RU2302938C1

RU2302938C1 - Apparatus for mounting and fastening blades of gas turbine engines

Info

Publication number: RU2302938C1
Application number: RU2005132288/02A
Authority: RU
Inventors: Валерий Алексеевич Полетаев (RU); Валерий Алексеевич Полетаев; Юрий Николаевич Гущин (RU); Юрий Николаевич Гущин; Тать на Иольевна Крупенникова (RU); Татьяна Иольевна Крупенникова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн"
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-07-20

Abstract

FIELD: processes for manufacturing blades of compressor of gas turbine engines, namely operations for milling flow-through portions of blades, possibly for mounting and fastening blades with significantly large size of flow-through portions of blades.

SUBSTANCE: apparatus includes base, arranged on said base housing with groove, two mounting centers arranged on the same axle with possibility of motion along it; one closing center. Axis of closing center is normal to axes of mounting centers arranged in walls of housing groove at both sides relative to axis of closing center. On one wall of housing groove with mounting center there is basic surface. Spacing from said surface till axis of closing center is equal to distance between axis of part and its base end. Housing is in the form of frame having two struts and two cross bars. Groove for placing part is through one. Mounting centers are arranged in struts and closing center is arranged in cross bar of frame. Basic surface is formed on inner surface of one strut. Apparatus is provided with plates. Ends of plates are secured to opposite struts of frame at each side. On part of plates arranged over groove of frame threaded fastening members are mounted with possibility of axial motion.

EFFECT: increased rigidity and enhanced reliability of fastening parts at working, enlarged manufacturing possibilities of apparatus.

3 cl, 5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к технологии изготовления лопаток компрессора газотурбинных двигателей (ГТД), в частности, к операциям фрезерования проточной части лопаток, и может быть использовано при установке и закреплении лопаток, характеризующихся значительными размерами проточной части.The present invention relates to the manufacturing technology of compressor blades of gas turbine engines (GTE), in particular, to operations for milling the flow part of the blades, and can be used when installing and securing blades, characterized by significant dimensions of the flow part.

Лопатки компрессоров в качестве базовых (установочных) поверхностей, как правило, имеют три центровые отверстия (конусные фаски). Эти отверстия используются для установки детали в приспособлении при механической обработке профиля пера лопатки. То есть при обработке криволинейных поверхностей «спинки» и «корыта» лопатки.Compressor blades as a base (installation) surface, as a rule, have three center holes (conical chamfers). These holes are used to install the part in the fixture during machining of the profile of the feather blade. That is, when processing curved surfaces of the "back" and "trough" of the scapula.

Известно устройство для установки и закрепления деталей, имеющих в качестве базовых поверхностей три центровые отверстия. Устройство выполнено в виде корпуса, содержащего три конических центра для установки детали. Один из центров выполнен подвижным в осевом направлении и связан с приводом крепления детали (а.с. №495185, МКИ B23Q 3/00, 1973).A device is known for mounting and securing parts having three center holes as base surfaces. The device is made in the form of a housing containing three conical centers for mounting the part. One of the centers is made movable in the axial direction and is connected with the drive mounting parts (AS No. 495185, MKI B23Q 3/00, 1973).

Также известно устройство для установки и закрепления детали, преимущественно лопатки компрессора, по трем базовым отверстиям, содержащее основание, установленный на нем корпус в виде диска с пазом для установки в нем детали, два установочных центра, расположенных на одной оси с возможностью перемещения вдоль нее, и один замыкающий центр, ось которого перпендикулярна оси установочных центров; которые расположены в стенках паза корпуса по обе стороны от оси замыкающего центра. На одной из стенок паза корпуса выполнена базовая поверхность, расстояние от которой до оси замыкающего центра равно расстоянию между осью детали и ее базовым торцом (патент №2242349, МПК 7 В23Q 3/00, опубл.20.12. 2004).Also known is a device for installing and securing a part, mainly a compressor blade, along three base holes, comprising a base, a body mounted on it in the form of a disk with a groove for installing the part in it, two mounting centers located on the same axis with the possibility of moving along it, and one closing center, the axis of which is perpendicular to the axis of the installation centers; which are located in the walls of the groove of the housing on both sides of the axis of the closing center. A base surface is made on one of the walls of the housing groove, the distance from which to the axis of the closing center is equal to the distance between the axis of the part and its base end (patent No. 2242349, IPC 7 В23Q 3/00, publ. 20.12. 2004).

