RU2575257C1 - Turbine machine rotor made out of dissimilar materials - Google Patents

Turbine machine rotor made out of dissimilar materials Download PDF

Info

Publication number
RU2575257C1
RU2575257C1 RU2014153703/06A RU2014153703A RU2575257C1 RU 2575257 C1 RU2575257 C1 RU 2575257C1 RU 2014153703/06 A RU2014153703/06 A RU 2014153703/06A RU 2014153703 A RU2014153703 A RU 2014153703A RU 2575257 C1 RU2575257 C1 RU 2575257C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
intermediate element
rotor
impellers
flanges
made out
Prior art date
Application number
RU2014153703/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лариса Федоровна Зенкова
Тамара Петровна Коновалова
Андрей Валерьевич Узбеков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО"
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" filed Critical Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО"
Application granted granted Critical
Publication of RU2575257C1 publication Critical patent/RU2575257C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: turbine machine rotor contains the first and second sections of impellers, made out of unweldable with each other materials, creating a non-detachable connection via an intermediate element. The intermediate element has areas with the weldability corresponding to the first and second impellers, and is welded by one end to the first impeller, and by another end to the second impeller. The intermediate element is made out of two flanges, each of them is made out of the material having weldability with the material of the adjacent first or second impellers. The flanges of the intermediate element are connected by a permanent connection.
EFFECT: invention ensures the permanent connection of the rotor elements made out of dissimilar unweldable materials, without reducing the strength of the connection relatively to the strength of the materials used in the rotor sections.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области турбо-машиностроения и, в частности, может быть реализовано в конструкции роторов многоступенчатых компрессоров и турбин.The invention relates to the field of turbo-mechanical engineering and, in particular, can be implemented in the design of rotors of multi-stage compressors and turbines.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является известный ротор турбомашины, содержащий первую и вторую секции рабочих колес, выполненных из несвариваемых между собой материалов, образующих неразъемное соединение через промежуточный элемент. Промежуточный элемент, включающий участки со свариваемостью, соответствующие первому и второму рабочим колесам, приварен одним концом к первому рабочему колесу, а другим концом - ко второму рабочему колесу. Промежуточный элемент является единым двухсплавным и имеет первую область, содержащую материал, однородный с первым материалом, и вторую область, содержащую материал, однородный со вторым материалом, отличный от материала первой области. Промежуточный элемент имеет также сформованную переходную область между первой и второй областью, причем по меньшей мере участок упомянутой области включает комбинацию первого и второго материала /RU 2480316 С2, В23К 31/02, 27.04.2013, - прототип/.The closest analogue of the invention is the known turbomachine rotor containing the first and second sections of the impellers made of non-weldable materials, forming an integral connection through an intermediate element. An intermediate element including weldable portions corresponding to the first and second impellers is welded at one end to the first impeller and at the other end to the second impeller. The intermediate element is a single two-alloy and has a first region containing a material that is uniform with the first material, and a second region containing a material that is uniform with the second material, different from the material of the first region. The intermediate element also has a molded transition region between the first and second region, and at least a portion of the said region includes a combination of the first and second material / RU 2480316 C2, B23K 31/02, 04/27/2013, prototype /.

Недостатком прототипа является низкая прочность сварного соединения из-за различных физико-химических свойств соединяемых материалов.The disadvantage of the prototype is the low strength of the welded joint due to various physico-chemical properties of the materials being joined.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение массы компрессора или турбины, повышение надежности узла.The objective of the invention is to reduce the mass of the compressor or turbine, increasing the reliability of the site.

