RU2478796C1 - Manufacturing method of integrated blisk with cooled moving blades, integrated blisk and cooled blade for gas turbine engine - Google Patents

Manufacturing method of integrated blisk with cooled moving blades, integrated blisk and cooled blade for gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2478796C1
RU2478796C1 RU2011133316/02A RU2011133316A RU2478796C1 RU 2478796 C1 RU2478796 C1 RU 2478796C1 RU 2011133316/02 A RU2011133316/02 A RU 2011133316/02A RU 2011133316 A RU2011133316 A RU 2011133316A RU 2478796 C1 RU2478796 C1 RU 2478796C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blades
blade
zone
disk
long
Prior art date
Application number
RU2011133316/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011133316A (en
Inventor
Любовь Александровна Магеррамова
Евгений Павлович Кратт
Валентин Васильевич Ясинский
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority to RU2011133316/02A priority Critical patent/RU2478796C1/en
Publication of RU2011133316A publication Critical patent/RU2011133316A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2478796C1 publication Critical patent/RU2478796C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: individual cooled blades from monocrystalline alloy is attached to a disc part from granulated alloy into a solid part by hot isostatic pressing (HIP) in the zone where long-term strengths of those alloys are similar at one and the same temperature in a continuous operating mode. Shaped part, path flange and some part of the root with a cooling air supply branch pipe via a shaped channel to any of the blades are located outside the HIP influence zone; blade roots are aligned with the disc, and mainly end-to-end. Zone of similar long-term strength of both alloys is pre-determined as per long-term strength curves of alloys. Cooled blade includes the air cooling system comprising the air supply device to the blade in the form of an inlet branch pipe or holes in the root, air distribution channels to the shaped part and in the blade shaped part itself, which are located above a certain zone equal approximately to long-term strength of alloys of blades and disc part.
EFFECT: increasing strength, service life and reducing the weight of the turbine impeller for full-size high-temperature gas turbine engines, including high-temperature gas turbine engines with long service life, which are used in aviation, space and ground facilities, and in industrial power engineering.
6 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, точнее к осевым турбинам и компрессорам газотурбинных двигателей, а конкретно к способу изготовления биметаллических блисков с охлаждаемыми лопатками, в том числе высокотемпературных газотурбинных двигателей большого ресурса.The invention relates to the field of engine building, more specifically to axial turbines and compressors of gas turbine engines, and in particular to a method for the manufacture of bimetallic blisk with cooled blades, including high-temperature gas turbine engines with a long resource.

Известно интегральное рабочее колесо турбины неохлаждаемыми монокристаллическими лопатками, отлитыми одновременно и совместно с одним или двумя (наружным и внутренним) кольцами, так называемые «блинги» (ЕР 1728971 от 05.31.2005, опубл. 2006). При этом литейная форма колец с лопатками расположена перпендикулярно росту кристаллов от затравок во все лопатки одновременно. Полученный таким образом блинг соединяется с диском из другого металлического сплава диффузионной сваркой при высокой температуре и давлении или изостатическим прессованием в интегральное рабочее колесо. Такая конструкция предназначается только для малоразмерных двигателей с неохлаждаемыми лопатками и ободом диска.The integral impeller of a turbine is known to have uncooled single-crystal blades, cast simultaneously and together with one or two (outer and inner) rings, the so-called “blings” (EP 1728971 from 05.31.2005, publ. 2006). In this case, the casting form of rings with blades is perpendicular to the growth of crystals from seeds in all blades at the same time. The bling thus obtained is connected to a disk of another metal alloy by diffusion welding at high temperature and pressure or by isostatic pressing into an integral impeller. This design is intended only for small engines with uncooled blades and a disk rim.

Известно также изготовление рабочего колеса механической сборкой отдельно отлитых охлаждаемых лопаток с отдельно изготовленным диском с помощью замковых соединений, например типа "елочный замок" (Манушин Э.А., Суровцев И.Г. Конструирование и расчет на прочность турбомашин ГТД и комбинированных установок. М.: Машиностроение. 1990. С.93-98). Охлаждение лопаток осуществляется воздухом, для подвода которого в профильной части лопатки и в самом замковом соединении имеются каналы. Замковое соединение частично гасит колебания лопаток. Такая конструкция рабочего колеса из-за особенностей конфигурации замковой части имеет много мест концентрации напряжений, что ограничивает ресурс, приводит к утяжелению диска. Рабочие колеса с разъемными соединениями диска и лопаток часто не позволяют разместить необходимое по газодинамической эффективности количество лопаток из-за ограничения, которым является прочность замкового соединения. Кроме того, операция изготовления зубьев для замкового соединения (операция протяжки) дорогостоящая.It is also known that the impeller is manufactured by mechanical assembly of separately cast cooled blades with a separately manufactured disk using lock joints, for example, the "Christmas tree lock" type (Manushin E.A., Surovtsev I.G. Design and strength analysis of gas turbine engines and combined installations. M .: Mechanical Engineering. 1990. S.93-98). The blades are cooled by air, for the supply of which there are channels in the profile part of the blade and in the castle connection itself. The castle joint partially dampens the vibrations of the blades. This design of the impeller due to the configuration of the locking part has many places of stress concentration, which limits the resource, leads to a heavier disk. Impellers with detachable joints of the disk and blades often do not allow to place the number of blades necessary for gas-dynamic efficiency due to the limitation, which is the strength of the locking joint. In addition, the operation of manufacturing the teeth for the locking connection (broaching operation) is expensive.