Недостатком обоих устройств является то, что установочные элементы приспособления используются не только для базирования детали, но и для ее закрепления. В результате этого возникают следующие дефекты, а именно:The disadvantage of both devices is that the installation elements of the device are used not only to base the part, but also to secure it. As a result of this, the following defects occur, namely:

1. Установочные элементы быстро изнашиваются и деформируются при закреплении. Это обусловлено тем, что: во-первых, для закрепления детали с помощью установочных и замыкающего центров необходимо прикладывать значительные усилия; во-вторых, в процессе резания центра воспринимают силы резания. При этом поверхности, на которых происходит закрепление, очень малы, то есть они испытывают большие контактные напряжения. Все это приводит к их деформации центров и в дальнейшем усталостному выкрашиванию, сколам, что снижает надежность закрепления детали.1. Installation elements wear out quickly and deform when fastened. This is due to the fact that: firstly, to fix the part with the help of installation and closing centers, it is necessary to apply considerable effort; secondly, in the process of cutting the center perceive cutting forces. At the same time, the surfaces on which the fixing takes place are very small, that is, they experience large contact stresses. All this leads to their deformation of the centers and further fatigue chipping, chips, which reduces the reliability of fixing the part.

2. Базовые поверхности детали в виде центровых отверстий имеют небольшие размеры, поэтому при их использовании для закрепления лопаток большой длины (от 400 до 1000 мм и хордой от 100 до 200 мм и более), при обработке возникают вибрации, вызванные нежесткостью детали в устройстве. То есть поверхности, за которые осуществляется закрепление детали, несоизмеримо малы по сравнению с размерами обрабатываемых поверхностей. Вибрации детали приводят к сколам инструмента, упругим отжатиям детали в процессе обработки, то есть к существенному снижению точности обработки.2. The base surfaces of the part in the form of center holes are small, therefore when used to fasten the blades of large length (from 400 to 1000 mm and the chord from 100 to 200 mm or more), vibrations occur during processing caused by the rigidity of the part in the device. That is, the surfaces for which the part is secured are disproportionately small in comparison with the dimensions of the machined surfaces. Vibrations of the part lead to chipping of the tool, elastic squeezing of the part during processing, that is, to a significant decrease in the accuracy of processing.

3. Закрепление осуществляется только по базовым поверхностям, тогда как проточная часть лопатки остается незафиксированной, что снижает ее жесткость.3. The fastening is carried out only on the base surfaces, while the flowing part of the blade remains unfixed, which reduces its rigidity.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является обеспечение жесткости детали при обработке за счет снабжения устройства для ее закрепления дополнительными элементами фиксации проточной части лопатки и разгрузки установочных и замыкающего центров, расположенных на базовых поверхностях. Это повышает надежность закрепления детали и расширяет технологические возможности устройства, обеспечивая возможность обработки деталей, характеризующихся большими типоразмерами и весом заготовки.The technical result to which the invention is directed is to ensure the rigidity of the part during machining by supplying the device for securing it with additional fixation elements for the flow part of the blade and unloading the installation and closing centers located on the base surfaces. This increases the reliability of securing the part and extends the technological capabilities of the device, providing the ability to process parts characterized by large sizes and weight of the workpiece.

Технический результат достигается тем, что устройство для установки и закрепления детали, преимущественно лопатки компрессора, по трем базовым отверстиям, содержит основание, установленный на нем корпус с пазом для детали, два установочных центра, расположенных на одной оси с возможностью перемещения вдоль нее, и один замыкающий центр, его ось перпендикулярна оси установочных центров, которые расположены в стенках паза корпуса по обе стороны от оси замыкающего центра. На одной из стенок паза корпуса выполнена базовая поверхность, расстояние от которой до оси замыкающего центра равно расстоянию между осью детали и ее базовым торцом.The technical result is achieved by the fact that the device for installing and securing the part, mainly the compressor blades, along the three base holes, contains a base, a body mounted on it with a groove for the part, two mounting centers located on the same axis with the possibility of movement along it, and one the locking center, its axis is perpendicular to the axis of the mounting centers, which are located in the walls of the groove of the housing on both sides of the axis of the locking center. A base surface is made on one of the walls of the housing groove, the distance from which to the axis of the closing center is equal to the distance between the axis of the part and its base end.