Технический результат - получение неразъемного соединения элементов ротора, выполненных из разнородных несвариваемых материалов, без снижения прочности соединения относительно прочности материалов, применяемых в секциях ротора, а также упрощение изготовления промежуточного элемента.EFFECT: obtaining an integral connection of rotor elements made of dissimilar non-weldable materials without reducing the connection strength relative to the strength of materials used in the rotor sections, as well as simplifying the manufacture of an intermediate element.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что в роторе турбомашины, содержащем первое и второе рабочие колеса, выполненные из несвариваемых между собой материалов, образующих неразъемное соединение через промежуточный элемент, включающий участки со свариваемостью, соответствующие первому и второму рабочим колесам, приваренный одним концом к первому рабочему колесу, а другим концом - ко второму рабочему колесу, согласно предложению промежуточный элемент выполнен из двух фланцев, каждый из которых изготовлен из материала, обладающего свариваемостью с материалом прилегающего первого или второго рабочих колес, при этом фланцы промежуточного элемента соединены неразъемным соединением.The expected technical result is achieved in that in the rotor of the turbomachine containing the first and second impellers made of non-weldable materials, forming a permanent connection through an intermediate element, including sections with weldability, corresponding to the first and second impellers, welded at one end to the first working wheel, and the other end to the second impeller, according to the proposal, the intermediate element is made of two flanges, each of which is made of a material having weldability with the material of the adjacent first or second impellers, while the flanges of the intermediate element are connected by an integral connection.

Предлагаемое изобретение может быть реализовано для соединения рабочих колес, дисков, секций, состоящих из нескольких дисков, в любых известных конструктивных схемах роторов турбомашин.The present invention can be implemented for connecting impellers, disks, sections, consisting of several disks, in any known design schemes of turbomachine rotors.

Поскольку разные участки ротора подвержены воздействию различных температур при работе турбомашины, выполнение элементов конструкции из различных материалов позволяет получить наиболее высокие удельные характеристики узла. Физико-химические свойства большинства разнородных материалов не позволяют получить качественное неразъемное немеханическое (сварное, паяное, клеевое) соединение, являющееся оптимальным видом соединения секций ротора с точки зрения надежности и массы. Под термином «разнородные материалы» подразумеваются сплавы с различным химическим составом. Применение разъемного механического соединения сопряжено с уменьшением надежности, технологичности сборки и увеличением массы узла.Since different parts of the rotor are exposed to different temperatures during operation of the turbomachine, the implementation of structural elements from various materials allows to obtain the highest specific characteristics of the node. The physicochemical properties of most dissimilar materials do not allow to obtain a high-quality one-piece non-mechanical (welded, soldered, glue) joint, which is the optimal type of connection of rotor sections in terms of reliability and weight. The term "dissimilar materials" refers to alloys with different chemical composition. The use of a detachable mechanical connection is associated with a decrease in reliability, manufacturability of the assembly and an increase in the mass of the assembly.

Предлагаемая конструкция промежуточного элемента позволяет выполнить качественное неразъемное немеханическое соединение элементов ротора с промежуточным элементом. В свою очередь части промежуточного элемента соединяются неразъемным механическим соединением, обеспечивающим требуемые прочностные характеристики в сочетании с минимальной массой, габаритами, простотой изготовления и максимальной надежностью.The proposed design of the intermediate element allows you to make high-quality one-piece non-mechanical connection of the rotor elements with the intermediate element. In turn, the parts of the intermediate element are connected by an integral mechanical connection that provides the required strength characteristics in combination with the minimum weight, dimensions, ease of manufacture and maximum reliability.

Соединяемые элементы ротора могут быть выполнены из следующих сочетаний первого и второго материалов: титан-алюминий; сталь-титан; титан-жаропрочные сплавы на различных основах; металл-различные композиты. Выбор материалов частей промежуточного элемента должен обеспечивать выполнение качественного сварного соединения с соответствующими элементами ротора. Для соединения элементов ротора с частями промежуточного элемента допускается выполнение любого известного типа сварки роторов, обеспечивающего соединение требуемого качества, такого как диффузионная, лучевая, сварка трением. Неразъемное механическое соединение частей промежуточного элемента может представлять собой заклепочное соединение, штифтовое, сварные соединительные элементы, сварка-пайка и т.д.The connected rotor elements can be made of the following combinations of the first and second materials: titanium-aluminum; titanium steel; heat-resistant titanium alloys on various bases; metal-various composites. The choice of materials of the parts of the intermediate element should ensure the implementation of high-quality welded joints with the corresponding elements of the rotor. To connect the rotor elements with the parts of the intermediate element, any known type of welding of the rotors is possible, providing a connection of the required quality, such as diffusion, beam, friction welding. The permanent mechanical connection of the parts of the intermediate element can be a rivet connection, a pin, welded connecting elements, soldering, etc.