Способа изготовления и интегрального блиска с охлаждаемыми лопатками, пригодного для широкого класса турбин, в том числе высокотемпературных турбин большого ресурса, в информационных источниках не выявлено. Под интегральным блиском понимается рабочее колесо турбины - дисковая часть и лопатки как единая деталь.A manufacturing method and integral blisk with cooled blades suitable for a wide class of turbines, including high-temperature turbines with a long resource, were not found in information sources. Integral glare refers to the impeller of a turbine - the disk part and blades as a single part.

Проблема соединения охлаждаемых лопаток с дисковой частью, в частности для высокотемпературных турбин большого ресурса, в единую деталь состоит в том, что процесс соединения этих компонент при высоких температурах и давлении методом, например, горячего изостатического прессования (ГИП), позволяющий прочно соединить названные компоненты (лопатки и дисковую часть), не позволяет сохранить каналы охлаждения в лопатках.The problem of connecting the cooled blades to the disk part, in particular for high-temperature long-life turbines, into a single detail is that the process of connecting these components at high temperatures and pressure by the method of, for example, hot isostatic pressing (GUI), which allows you to firmly connect these components ( blades and disk part), does not allow to keep cooling channels in the blades.

В основу изобретения положена задача повышения ресурса и облегчение конструкции рабочего колеса высокотемпературных турбин газотурбинных двигателей, в том числе предназначенных для длительной эксплуатации, за счет исключения замковой части и соединения охлаждаемых лопаток с дисковой частью в единую деталь интегрального блиска.The basis of the invention is the task of increasing the resource and facilitating the design of the impeller of high-temperature turbines of gas turbine engines, including those intended for long-term operation, by eliminating the locking part and connecting the cooled blades to the disk part in a single integral blisk detail.

Техническим результатом является прочное соединение охлаждаемых лопаток и дисковой части в единую деталь интегрального блиска без изменения их конфигурации, в частности сохранения охлаждающих каналов в лопатках.The technical result is a solid connection of the cooled blades and the disk part into a single part of the integral blisk without changing their configuration, in particular the preservation of the cooling channels in the blades.

Другим техническим результатом является уменьшение массы рабочего колеса турбины.Another technical result is to reduce the mass of the impeller of the turbine.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления интегрального блиска с охлаждаемыми рабочими лопатками для газотурбинного двигателя, при котором отдельные охлаждаемые лопатки, снабженные системой каналов для воздушного охлаждения, выполненные из одного металлического сплава, соединяют с дисковой частью, выполненной из другого металлического сплава согласно изобретению, предварительно определяют зону примерно равной длительной прочности сплавов, часть ножки, под расположенной на ней областью определенной зоны примерно равной длительной прочности, и дисковую часть капсулируют и располагают в аппарате в зоне воздействия ГИП, а профильную часть, трактовую полку, часть ножки над зоной примерно равной длительной прочности сплавов с системой охлаждения лопаток располагают вне зоны воздействия ГИП, после чего осуществляют воздействие процессом ГИП до соединения лопаток с дисковой частью в единую деталь в зоне примерно равной длительной прочности обоих сплавов.The problem is solved in that in a method of manufacturing an integrated blisk with cooled working blades for a gas turbine engine, in which individual cooled blades equipped with a system of channels for air cooling made of one metal alloy are connected to a disk part made of another metal alloy according to the invention , pre-determine a zone of approximately equal long-term strength of the alloys, part of the legs, under the region of a certain zone located on it, approximately of equal long-term strength, and the disk part is encapsulated and placed in the apparatus in the area of the ISU exposure, and the profile part, the path shelf, part of the leg above the zone of approximately equal long-term strength of the alloys with the cooling system of the blades are located outside the zone of the ISU exposure, after which the ISU process is performed until the connection of the blades with the disk part into a single part in an area of approximately equal long-term strength of both alloys.

Охлаждаемые рабочие лопатки выполняют с четырехугольными в поперечном сечении удлиненными ножками и системой каналов для охлаждения, располагаемыми выше определенной зоны примерно равной длительной прочности обоих соединяемых сплавов, вставляют обработанными частями ножек в отверстия технологического кольца, припаивают к нему и шлифуют по внутреннему диаметру, заготовку диска из гранулируемого сплава, шлифуют и обрабатывают по гладкому наружному диаметру гранулами собственного сплава, полученное технологическое кольцо с лопатками устанавливают на обработанную наружную поверхность диска с натягом, после чего, приваривая к технологическому кольцу торцевые крышки, формируют капсулу вокруг диска и ножек лопаток так, что зона примерно равной длительной прочности обоих соединяемых сплавов расположена внутри капсулы, размещают капсулу в газостате таким образом, чтобы в зоне действия технологического процесса оказалась только капсула с содержимым, проводят процесс ГИП, после чего удаляют элементы капсулы и технологическое кольцо механической обработкой и вытравливанием, оформляют радиусы на диске в местах соединения дисковой части с лопатками, например, электрохимией, проводят окончательную механическую и финишную термообработку.Cooled working blades are made with elongated legs quadrangular in cross section and a system of cooling channels located above a certain area of approximately equal long-term strength of the two alloys to be joined, inserted into the holes of the process ring with the processed parts of the legs, soldered to it and ground along its inner diameter, the disk blank is made of granular alloy, grind and process on a smooth outer diameter with granules of its own alloy, the resulting process ring with blades and installed on the machined outer surface of the disk with an interference fit, after which, by welding the end caps to the process ring, they form a capsule around the disk and blade legs so that a zone of approximately equal long-term strength of both joined alloys is located inside the capsule, place the capsule in a gas bath so that only the capsule with the contents was in the zone of the technological process, the GUI process is carried out, after which the capsule elements and the technological ring are removed by machining and etching By using the method, they make out the radii on the disk at the junction of the disk part with the blades, for example, by electrochemistry, and carry out the final mechanical and finishing heat treatment.