Новым в изобретении является то, что корпус выполнен в виде рамы, образованной двумя стойками и двумя ригелями, паз для установки в нем детали расположен между ними и выполнен сквозным, базовая поверхность выполнена на внутренней поверхности одной из стоек, замыкающий центр расположен в ригеле рамы, а установочные центры в стойках, при этом устройство снабжено съемными пластинами, расположенными с каждой из сторон рамы, концы пластин закреплены на противоположных стойках, и на части пластин, расположенных над пазом рамы, установлены резьбовые крепежные элементы, имеющие возможность осевого перемещения.New in the invention is that the casing is made in the form of a frame formed by two posts and two crossbars, the groove for installing parts in it is located between them and made through, the base surface is made on the inner surface of one of the posts, the closing center is located in the frame crossbar, and the installation centers are in racks, while the device is equipped with removable plates located on each side of the frame, the ends of the plates are fixed on opposite racks, and threads are installed on the part of the plates located above the groove of the frame New fasteners with axial movement.

Для обеспечения возможности обработки пера лопатки с обеих сторон, основание выполнено в виде угольника, имеющего две взаимно перпендикулярные плоскости, рама установлена на одной из плоскостей и ориентирована относительно нее с помощью штифтов, оси которых расположены на одинаковом расстоянии от оси замыкающего центра.To enable the blade feather to be processed on both sides, the base is made in the form of a square having two mutually perpendicular planes, the frame is mounted on one of the planes and oriented relative to it using pins whose axes are located at the same distance from the axis of the closing center.

Для улучшения фиксации пера лопатки за счет максимального приближения пластин к перу, они расположены на различном расстоянии от плоскости, проходящей через оси установочных и замыкающего центров.To improve the fixation of the feather of the blade due to the maximum approximation of the plates to the feather, they are located at different distances from the plane passing through the axis of the installation and closing centers.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

фиг.1 - фронтальный вид устройства, с установленной лопаткой при обработке спинки;figure 1 is a front view of the device with the blade installed when processing the back;

фиг.2 - то же, вид с боку;figure 2 is the same view from the side;

фиг.3 - чертеж установочного центра, вид I;figure 3 is a drawing of the installation center, view I;

фиг.4 - тоже, вид II;figure 4 - also, view II;

фиг 5 - чертеж замыкающего центра.Fig 5 is a drawing of the closing center.

Устройство для установки и закрепления лопатки 1 (фиг.1) компрессора по трем базовым отверстиям 2, 3, 4 содержит основание 5, на котором установлен корпус, выполненный в виде рамы, образованной двумя стойками 6 и двумя ригелями 7. Между стойками 6 и ригелями 7 рамы выполнен сквозной паз 8 для установки в нем лопатки 1. Внутри паза 8 на внутренней поверхности одной из стоек 6 выполнена базовая поверхность 9 (фиг.3). Базовая поверхность 9 может быть также выполнена на регулирующей проставке 10 (фиг.3). В стойках 6 вдоль оси Y расположены два установочных центра 11 (фиг.3) и 12 (фиг.4), имеющие возможность осевого перемещения. В одном из ригелей 7 расположен замыкающий центр 13 (фиг.5), ось Х которого перпендикулярна оси Y. Базовая поверхность 9 выполнена параллельной оси X, и расстояние А между ними равно расстоянию между осью лопатки 1, совпадающей с осью X, и ее базовым торцом 14 (фиг.1).A device for installing and securing a compressor blade 1 (Fig. 1) along three base holes 2, 3, 4 comprises a base 5 on which a housing is mounted, made in the form of a frame formed by two posts 6 and two crossbars 7. Between the posts 6 and crossbars 7 of the frame, a through groove 8 is made for installing the blades 1. Inside the groove 8, on the inner surface of one of the racks 6, a base surface 9 is made (Fig. 3). The base surface 9 can also be made on the regulatory spacer 10 (figure 3). In the racks 6 along the Y axis are two installation centers 11 (Fig.3) and 12 (Fig.4), with the possibility of axial movement. In one of the crossbars 7, there is a closing center 13 (Fig. 5), the X axis of which is perpendicular to the Y axis. The base surface 9 is parallel to the X axis, and the distance A between them is equal to the distance between the axis of the blade 1, which coincides with the X axis, and its base butt 14 (figure 1).

Устройство снабжено пластинами 15, концы которых закреплены на противоположных стойках 6 с обеих сторон рамы. На части пластин 15, расположенных над пазом 8 рамы, установлены резьбовые крепежные элементы 16 (фиг.2), имеющие возможность осевого перемещения.The device is equipped with plates 15, the ends of which are mounted on opposite racks 6 on both sides of the frame. On the part of the plates 15 located above the groove 8 of the frame, threaded fasteners 16 are installed (figure 2), with the possibility of axial movement.