Конструкция промежуточного элемента должна обеспечивать минимальную массу и габариты, высокую технологичность изготовления, требуемые прочностные характеристики, а также сохранение прочностных характеристик на требуемом уровне в течение всего срока службы изделия. Оптимальная конструкция промежуточного элемента представляется в виде двух кольцевых фланцев с поверхностями для сварки с элементами ротора. Количество неразъемных механических соединений на фланец промежуточного элемента должно составлять минимум два, максимум - исходя из требуемых условий прочности.The design of the intermediate element should provide a minimum weight and dimensions, high manufacturability, the required strength characteristics, as well as maintaining the strength characteristics at the required level throughout the life of the product. The optimal design of the intermediate element is presented in the form of two annular flanges with surfaces for welding with rotor elements. The number of integral mechanical joints on the flange of the intermediate element must be at least two, maximum based on the required strength conditions.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется фигурами 1-3.The invention is illustrated by figures 1-3.

Фиг. 1 - общий вид ротора;FIG. 1 - general view of the rotor;

Фиг. 2 - общий вид промежуточного соединительного элемента;FIG. 2 is a general view of an intermediate connecting element;

Фиг. 3 - вариант выполнения промежуточного соединительного элемента.FIG. 3 is an embodiment of an intermediate connecting element.

1 - ротор турбомашины;1 - turbomachine rotor;

2, 3 - первый и второй элементы ротора;2, 3 - the first and second elements of the rotor;

4 - промежуточный элемент;4 - an intermediate element;

5, 6 - фланцы;5, 6 - flanges;

7 - сварные швы;7 - welds;

8 - заклепка;8 - rivet;

9 - втулка;9 - sleeve;

10 - кольцевой посадочный поясок;10 - annular landing belt;

11 - проточки на торцах фланцев;11 - grooves at the ends of the flanges;

12 - отверстие во фланцах;12 - hole in the flanges;

13 - торцевая упорная поверхность втулки;13 - end thrust surface of the sleeve;

14 - шайба.14 - washer.

Ротор 1 турбомашины состоит из первого и второго элементов 2, 3, в качестве которых служат рабочие колеса или секции, состоящие из нескольких рабочих колес, выполненные из разнородных материалов, например титанового и никелевого сплавов. Рабочие колеса 2, 3 соединены промежуточным элементом 4, состоящим из двух фланцев 5, 6. Фланец 5 приварен к первому элементу (рабочему колесу) 2, фланец 6 приварен ко второму элементу (рабочему колесу) 3, образуя сварные швы 7. Фланцы 5, 6 выполнены из материалов, обеспечивающих возможность получения сварного соединения с соответствующими рабочими колесами 2, 3 ротора 1, например титанового и никелевого сплавов соответственно. Фланцы 5, 6 соединены между собой неразъемным механическим соединением, например силовыми заклепками 8 или втулками 9.The rotor 1 of the turbomachine consists of the first and second elements 2, 3, which are impellers or sections consisting of several impellers made of dissimilar materials, such as titanium and nickel alloys. Impellers 2, 3 are connected by an intermediate element 4, consisting of two flanges 5, 6. Flange 5 is welded to the first element (impeller) 2, flange 6 is welded to the second element (impeller) 3, forming welds 7. Flanges 5, 6 are made of materials providing the possibility of obtaining a welded joint with the corresponding impellers 2, 3 of the rotor 1, for example, titanium and nickel alloys, respectively. Flanges 5, 6 are interconnected by one-piece mechanical connection, for example, power rivets 8 or bushings 9.