Зону примерно равной длительной прочности обоих сплавов определяют расчетом или моделированием по кривым длительной прочности.The zone of approximately equal long-term strength of both alloys is determined by calculation or modeling along the curves of long-term strength.

Поставленная задача решается также тем, что интегральный блиск с охлаждаемыми лопатками для газотурбинного двигателя, лопатки которого из одного металлического сплава, в том числе монокристаллического, соединены в одну деталь с дисковой частью из другого металлического сплава, в том числе гранулируемого, горячим изостатическим прессованием (ГИП) согласно вышеизложенному способу изготовления.The problem is also solved by the fact that the integrated blisk with cooled blades for a gas turbine engine, the blades of which from one metal alloy, including single-crystal, are connected in one piece with a disk part from another metal alloy, including granular, by hot isostatic pressing (GUI ) according to the above manufacturing method.

Поставленная задача, кроме того, решается также тем, что охлаждаемая рабочая лопатка для интегрального блиска турбины содержит систему воздушного охлаждения, включающую устройство подачи воздуха в лопатку в виде входного патрубка или отверстий в ножке, каналы распределения воздуха в профильную часть и в самой профильной части лопатки, расположенные выше определенной зоны соединения лопаток и дисковой части, и трубки подвода воздуха к устройству подачи, размещенные между основной дисковой частью блиска и покрывными дисками и подсоединенными к устройству подачи воздуха.The task, in addition, is also solved by the fact that the cooled working blade for the integral blisk of the turbine contains an air cooling system, including a device for supplying air to the blade in the form of an inlet pipe or holes in the leg, air distribution channels in the profile part and in the profile part of the blade located above a certain zone of connection of the blades and the disk part, and the air supply tube to the supply device, located between the main disk part of the blisk and the cover discs and connected nnym to the air supply device.

Предлагаемое изобретение в дальнейшем поясняется описанием и примером конкретного выполнения и рисунками, на которых приведено:The invention is further illustrated by a description and an example of a specific implementation and drawings, which show:

рис.1 - схема интегрального блиска с охлаждаемыми лопатками и с подачей воздуха в лопатку через отверстия в ножке выше зоны соединения с дисковой частью,Fig. 1 - diagram of an integrated blisk with cooled blades and with air supply to the blade through holes in the leg above the zone of connection with the disk part,

рис.2 - принципиальная схема системы охлаждения лопаток с подачей охлаждающего воздуха через специальный патрубок и профилированный канал, которые находятся выше зоны соединения лопаток с дисковой частью,Fig. 2 is a schematic diagram of a blade cooling system with a supply of cooling air through a special pipe and a profiled channel, which are located above the zone of connection of the blades with the disk part,

рис.3 - твердотельная модель охлаждаемой рабочей лопатки (рис.2) до зоны соединения (6) с дисковой частью,Fig. 3 - solid-state model of the cooled working blades (Fig. 2) to the zone of connection (6) with the disk part,

рис.4 - технологическое кольцо,Fig. 4 - technological ring,

рис.5 - сборка лопаток и диска в капсуле,Fig. 5 - assembly of the blades and disk in the capsule,

рис.6 - полученный интегральный блиск с охлаждаемыми лопатками согласно изобретению,Fig. 6 - the resulting integral blisk with cooled blades according to the invention,

рис.7 - кривые зависимости длительной прочности обоих сплавов от температуры при заданной длительности расчетного режима,Fig. 7 - temperature dependence of the long-term strength of both alloys for a given duration of the design mode,

рис.8 - иллюстрация расчета блиска, напряжения по Мизесу [МПа], расположение исследуемых зон блиска, приведенная в таблице 2.Fig. 8 - illustration of the calculation of blisk, Mises stress [MPa], the location of the investigated blisk zones, shown in table 2.

Способ изготовления интегрального блиска с охлаждаемыми лопатками согласно изобретению осуществляют следующим образом.A method of manufacturing an integral blisk with cooled blades according to the invention is as follows.

В примере способа изготовления интегрального блиска с охлаждаемыми лопатками для рабочего колеса высокотемпературной турбины газотурбинного двигателя (рис.6), в том числе большого ресурса, при котором отдельные лопатки выполнены из одного монокристаллического сплава ЖС32 <001>, и дисковая часть выполнена из другого гранулируемого металлического сплава ЭП741НП, соединяют в единую деталь согласно изобретению следующим образом.In an example of a method for manufacturing an integral blisk with cooled blades for the impeller of a high-temperature turbine of a gas turbine engine (Fig. 6), including a long resource, in which individual blades are made of one single-crystal alloy ZhS32 <001>, and the disk part is made of another granular metal alloy EP741NP, connect in a single part according to the invention as follows.