Основание 5 выполнено в виде угольника, имеющего две взаимно перпендикулярные плоскости 17 и 18 (фиг.2), рама установлена на плоскости 18 и ориентирована относительно нее с помощью штифтов 19 (фиг.1), оси которых расположены на одинаковом расстоянии В/2 от оси Х замыкающего центра 13.The base 5 is made in the form of a square having two mutually perpendicular planes 17 and 18 (Fig. 2), the frame is mounted on the plane 18 and oriented relative to it with the help of pins 19 (Fig. 1), the axes of which are located at the same distance B / 2 from X axis of the closing center 13.

На поверхности стоек 6 с каждой из сторон рамы могут быть выполнены ступени 20 (фиг.2) различного уровня (или установлены прокладки), благодаря чему пластины 15 располагаются на таком расстоянии от плоскости, проходящей через оси Х и Y, при котором пластины 15 максимально приближены к перу лопатки 1.On the surface of the uprights 6, steps 20 (FIG. 2) of different levels (or gaskets) can be made on each side of the frame 6, due to which the plates 15 are located at such a distance from the plane passing through the X and Y axes at which the plates 15 are maximally close to the pen blades 1.

Работает устройство следующим образом. Деталь 1 (лопатка компрессора), имеющая в качестве базовых поверхностей три центровые базовые отверстия 2, 3, 4 и торец 14 на замке, положение которого относительно оси детали 1 определено размером А, устанавливается внутри рамы. При этом установочные центры 11 и 12 входят в соответствующие им центровые отверстия детали 2 и 3. Затем замыкающий центр 13 перемещают с помощью винта 21 вдоль оси Y до тех пор, пока базовый торец 14 замка лопатки 1 не прижмется к базовой поверхности 9 регулирующей проставки 10. При этом расстояние А между установочной поверхностью 9 и осью Х совпадает с расстоянием между базовым торцом 14 замка лопатки 1 и той же осью. Затем в центровое отверстие 4 детали вводится замыкающий центр 13 с помощью винта 22.The device operates as follows. Part 1 (compressor blade), having as its base surfaces three central base openings 2, 3, 4 and an end face 14 on the lock, the position of which relative to the axis of the part 1 is determined by size A, is installed inside the frame. In this case, the mounting centers 11 and 12 enter the corresponding center holes of the part 2 and 3. Then, the locking center 13 is moved with the screw 21 along the Y axis until the base end 14 of the paddle lock 1 is pressed against the base surface 9 of the adjusting spacer 10 In this case, the distance A between the mounting surface 9 and the X axis coincides with the distance between the base end 14 of the lock of the blade 1 and the same axis. Then, the closing center 13 is inserted into the center hole 4 of the part using the screw 22.

При такой установке положение детали определено однозначно. То есть центры 11 и 12 лишают деталь четырех степеней свободы (перемещений в направлении X, Z, вращении вокруг осей X, Z), поверхность 9 лишает пятой степени свободы (перемещений вдоль оси Y) и центр 13 - шестой степени свободы (вращения вокруг оси Y).With this setting, the position of the part is uniquely determined. That is, centers 11 and 12 deprive the part of four degrees of freedom (movements in the X, Z direction, rotation around the X, Z axes), surface 9 deprives the fifth degree of freedom (movements along the Y axis) and center 13 - the sixth degree of freedom (rotation around the axis Y).

После установки детали в корпусе осуществляется ее закрепление. Для чего к боковым поверхностям рамы 5, выполненным в виде ступеней 20 для максимального приближения к проточной части лопатки 1, устанавливают пластины 15. Причем пластины 15 устанавливаются как со стороны спинки, так и со стороны корыта лопатки 1. Затем в пластины 15 вворачиваются до соприкосновения с поверхностью проточной части лопатки резьбовые крепежные элементы - винты 16. После соприкосновения с поверхностью детали винты 16 контрятся в достигнутом положении с помощью гаек.After installing the part in the housing, it is secured. For this purpose, plates 15 are installed to the side surfaces of the frame 5, made in the form of steps 20 for maximum approximation to the flowing part of the blade 1. Moreover, the plates 15 are installed both from the back and from the side of the trough of the blade 1. Then they are screwed into the plates 15 until they touch with the surface of the flowing part of the blade, threaded fasteners are screws 16. After contact with the surface of the part, the screws 16 are locked in the reached position with the help of nuts.

