RU2575257C1 - Turbine machine rotor made out of dissimilar materials - Google Patents
Turbine machine rotor made out of dissimilar materials Download PDFInfo
- 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
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 description 1
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- -1 titanium-aluminum Chemical compound 0.000 description 1
- 238000005493 welding type Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
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
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
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
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,
На втором этапе собранный промежуточный элемент 4 последовательно соединяют при помощи сварки со смежными элементами ротора 2, 3.At the second stage, the assembled
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)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2575257C1 true RU2575257C1 (en) | 2016-02-20 |
Family
ID=
Citations (5)
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)
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 |