Предварительно расчетным путем определяют зону примерно равной длительной прочности сплавов, например по кривым длительной прочности Лаосона-Миллера или как показано на рис.7, где область примерно равной длительной прочности пары соединяемых в единую деталь сплавов предварительно определяют по кривым длительной прочности обоих сплавов, перестроенных как зависимости пределов длительной прочности каждого сплава от температуры для длительности наиболее повреждающего рабочего режима (рис.7), по которым в точке пересечения этих кривых (точка А) устанавливается значение температуры, при которой величины длительной прочности обоих сплавов одинаковы, затем в соответствии с температурным состоянием колеса на названном режиме эксплуатации устанавливается область зоны действия температуры найденного значения, которое и является оптимальным для осуществления соединения лопаток с дисковой частью колеса, т.е. зоной примерно равной длительной прочности обоих сплавов.A zone of approximately equal long-term strength of alloys is preliminarily calculated, for example, by the Laoson-Miller long-term strength curves or as shown in Fig. 7, where a region of approximately equal long-term strength of a pair of alloys joined into a single part is previously determined by the long-term strength curves of both alloys, rebuilt as dependences of the long-term strength limits of each alloy on temperature for the duration of the most damaging operating mode (Fig. 7), according to which at the intersection of these curves (t item A) a temperature value is set at which the values of the long-term strength of both alloys are the same, then, in accordance with the temperature condition of the wheel in the specified operating mode, the temperature zone of the found value is set, which is optimal for connecting the blades to the disk part of the wheel, t. e. zone of approximately equal long-term strength of both alloys.

Охлаждаемая лопатка 11 (рис.3) имеет систему воздушного охлаждения, включающую устройство подачи воздуха в лопатку в виде входного патрубка 5 (рис.2) или отверстий в ножке 17 (рис.1), расположенные выше над зоной соединения 6 лопаток с дисковой частью, каналы распределения воздуха в профильной части 1 лопатки 11, расположенные над трактовой полкой 2 (на рис. не показаны), и выходные отверстия 18 в профильной части 1 лопатки. Трубки 8 подвода воздуха к устройству подачи размещены между дисковой частью 7 блиска и покрывным 10 диском. На рис.2 показаны трубки 8, подсоединенные к вышеуказанному патрубку 5.The cooled blade 11 (Fig. 3) has an air cooling system that includes a device for supplying air to the blade in the form of an inlet pipe 5 (Fig. 2) or holes in the leg 17 (Fig. 1) located above the connection zone of 6 blades with the disk part , air distribution channels in the profile part 1 of the blade 11, located above the path shelf 2 (not shown in the figure), and the outlet 18 in the profile part 1 of the blade. Tubes 8 for supplying air to the supply device are located between the disk part 7 of the blisk and the cover 10 disk. Fig. 2 shows tubes 8 connected to the above branch pipe 5.

Отливают лопатки 11 с четырехугольными в поперечном сечении ножками 4, удлиненными для заделки в дисковую часть, которые обрабатывают под соединение с дисковой частью 7. Обработанные ножки вставляют в металлическое технологическое кольцо 13 в отверстия 14, которые выполнены под ножки лопатки, и припаивают их к технологическому кольцу 13. Технологическое кольцо 13 может быть выполнено, например, из стали 20.The blades 11 are molded with legs 4 quadrangular in cross section, elongated for embedding into the disk part, which are processed to be connected to the disk part 7. The processed legs are inserted into the metal technological ring 13 into the holes 14, which are made under the blade legs, and soldered to the technological ring 13. Technological ring 13 can be made, for example, of steel 20.

Затем технологическое 13 кольцо с впаянными в него лопатками 1 шлифуют по внутреннему диаметру.Then the technological 13 ring with the blades 1 soldered into it is ground along the inner diameter.

Заготовку дисковой части, например, из гранулируемого сплава обрабатывают (шлифуют) по поверхности 6 соединения с лопатками, т.е. по наружному диаметру и затем обрабатывают гранулами, например, собственного сплава тонким слоем.The blank of the disk part, for example, of a granular alloy, is processed (ground) along the surface 6 of the connection with the blades, i.e. on the outer diameter and then treated with granules, for example, their own alloy with a thin layer.

На основе результатов расчетов и оптимизации режимов ГИП и конструкции оснастки создается ее компьютерная модель, позволяющая провести трехмерное макетирование, компьютерную сборку для формирования капсулы 15.Based on the results of calculations and optimization of the ISU modes and equipment design, a computer model is created that allows three-dimensional prototyping, computer assembly to form the capsule 15.

Технологическое кольцо 13 (рис.4) с лопатками устанавливают на обработанную наружную поверхность дисковой части, после чего, приваривая к технологическому кольцу спроектированные по компьютерной модели торцевые крышки 16, формируют капсулу 15 (рис.5) согласно компьютерной модели.The technological ring 13 (Fig. 4) with blades is installed on the machined outer surface of the disk part, after which, welding the end caps 16 designed according to the computer model, form the capsule 15 (Fig. 5) according to the computer model.