Сборку элементов ротора 1 в соответствии с предлагаемым изобретением осуществляют следующим образом в три этапа.The assembly of the elements of the rotor 1 in accordance with the invention is carried out as follows in three stages.

На первом этапе собирают промежуточный соединительный элемент 4, выполненный в виде двух фланцев 5, 6, соединенных неразъемным механическим соединением по двум вариантам.At the first stage, an intermediate connecting element 4 is assembled, made in the form of two flanges 5, 6, connected by an integral mechanical connection in two ways.

По первому варианту фланцы 5, 6, состоящие из разнородных несвариваемых между собой материалов, например из титанового сплава и жаропрочного сплава на никелевой основе, центрируют по кольцевому посадочному пояску 10 и опрессовывают. Для создания необходимого монтажного натяга на торцевых поверхностях фланцев 5, 6 можно выполнять проточки 11. Во фланцах 5, 6 совместно выполняют отверстия 12. В отверстия 12 устанавливают предварительно разогретые до состояния сверхпластичности силовые заклепки 8, установленные в кондуктор, позволяющий установить все заклепки 8 одновременно по всем отверстиям 12 фланцев 5, 6. Затем торцевые поверхности заклепок 8 деформируют, чем достигают неразъемное соединение элементов ротора 2, 3.According to the first embodiment, the flanges 5, 6, consisting of dissimilar materials that are not welded together, for example, from a titanium alloy and a heat-resistant alloy based on nickel, are centered on the annular landing belt 10 and crimped. To create the necessary mounting interference on the end surfaces of the flanges 5, 6, grooves can be made 11. Holes 12 are jointly made in the flanges 5, 6. Power rivets 8, pre-heated to the state of superplasticity, are installed in the holes 12, which are installed in the conductor, allowing you to install all the rivets 8 simultaneously along all holes 12 of the flanges 5, 6. Then, the end surfaces of the rivets 8 are deformed, thereby achieving an integral connection of the elements of the rotor 2, 3.

По второму варианту в отверстия 12 фланцев 5, 6 вместо заклепок 8 устанавливают втулки 9 с торцевыми упорными поверхностями 13 с одной стороны. С другой стороны на цилиндрические части втулок 9 устанавливают шайбы 14 с упором в ответную поверхность фланца 6. Шайбы 14 обваривают по периметру стыков с втулками 9 и получают неразъемное соединение элементов ротора 2, 3.According to the second variant, sleeves 9 with end stop surfaces 13 on one side are installed in holes 12 of flanges 5, 6 instead of rivets 8. On the other hand, washers 14 are mounted on the cylindrical parts of the bushings 9 with an emphasis on the counter surface of the flange 6. The washers 14 are welded around the perimeter of the joints with the bushings 9 and an integral connection of the rotor elements 2, 3 is obtained.

На втором этапе собранный промежуточный элемент 4 последовательно соединяют при помощи сварки со смежными элементами ротора 2, 3.At the second stage, the assembled intermediate element 4 is successively connected by welding with adjacent elements of the rotor 2, 3.

На третьем этапе собранный ротор 1 устанавливают в турбомашину с выполнением требуемых регулировок.In the third stage, the assembled rotor 1 is installed in a turbomachine with the required adjustments.

Применение предлагаемого изобретения позволяет снизить стоимость жизненного цикла изделия за счет повышения уровня его удельных параметров и надежности вследствие усовершенствования конструкции.The application of the invention allows to reduce the cost of the product life cycle by increasing the level of its specific parameters and reliability due to improvement of the design.

