметичность, устанавливают контейнер на специальный манипулятор загрузочного устройства и помещают узел в высокотемпературную камерную печь, где осуществляют пайку при вращении вокруг горизонтальной оси узла. По окончании пайки производят вскрытие контейнера, срезает швы с двух торцов, калибруют узел и производят контроль изделия.In the known device, the flame tubes of the combustion chamber are made by cutting sheet blanks of the wall and screen of the flame tube. Then, ribs are made on the screen blank, sheet blanks are formed to produce cylindrical or conical shells, welded along the generatrix, then they are calibrated together, the surfaces of the parts are nickel-plated for brazing, the tape solder is cut and prepared, and it is mounted and grasped on the edges of the screen by welding . The shells are assembled and mutually fixed, then installed on the soldering mandrel, closed with a container made of a thin shell, and the latter is welded with the bottom of the mandrel, checked for leaks, set the container on a special manipulator of the loading device, and place the assembly in a high-temperature chamber furnace, where soldering is carried out during rotation around the horizontal axis of the assembly. At the end of soldering, the container is opened, cuts off the seams from two ends, calibrate the assembly and perform product inspection.

Однако этот способ не обеспечивает надежности работы жаровой трубы из-за имеющих место непропаев по ребрам и заплавления каналов охлаждения.However, this method does not ensure the reliability of the flame tube due to the occurrence of non-grooves along the ribs and the melting of the cooling channels.

Задачей изобретения является повышение качества пайки и повышение надежности работы жаровой трубы.The objective of the invention is to improve the quality of soldering and increase the reliability of the flame tube.

Указанный технический результат достигается тем, что при способе изготовления жаровой трубы камеры сгорания авиационного газотурбинного двигателя, заключающемся в формировании кольцевой обечайки экрана с продольными ребрами и наружной стенки жаровой трубы, размещением припоя между ними, сборке экрана со стенкой, их относительной фиксации и пайке с образованием продольных изолированных каналов для охлаждающего воздуха, припой наносят путем вакуумно-плазменного напыления на внутреннюю поверхность стенки, при сборке экрана со стенкой последнюю располагают с возможностью контакта с ребрами экрана с зазором до 1,5 мм над одним из его ребер, после сборки осуществляют соединение ребер экрана с внутренней поверхностью стенки контактной роликовой сваркой по окружности последней не менее чем в трех поясах, после чего производят пайку в вакуумной печи, после пайки заваривают зазор на стенке, сваривая ее кромки по образующей. Припой ВПр 24 напыляют толщиной от 0,05 до 0,08 мм, а пайку в вакуумной печи проводят в течение интервала времени до 15 минут при температуре 1220-1230°С в вакууме 5·10^-3-1·10^-4 мм ртутного столба.The specified technical result is achieved by the fact that with the method of manufacturing the flame tube of the combustion chamber of an aircraft gas turbine engine, which consists in forming an annular shell of the screen with longitudinal ribs and the outer wall of the flame tube, placing solder between them, assembling the screen with the wall, their relative fixation and soldering to form longitudinal isolated channels for cooling air, solder is applied by vacuum-plasma spraying on the inner surface of the wall, when assembling the screen with the wall the latter is placed with the possibility of contact with the edges of the screen with a gap of up to 1.5 mm above one of its edges, after assembly, the edges of the screen are connected to the inner surface of the wall by contact roller welding around the circumference of the latter in at least three zones, and then soldered in vacuum furnace, after soldering, weld a gap on the wall, welding its edges along the generatrix. VPR 24 solder is sprayed with a thickness of 0.05 to 0.08 mm, and brazing in a vacuum furnace is carried out for a time interval of up to 15 minutes at a temperature of 1220-1230 ° C in a vacuum of 5 · 10 ^-3 -1 · 10 ^-4 mm mercury pillar.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлена конструкция жаровой трубы камеры сгорания с туннельным охлаждением.Figure 1 shows the design of the flame tube of a tunnel-cooled combustion chamber.