Дисковую часть 7 и части ножек лопаток 4 капсулируют так, что зона 6 примерно равной длительной прочности обоих соединяемых сплавов расположена внутри капсулы 15.The disk part 7 and part of the legs of the blades 4 are encapsulated so that zone 6 of approximately equal long-term strength of both joined alloys is located inside the capsule 15.

Затем располагают в аппарате (газостате) капсулу 15 в зоне воздействия ГИП, а профильную часть 1 лопаток, трактовую полку 2, часть ножки 4 и системы охлаждения - патрубок 5 располагают вне зоны воздействия, после чего осуществляют воздействие процессом ГИП до соединения лопаток с дисковой частью в единую деталь в зоне примерно равной длительной прочности обоих сплавов.Then, a capsule 15 is placed in the apparatus (gas-bath) in the area of influence of the ISU, and the profile part 1 of the blades, the path shelf 2, part of the legs 4 and the cooling system — the nozzle 5 is placed outside the zone of influence, after which the ISU process is applied until the blades are connected to the disk part into a single part in an area of approximately equal long-term strength of both alloys.

После этого удаляют элементы капсулы 15 и 16 и технологическое кольцо 13 механической обработкой и вытравливанием, оформляют радиусы на дисковой части в местах соединения дисковой части с лопатками, например, электрохимией, проводят окончательную механическую и финишную термообработку.After that, the elements of the capsule 15 and 16 and the process ring 13 are removed by machining and etching, the radii are formed on the disk part at the junction of the disk part with the blades, for example, by electrochemistry, and the final mechanical and finishing heat treatment is performed.

Операции, предваряющие процесс газостатирования, проводят традиционным для технологии ГИП способами.Operations preceding the gas-conditioning process are carried out by methods traditional for GUI technology.

В готовом изделии контролируют геометрические размеры и свойства.In the finished product, geometric dimensions and properties are controlled.

В результате получают интегральный блиск с системой для охлаждения лопаток (рис.6)The result is an integral blisk with a system for cooling the blades (Fig. 6)

Детали трубки 8 и покрывной диск 10 устанавливают на готовый блиск в процессе сборки турбины.Details of the tube 8 and the cover disk 10 are set to the finished blisk during the assembly of the turbine.

Далее в таблице 1 и таблице 2 приведены данные сравнения рабочего колеса турбины согласно изобретению и прототипа:The following table 1 and table 2 shows the comparison of the impeller of the turbine according to the invention and the prototype:

А "классическое" разборное (замковое) рабочее колесо: лопатки из сплава ЖС32 <001> и диск из сплава ЭП741НП соединены трехзубым замком типа "елочка".And the "classic" collapsible (lock) impeller: blades from ZhS32 <001> alloy and a disk from EP741NP alloy are connected by a herringbone trident lock.

В интегральный блиск, содержащий охлаждаемые лопатки, в том числе монокристаллические, со специальной (рациональной) конструкцией хвостовика и диск из другого, в частности, гранулируемого сплава, соединенные методом ГИП в оптимальном с точки зрения условий эксплуатации месте.Into an integral blisk containing cooled blades, including single-crystal, with a special (rational) construction of a shank and a disk from another, in particular, granular alloy, connected by the ISU method in an optimal place from the point of view of operating conditions.

С интегральный блиск, содержащий охлаждаемые лопатки, в том числе монокристаллические, со специальной (рациональной) конструкцией хвостовика и диск из другого, в частности, гранулируемого сплава, соединенные методом ГИП в оптимальном с точки зрения условий эксплуатации месте с весовой оптимизацией.With an integral blisk containing cooled blades, including single-crystal, with a special (rational) construction of a shank and a disk from another, in particular, granular alloy, connected by the ISU method in an optimum place from the point of view of operating conditions with weight optimization.

Таблица 1Table 1 Весовая оптимизацияWeight Optimization диск ЭП741НП, лопатки ЖС32 <001>disk EP741NP, blades ZhS32 <001> АBUT ВAT СFROM Масса диска, кгDisc weight kg 17.3717.37 13.0808/13 9.899.89 Масса лопатки, кгWeight of the blade, kg 0.0710.071 0.0790.079 0.0790.079 Масса 53 лопаток, кгMass of 53 blades, kg 3.7583.758 4.1644.164 4.1644.164 Масса колеса, кгWheel weight kg 21.1321.13 17.2517.25 14.0514.05

Из таблицы 1 видно уменьшение веса колеса по сравнению с исходной замковой конструкцией (А) - на 18.4% для конструкции интегрального блиска В и на >33% для конструкции оптимизированного интегрального блиска С.Table 1 shows the reduction in wheel weight compared to the original locking structure (A) - by 18.4% for the design of integrated blisk B and> 33% for the design of optimized integrated blisk C.