Количество пластин 15, устанавливаемых в устройстве, зависит от длины проточной части лопатки 1, а количество винтов 16 в каждой пластине 15 определяется исходя из длины хорды проточной части лопатки 1 в том или ином сечении.The number of plates 15 installed in the device depends on the length of the flowing part of the blade 1, and the number of screws 16 in each plate 15 is determined based on the length of the chord of the flowing part of the blade 1 in one section or another.

После закрепления лопатки 1 в раме рама устанавливается на штифты 19 в основании 5 и закрепляется в нем с помощью болтов 23. Основание 5 устанавливается на металлорежущий станок (обычно четырех - пятикоординатный машинообрабатывающий центр с горизонтальным расположением шпинделя) и в этом положении деталь 1 обрабатывается со стороны спинки или корыта. При этом при приближении фрезы к той или иной пластине 15 ее снимают и устанавливают вновь только после обработки той части поверхности детали 1, которую она закрывала. После полной обработки детали 1 с одной стороны раму 5 раскрепляют, т.е. снимают болты 23 и переворачивают на противоположную сторону, устанавливают вновь в основании 5 на штифты 19 закрепляют болтами 23. При этом ось лопатки 1, установленной в раме, совпадает с осью X. После чего осуществляют обработку противоположной стороны детали 1. После ее полной обработки от рамы 5 открепляют пластины 15 с крепежными элементами 16 и деталь снимается с установочных центров 11, 12 и замыкающего центра 13 устройства. При установке следующей детали весь цикл повторяется.After fixing the blades 1 in the frame, the frame is mounted on the pins 19 in the base 5 and fixed in it using bolts 23. The base 5 is mounted on a metal cutting machine (usually a four-axis five-axis machining center with a horizontal spindle) and in this position part 1 is machined from the side backs or troughs. In this case, when the cutter approaches a particular plate 15, it is removed and installed again only after processing that part of the surface of the part 1 that it covered. After complete processing of the part 1, the frame 5 is unfastened on one side, i.e. remove the bolts 23 and turn it on the opposite side, reinstall it in the base 5 on the pins 19 and fix it with bolts 23. The axis of the blade 1 installed in the frame coincides with the X axis. After that, the opposite side of part 1 is machined the frames 5 detach the plates 15 with fasteners 16 and the part is removed from the installation centers 11, 12 and the closing center 13 of the device. When installing the next part, the entire cycle is repeated.

Данное устройство для установки и закрепления детали используется при фрезеровании лопаток вентилятора и компрессора низкого давления, имеющих длину проточной части от 400 до 1000 мм и ширину хорды от 100 до 200 мм и более. Устройство обеспечивает высокую жесткость детали, которая имеет значительные габаритные размеры и вес за счет ее фиксации не только по базовым поверхностям, но и по перу. Использование данного устройства позволяет также сохранить одни и те же базовые поверхности при обработке «спинки» и «корыта» проточной части лопатки, что существенно повышает точность обработки.This device for installing and securing the part is used when milling fan blades and a low pressure compressor having a flow length of 400 to 1000 mm and a chord width of 100 to 200 mm or more. The device provides high rigidity of the part, which has significant overall dimensions and weight due to its fixation not only on the base surfaces, but also on the pen. Using this device also allows you to save the same base surface when processing the "back" and "trough" of the flowing part of the blade, which significantly increases the accuracy of processing.

Claims

1. A device for installing and securing a part, mainly a compressor blade, along three base holes, containing a base, a housing mounted on it with a groove for installing the part in it, two mounting centers located on the same axis with the possibility of movement along it, and one locking a center whose axis is perpendicular to the axis of the installation centers, which are located in the walls of the housing groove on both sides of the axis of the closing center, while on one of the walls of the groove of the housing with the installation center, a basic rotation is made a distance from which to the axis of the closing center is equal to the distance between the axis of the part and its base end, characterized in that it is provided with plates, and the body is made in the form of a frame formed by two posts and two crossbars, the groove for installing the part in it is made through, the installation centers are located in the racks, and the closing center is in the crossbar of the frame, the base surface is made on the inner surface of one of the racks, the ends of the plates are fixed on opposite racks of the frame on each side, on the part of the plates located al frame groove, threaded fasteners are installed with the possibility of axial displacement.

2. The device according to claim 1, characterized in that the base is made in the form of a square having two mutually perpendicular planes, the frame is mounted on one of the planes and oriented relative to it using pins, the axes of which are located at the same distance from the axis of the closing center.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the plates are located at different distances from the plane passing through the axis of the installation and trailing centers.