На фиг.2 представлен элемент А фиг.1 после сборки и контактной сварки ребер экрана с наружной стенкой стенкой.Figure 2 presents the element A of figure 1 after assembly and resistance welding of the edges of the screen with the outer wall of the wall.

На фиг.3 изображено сечение В-В фиг.2Figure 3 shows a section bb In figure 2

Жаровая труба камеры сгорания с туннельным охлаждением состоит из наружной стенки 1, экрана 2 с ребрами 3 и каналов охлаждения 4.The flame tube of a tunnel-cooled combustion chamber consists of an outer wall 1, a screen 2 with ribs 3, and cooling channels 4.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Из листовых заготовок выкраиваются заготовки наружной стенки 1 и экрана 2 жаровой трубы. На заготовке экрана 2 электрохимическим или механическим способом получают ребра 3. При помощи гибки листовых заготовок экрана 2 и наружной стенки 1 получают цилиндрические или конические обечайки. Обечайки экрана 2 сваривают по образующей, получая кольцо. Замыкающий шов образуют сваркой двух ребер, образуя широкое ребро 5.From the sheet blanks, blanks of the outer wall 1 and the screen 2 of the flame tube are cut out. On the blank of the screen 2, ribs 3 are obtained by electrochemical or mechanical means. By bending the sheet blanks of the screen 2 and the outer wall 1, cylindrical or conical shells are obtained. The shells of the screen 2 are welded along a generatrix to obtain a ring. A closing seam is formed by welding two ribs, forming a wide rib 5.

Наносят припой ВПр 24 путем вакуумно-плазменного напыления на внутреннюю поверхность наружной стенки 1 на установке МАП-1. Осуществляют сборку обечаек экрана 2 и наружной стенки 1 с предварительной их взаимной фиксацией по торцам, например с помощью конденсаторной точечной сварки с использованием ленточных хомутиков. Таким образом, припой оказывается между ними. При сборке экрана 2 с наружной стенкой 1 последнюю располагают над экраном 2 с возможностью контакта с его ребрами 3, с зазором до 1,5 мм, например, над одним из его широких ребер 5, после сборки осуществляют соединение ребер 3 экрана 2 с внутренней поверхностью наружной стенки 1 контактной роликовой сваркой по окружности последней не менее чем в трех поясах 6, после чего производят пайку в вакуумной печи. Пайку узлов осуществляют в вакуумной шахтной печи в стационарном положении с вертикальным расположением оси узлов.VPR 24 solder is applied by vacuum-plasma spraying on the inner surface of the outer wall 1 on the MAP-1 installation. The shells of the screen 2 and the outer wall 1 are assembled with their preliminary fixation at the ends, for example, by means of condenser spot welding using tape clamps. Thus, the solder is between them. When assembling the screen 2 with the outer wall 1, the latter is placed above the screen 2 with the possibility of contact with its ribs 3, with a gap of up to 1.5 mm, for example, over one of its wide ribs 5, after assembly, the ribs 3 of the screen 2 are connected to the inner surface the outer wall 1 by contact roller welding around the circumference of the latter in at least three zones 6, after which they are brazed in a vacuum oven. The soldering of the nodes is carried out in a vacuum shaft furnace in a stationary position with a vertical arrangement of the axis of the nodes.

После пайки заваривают зазор замыкающего шва на наружной стенке 1, сваривая ее кромки по образующей и затем производят калибровку секции на окончательный размер, заданный чертежом. Припой напыляют толщиной от 0,05 до 0,08 мм, а пайку в вакуумной печи проводят в течение интервала времени до 15 минут при температуре 1220-1230°С в вакууме 5·10^-3-1·10^-4 мм ртутного столба.After soldering, the gap of the closing seam is welded on the outer wall 1, welding its edges along the generatrix, and then the sections are calibrated to the final size specified by the drawing. The solder is sprayed with a thickness of 0.05 to 0.08 mm, and the soldering in a vacuum oven is carried out for a period of time up to 15 minutes at a temperature of 1220-1230 ° C in a vacuum of 5 · 10 ^-3 -1 · 10 ^-4 mm of mercury.