Таблица 2table 2 Температуры ТºС, напряжения по Мизесу σMis, МПа и местные запасы длительной статической прочности KmMis) на 300 часов работы в исследуемых ("опасных") зонах блискаTemperatures ТºС, von Mises stress σ Mis , MPa and local reserves of long-term static strength K mMis ) for 300 hours of work in the studied ("dangerous") areas of blisk No. ЗонаZone ТºСTºC σMis, MПaσ Mis , MPa KmMis)K mMis ) Зона соединения:Connection Zone: II дискdisk 575.1575.1 747.35747.35 1.661.66 IIII лопатка ЖС32ZhS32 blade 574.5574.5 695.03695.03 1.631.63 Дисковая часть:Disk part: IIIIII галтель прорезиfillet slot 565.9565.9 759.49759.49 1.661.66 IVIV ступицаhub 609.8609.8 754.75754.75 1.501.50 Лопаточная частьShoulder blade VV под патрубкомunder the nozzle 608.1608.1 595.28595.28 1.7421.742

Зоны в таблице 2 представлены на рис.8 в соответствии с нумерацией.The zones in table 2 are presented in Fig. 8 in accordance with the numbering.

Как видно из таблицы 2, полученные запасы длительной статической прочности значительно выше допустимых значений [Km]=1.1 для лопаток и [Km]=1.25 для дисковой части. Это позволяет в несколько раз увеличить ресурс колеса.As can be seen from table 2, the obtained reserves of long-term static strength are significantly higher than the permissible values [K m ] = 1.1 for the blades and [K m ] = 1.25 for the disk part. This allows you to several times increase the resource of the wheel.

Изобретение позволяетInvention allows

- создать составные конструкции с встроенными лопатками (в том числе монокристаллическими), работающими в оптимальных для каждого из материалов температурно-силовых условиях и обладающие достаточной прочностью и надежностью зоны соединения;- create composite structures with built-in blades (including single-crystal ones) that work under optimal temperature and power conditions for each of the materials and have sufficient strength and reliability of the joint zone;

- устранить такие сложные конструктивные соединения, как замковые, фланцевые, а также сварные и паяные, и связанные с использованием этих соединений проблемы обеспечения прочностной надежности;- eliminate such complex structural joints as locking, flanged, as well as welded and soldered, and the problems associated with the use of these joints to ensure strength reliability;

- снизить вес рабочего колеса более чем на 30% по сравнению с прототипом - замковой конструкцией с размерностью интегрального блиска, что ведет к уменьшению инерционности ротора, улучшению его динамических характеристик, т.е. уменьшению времени приемистости, облегчению запуска. Уменьшение массы колеса и лопаток в целом можно использовать для отстройки от резонансных режимов лопаток ротора;- to reduce the weight of the impeller by more than 30% compared with the prototype - a castle design with the dimension of integral blisk, which leads to a decrease in the inertia of the rotor, improving its dynamic characteristics, i.e. reduce pick-up time, facilitate starting. The reduction in the mass of the wheel and the blades as a whole can be used to detune from the resonant modes of the rotor blades;

- увеличить в несколько раз ресурс колеса за счет исключения концентраторов напряжений в замковых соединениях;- increase the wheel resource by several times due to the exclusion of stress concentrators in the castle joints;

- решить проблему размещения лопаток на диске, т.е. оптимизировать густоту решетки по газодинамической эффективности, что может привести к повышению КПД и, соответственно, к выигрышу в топливной экономичности;- solve the problem of placing the blades on the disk, i.e. to optimize the density of the lattice in terms of gas-dynamic efficiency, which can lead to an increase in efficiency and, consequently, to a gain in fuel efficiency;

- определить оптимальное с точки зрения свойств и условий работы детали положение зоны соединения лопаток с диском;- determine the optimal from the point of view of the properties and working conditions of the part, the position of the zone of connection of the blades with the disk;

- обеспечить подвод охлаждающего воздуха к лопаткам;- provide a supply of cooling air to the blades;

- исключить дорогостоящую сложную операцию протяжки при изготовлении замковых соединений лопаток с диском.- to eliminate the expensive complex operation broach in the manufacture of the castle joints of the blades with the disk.

Кроме того, применение интегрального блиска с рациональной конструкцией хвостовиков охлаждаемых лопаток, в том числе монокристаллических, для соединения их методом горячего изостатического прессования с диском из другого металлического сплава, может позволить повысить частоту вращения или температуру газа перед турбиной, что приведет к увеличению мощности (тяги), уменьшению удельного расхода топлива.In addition, the use of an integrated blisk with a rational design of the shanks of cooled blades, including single-crystal blades, for connecting them by hot isostatic pressing with a disk of another metal alloy, can increase the speed or temperature of the gas in front of the turbine, which will lead to an increase in power (thrust ), a decrease in specific fuel consumption.

Изобретение может быть использовано преимущественно для изготовления биметаллических блисков полноразмерных высокотемпературных газотурбинных двигателей, в том числе высокотемпературных газотурбинных двигателей большого ресурса, используемых в авиационной, космической, наземной технике, промышленной энергетике, но не ограничиваясь ими.The invention can be used mainly for the manufacture of bimetallic shines of full-size high-temperature gas turbine engines, including high-temperature gas turbine engines of a large resource, used in aviation, space, ground technology, industrial energy, but not limited to.