Claims (1)

Ротор турбомашины, содержащий первую и вторую секции рабочих колес, выполненных из несвариваемых между собой материалов, образующих неразъемное соединение через промежуточный элемент, обладающий участками со свариваемостью, соответствующими первому и второму рабочим колесам, приваренный одним концом к первому рабочему колесу, а другим концом - ко второму рабочему колесу, отличающийся тем, что промежуточный элемент выполнен из двух фланцев, каждый из которых изготовлен из материала, обладающего свариваемостью с материалом прилегающего первого или второго рабочих колес, при этом фланцы промежуточного элемента соединены неразъемным соединением. A turbomachine rotor containing the first and second sections of the impellers made of non-weldable materials, forming an integral connection through an intermediate element having weldable sections corresponding to the first and second impellers, welded at one end to the first impeller and the other end to the second impeller, characterized in that the intermediate element is made of two flanges, each of which is made of a material having weldability with the material adjacent first and second impellers, the flanges of the intermediate element are connected integrally compound.
RU2014153703/06A 2014-12-30 Turbine machine rotor made out of dissimilar materials RU2575257C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2575257C1 true RU2575257C1 (en) 2016-02-20

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4743165A (en) * 1986-10-22 1988-05-10 United Technologies Corporation Drum rotors for gas turbine engines
GB2303188A (en) * 1995-07-13 1997-02-12 Bmw Rolls Royce Gmbh An arrangement for connecting two turbine rotor discs
US6767649B2 (en) * 2001-03-23 2004-07-27 Alstom Technology Ltd Rotor for a turbomachine, and process for producing a rotor of this type
US7179342B2 (en) * 2003-10-14 2007-02-20 Alstom Technology Ltd. Thermally loaded component, and process for producing the component
RU2480316C2 (en) * 2007-08-31 2013-04-27 Дженерал Электрик Компани Method and device for bonding dissimilar metals

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4743165A (en) * 1986-10-22 1988-05-10 United Technologies Corporation Drum rotors for gas turbine engines
GB2303188A (en) * 1995-07-13 1997-02-12 Bmw Rolls Royce Gmbh An arrangement for connecting two turbine rotor discs
US6767649B2 (en) * 2001-03-23 2004-07-27 Alstom Technology Ltd Rotor for a turbomachine, and process for producing a rotor of this type
US7179342B2 (en) * 2003-10-14 2007-02-20 Alstom Technology Ltd. Thermally loaded component, and process for producing the component
RU2480316C2 (en) * 2007-08-31 2013-04-27 Дженерал Электрик Компани Method and device for bonding dissimilar metals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100819401B1 (en) Stationary blade ring of axial compressor
US20160138401A1 (en) Blade or vane arrangement for a turbomachine
SE519781C2 (en) Process for producing a stator or rotor component
CN108026783B (en) Product for forming a blade assembly, blade assembly and related method
JP2007092997A (en) Turbine and seal for turbomachine
JPH08246806A (en) Stator for turbomachinery
US20160186762A1 (en) Housing device for a compressor stage of a compressor device that is embodied with multiple stages and method for manufacturing a housing device
US7841506B2 (en) Method of manufacture of dual titanium alloy impeller
US20150343547A1 (en) Fixture for high temperature joining
US10494937B2 (en) Inner ring for an annular guide vane assembly of a turbomachine
RU2575257C1 (en) Turbine machine rotor made out of dissimilar materials
US20170114658A1 (en) Vtg lever positive displacement press joint
JP2005535826A (en) Method for manufacturing stationary blade or moving blade constituent member
JP2007146848A (en) Tip shroud attachment device for vane
TW593869B (en) Improved connection of blades on a rotor disc of a gas turbine
JP6915052B2 (en) Turbomachinery rotor and its manufacturing method
JP6972035B2 (en) Static blades for turbine diaphragms and related turbine diaphragms
JP5709388B2 (en) Turbine singlet nozzle assembly with radial stop and narrow groove
JP7213878B2 (en) Rotor blade for turbomachinery and method for manufacturing rotor blade
US9932833B2 (en) Method for Building stages of centrifugal radial turbines
EP2378084A2 (en) Seal member for hot gas path component
US2937847A (en) Bladed axial flow rotors
JP2000337103A (en) Integral shroud stationary blade
CN216665690U (en) Stator blade of supercritical steam turbine
JP2018076962A (en) Bi-metal joints in shafts and couplings