Толщина слоя припоя 0,05 мм на поверхности определяется достаточностью количества припоя для получения надежного паяного соединения. При толщинах нанесенного слоя более 0,08 мм в процессе расплавления припой может собираться в отдельных местах в капли, которые могут частично перекрывать сечение каналов охлаждения, вызывая неравномерное распределение воздуха по ним, которое может привести к местным перегревам стенки 1.The thickness of the solder layer 0.05 mm on the surface is determined by the sufficiency of the amount of solder to obtain a reliable solder connection. When the thickness of the deposited layer is more than 0.08 mm, the solder can be collected in separate places in droplets that can partially overlap the cross-section of the cooling channels, causing an uneven distribution of air over them, which can lead to local overheating of the wall 1.

Величина зазора в стенке 1 порядка 1,5 мм выбирается исходя из условий точности изготовления стеки жаровой трубы. Увеличение зазора более 1,5 мм приводит к заплавлению каналов для охлаждающего воздуха.The size of the gap in the wall 1 of the order of 1.5 mm is selected based on the accuracy conditions for the manufacture of stacks of the flame tube. An increase in the gap of more than 1.5 mm leads to the melting of the channels for cooling air.

Для защиты от окисления поверхности пайка производится в вакуумной печи с разряжением 5·10^-3-1·10^-4мм ртутного столба по отработанной технологии для такого типа соединений.To protect against surface oxidation, the soldering is carried out in a vacuum furnace with a discharge of 5 · 10 ^-3 -1 · 10 ^-4 mm of mercury column according to the proven technology for this type of compounds.

Температура процесса 1220-1230°С выбрана из условия получения расплавленного припоя с необходимыми заданными технологическими свойствами.The temperature of the process 1220-1230 ° C is selected from the conditions for obtaining molten solder with the required specified technological properties.

Время процесса пайки выбрано до 15 мин, что обеспечивает полное формирование паяного соединения и прочностные характеристики за счет полноты прохождения диффузионных процессов.The soldering process time was selected up to 15 min, which ensures the complete formation of the solder joint and strength characteristics due to the completeness of the passage of diffusion processes.

Сочетание вышеперечисленных операций, проводимых в такой последовательности, позволило повысить качество и надежность изготавливаемых жаровых труб за счет улучшения соединения ребер 3,5 экрана 2 со стенкой 1 жаровой трубы и предотвращения заплавления каналов 4 и, следовательно, позволило предотвратить возможность перегрева и прогара жаровых труб камеры сгорания.The combination of the above operations, carried out in such a sequence, made it possible to improve the quality and reliability of the manufactured flame tubes by improving the connection of the ribs 3.5 of the screen 2 with the wall 1 of the flame tube and preventing the channels 4 from fusing and, therefore, prevented the possibility of overheating and burnout of the chamber flame tubes combustion.

Claims

1. A method of manufacturing a flame tube of a combustion chamber of an aircraft gas turbine engine, which consists in forming an annular shell of the screen with longitudinal ribs and the outer wall of the flame tube, placing solder between them, assembling the screen with the wall, their relative fixation and soldering to form longitudinal isolated channels for cooling air , while the solder is applied by vacuum-plasma spraying on the inner surface of the wall, when assembling the screen with the wall, the latter is placed with the possibility of contact with edges of the screen with a gap of up to 1.5 mm above one of its edges, after assembly, the edges of the screen are connected to the inner surface of the wall by contact roller welding along the circumference of the latter in at least three zones, then they are brazed in a vacuum oven, after brazing, the gap is welded on the wall, welding its edges along the generatrix.

2. The method according to claim 1, characterized in that the VPR 24 solder is sprayed with a thickness of 0.05 to 0.08 mm, and the soldering in a vacuum oven is carried out for a period of time up to 15 minutes at a temperature of 1220-1230 ° C in vacuum 5 · 10 ^-3 -1 · 10 ^-4 mm Hg.