Claims (6)

1. Способ изготовления интегрального блиска с охлаждаемыми лопатками для газотурбинного двигателя, включающий выполнение металлической дисковой части блиска из гранулируемого сплава, а охлаждаемых лопаток, имеющих профильную часть, трактовую полку и ножку с системой воздушного охлаждения, - из монокристаллического сплава, и соединение их между собой, при этом предварительно для каждой из лопаток и диска определяют зоны, в которых при одной и той же температуре в длительном рабочем режиме эксплуатации прочности их сплавов одинаковы, после чего части ножек лопаток, в которых расположена указанная зона, и дисковую часть капсулируют, капсулу располагают в газостате и посредством горячего изостатического прессования осуществляют соединение лопаток с дисковой частью в единую деталь в зоне, имеющей одинаковую длительную прочность обоих сплавов.1. A method of manufacturing an integral blisk with cooled blades for a gas turbine engine, comprising making a metal disk part of the blisk from a granular alloy, and cooled blades having a profile part, a path shelf and a leg with an air cooling system, from a single crystal alloy, and connecting them together in this case, previously for each of the blades and the disk, zones are determined in which, at the same temperature in the long-term operating mode of operation, the strengths of their alloys are the same, e portion which the blade roots, which are located in said zone, and a disk portion is encapsulated, the capsule is disposed in gazostat and by hot isostatic pressing is performed with a disk blade connection part in a single piece in the zone having the same long-term strength of both alloys. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждаемые лопатки выполняют с четырехугольными в поперечном сечении удлиненными ножками и системой охлаждения с каналами охлаждения, расположенными выше зоны одинаковой длительной прочности сплавов, и формируют капсулу вокруг дисковой части и ножек лопаток, при этом располагают зону одинаковой длительной прочности обоих соединяемых сплавов внутри капсулы, а удлиненные части ножек вставляют в отверстия технологического кольца, припаивают их к нему и шлифуют по внутреннему диаметру, дисковую часть шлифуют и обрабатывают по гладкому наружному диаметру гранулами сплава, аналогичного сплаву, из которого она выполнена, полученное технологическое кольцо с лопатками устанавливают на обработанную наружную поверхность дисковой части, после чего приваривают к технологическому кольцу торцевые крышки, проводят процесс ГИП, после чего удаляют элементы капсулы и технологическое кольцо механической обработкой и вытравливанием, оформляют радиусы на дисковой части в местах соединения с лопатками и проводят окончательную механическую и финишную термообработку.2. The method according to claim 1, characterized in that the cooled blades are made with elongated legs quadrangular in cross section and a cooling system with cooling channels located above the zone of the same long-term strength of the alloys, and a capsule is formed around the disk part and the legs of the blades, the zone of equal long-term strength of both joined alloys inside the capsule, and the elongated parts of the legs are inserted into the holes of the process ring, soldered to it and ground over the inner diameter, the disk part l, they are ground and processed over a smooth outer diameter with granules of an alloy similar to the alloy from which it is made, the resulting process ring with blades is mounted on the machined outer surface of the disk part, then the end caps are welded to the process ring, the GUI process is carried out, after which the capsule elements are removed and the technological ring by machining and etching, form the radii on the disk part at the junction with the blades and conduct the final mechanical and fi ishnuyu heat treatment. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что оформляют радиусы на дисковой части в местах соединения с лопатками посредством электрохимической обработки.3. The method according to claim 2, characterized in that they form the radii on the disk part at the junction with the blades by means of electrochemical processing. 4. Способ п.1, отличающийся тем, что определяют зону одинаковой длительной прочности сплавов лопатки и диска моделированием по кривым длительной прочности сплавов.4. The method of claim 1, characterized in that the zone of the same long-term strength of the alloys of the blade and the disk is determined by modeling along the curves of the long-term strength of the alloys. 5. Интегральный блиск с охлаждаемыми лопатками для газотурбинного двигателя, изготовленный способом по п.1.5. Integral blisk with cooled blades for a gas turbine engine made by the method according to claim 1. 6. Охлаждаемая лопатка интегрального блиска газотурбинного двигателя, содержащая профильную часть, трактовую полку, ножку и систему воздушного охлаждения, состоящую из устройства подачи воздуха в лопатку в виде входного патрубка или отверстий в ножке, каналов распределения воздуха в профильной части и каналов в профильной части лопатки, расположенных выше зоны лопатки, выполненной из сплава с длительной прочностью одинаковой длительной прочности сплава зоны диска, предназначенной для присоединения к ней, и трубок подвода воздуха к устройству подачи воздуха. 6. Cooled blade integral blisk of a gas turbine engine containing a profile part, a path shelf, a leg and an air cooling system, consisting of a device for supplying air to the blade in the form of an inlet pipe or holes in the leg, air distribution channels in the profile part and channels in the profile part of the blade located above the zone of the blade made of an alloy with long-term strength of the same long-term strength of the alloy of the zone of the disk, intended for connection to it, and tubes for supplying air to the mouth oystvu air.
RU2011133316/02A 2011-08-10 2011-08-10 Manufacturing method of integrated blisk with cooled moving blades, integrated blisk and cooled blade for gas turbine engine RU2478796C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011133316/02A RU2478796C1 (en) 2011-08-10 2011-08-10 Manufacturing method of integrated blisk with cooled moving blades, integrated blisk and cooled blade for gas turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011133316/02A RU2478796C1 (en) 2011-08-10 2011-08-10 Manufacturing method of integrated blisk with cooled moving blades, integrated blisk and cooled blade for gas turbine engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011133316A RU2011133316A (en) 2013-02-20
RU2478796C1 true RU2478796C1 (en) 2013-04-10

Family

ID=49119714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011133316/02A RU2478796C1 (en) 2011-08-10 2011-08-10 Manufacturing method of integrated blisk with cooled moving blades, integrated blisk and cooled blade for gas turbine engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2478796C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2576558C1 (en) * 2015-02-18 2016-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Method for producing bladed integrated disc of turbine from various metal alloys for gas turbine engines
RU2595331C1 (en) * 2015-03-19 2016-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Method of positioning of blades in making of integrated blisk (bladed integrated disc) of gas turbine engine
RU2766654C1 (en) * 2021-02-16 2022-03-15 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Method for manufacturing a bimetallic turbine impeller

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4270256A (en) * 1979-06-06 1981-06-02 General Motors Corporation Manufacture of composite turbine rotors
GB2109274A (en) * 1981-11-13 1983-06-02 Rolls Royce Gas turbine engine rotor assembly
FR2619331B1 (en) * 1987-08-12 1992-10-09 United Technologies Corp PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF ROTORS WITH FULL FINS, IN PARTICULAR FOR GAS TURBINE ENGINES
EP0352408B1 (en) * 1988-07-29 1993-08-11 AlliedSignal Inc. Heat treatment for dual alloy turbine wheels
RU2272912C2 (en) * 2004-03-09 2006-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Турбонасос" Turbine wheel rotor of axial-flow gas turbine for oxygen-kerosene liquid-propellant rocket engine
EP1747834A1 (en) * 2005-07-26 2007-01-31 Snecma Cooling channel within a part of the wall
RU2323343C2 (en) * 2006-03-20 2008-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") Turbomachine cooled blade
RU2374458C1 (en) * 2008-03-28 2009-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") Gas turbine cooled blade

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4270256A (en) * 1979-06-06 1981-06-02 General Motors Corporation Manufacture of composite turbine rotors
GB2109274A (en) * 1981-11-13 1983-06-02 Rolls Royce Gas turbine engine rotor assembly
FR2619331B1 (en) * 1987-08-12 1992-10-09 United Technologies Corp PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF ROTORS WITH FULL FINS, IN PARTICULAR FOR GAS TURBINE ENGINES
EP0352408B1 (en) * 1988-07-29 1993-08-11 AlliedSignal Inc. Heat treatment for dual alloy turbine wheels
RU2272912C2 (en) * 2004-03-09 2006-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Турбонасос" Turbine wheel rotor of axial-flow gas turbine for oxygen-kerosene liquid-propellant rocket engine
EP1747834A1 (en) * 2005-07-26 2007-01-31 Snecma Cooling channel within a part of the wall
RU2323343C2 (en) * 2006-03-20 2008-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") Turbomachine cooled blade
RU2374458C1 (en) * 2008-03-28 2009-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") Gas turbine cooled blade

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2576558C1 (en) * 2015-02-18 2016-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Method for producing bladed integrated disc of turbine from various metal alloys for gas turbine engines
RU2595331C1 (en) * 2015-03-19 2016-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Method of positioning of blades in making of integrated blisk (bladed integrated disc) of gas turbine engine
RU2766654C1 (en) * 2021-02-16 2022-03-15 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Method for manufacturing a bimetallic turbine impeller

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011133316A (en) 2013-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2928193C (en) Turbine component connection with thermally stress-free fastener
US9039364B2 (en) Integrated case and stator
US9726022B2 (en) Axially-split radial turbines
US9266170B2 (en) Multi-material turbine components
US5609471A (en) Multiproperty rotor disk and method of manufacture
EP1087100A2 (en) Compressor rotor configuration
EP2865482B1 (en) Methods for the manufacture of gas turbine engine rotors including intra-hub stress relief features
CN101821480A (en) Method for producing a blisk or a bling, component produced therewith and turbine blade
CN108343475B (en) Bladed disk and method for manufacturing a bladed disk
US8123473B2 (en) Shroud hanger with diffused cooling passage
EP3199764B1 (en) Fir tree coupling for turbine blade and corresponding manufacturing method
EP0505507A1 (en) Radial turbine rotor with improved saddle life
RU2478796C1 (en) Manufacturing method of integrated blisk with cooled moving blades, integrated blisk and cooled blade for gas turbine engine
US20190184489A1 (en) Method for joining components and device
CN102454424A (en) Bonded turbine bucket tip shroud and related method
JP2013185586A (en) Fabricated turbine airfoil
RU2467177C1 (en) Method of integral bladed disc with uncooled blades for gas turbine engine and integral bladed disc
EP3199765B1 (en) Turbine blade attachment rails for attachment fillet stress reduction
Magerramova et al. Design of a bimetallic blisk turbine for a gas turbine engine and its production using powder metallurgy methods
CN105736472A (en) Casing Ring Assembly With Flowpath Conduction Cut
JP2003269106A (en) Steam turbine
CN205823345U (en) The combination type centripetal turbine of small size gas turbine
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
US9610643B2 (en) Combustor assembly for a gas turbine engine having a braze layer having a centerline eutectic free region
JPS63162902A (en) Manufacture of steam turbine nozzle box

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20210804