RU2586553C1 - Method of making compressor or fan impeller from composite material - Google Patents
Method of making compressor or fan impeller from composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2586553C1 RU2586553C1 RU2014152450/05A RU2014152450A RU2586553C1 RU 2586553 C1 RU2586553 C1 RU 2586553C1 RU 2014152450/05 A RU2014152450/05 A RU 2014152450/05A RU 2014152450 A RU2014152450 A RU 2014152450A RU 2586553 C1 RU2586553 C1 RU 2586553C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- support ring
- blades
- composite material
- ring
- layers
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
- B29D15/00—Producing gear wheels or similar articles with grooves or projections, e.g. control knobs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области турбостроения, точнее к способам изготовления рабочих колес из композиционного материала для компрессора или вентилятора двигателя, преимущественно авиационного.The invention relates to the field of turbine engineering, and more specifically to methods of manufacturing impellers from composite material for a compressor or engine fan, mainly aviation.
Известно рабочее колесо (RU №2382910, кл. F04D 29/26, опубл. 27.02.2010 г.), конструкция которого содержит отдельные сектора из слоистого композиционного материала на полимерной основе, объединенные в рабочее колесо по меньшей мере четырьмя несущими силовыми кольцами из композиционного материала, причем каждый сектор включает одну рабочую лопатку, хвостовая часть которой выполнена в виде ножки хвостовика с криволинейной геометрией, определяемой полками, разделенными пазами, размещенными по высоте ножки, под соответствующие силовые кольца, размещенные в этих пазах. По данному изобретению достигается получение монолитного колеса, однако массивная ступица увеличивает относительную массу колеса, сложная технология изготовления хвостовика лопатки, и при этом перерезаются волокна композиционного материала, что снижает прочность колеса,Known impeller (RU No. 2382910, class F04D 29/26, published February 27, 2010), the design of which contains individual sectors of a layered composite material on a polymer basis, combined into an impeller by at least four load-bearing force rings of composite material, and each sector includes one working blade, the tail of which is made in the form of a shank leg with curvilinear geometry defined by shelves separated by grooves placed along the height of the legs, under the corresponding power rings, placed e in these grooves. According to this invention, obtaining a monolithic wheel is achieved, however, a massive hub increases the relative mass of the wheel, a complicated technology for manufacturing the shank of the blade, and the fibers of the composite material are cut, which reduces the strength of the wheel,
Известен способ получения рабочего колеса компрессора (патент RU №2502601, B29D 15/00, опубл. 27.12.2013 г.) из композиционных материалов. Способ включает ряд операций в определенной последовательности. Производят раскрой слоев композиционного материала для получения заготовок, из которых формируют передний и задний фланцы и часть опорного кольца с аэродинамическим профилем. Также производят раскрой слоев композиционного материала для лопаток, который осуществляют с обеспечением выхода за пределы контура лопаток со стороны корневого сечения на длину, превышающую длину дуги опорного кольца между соседними лопатками, части материала, предназначенного для формирования части опорного кольца. Прессуют лопатки с получением со стороны корневого сечения наметки опорного кольца. В пресс-форму укладывают заготовки, предназначенные для формирования переднего и заднего фланцев и части опорного кольца. При этом часть этих заготовок располагают в полости сепаратора пресс-формы. Затем в прорези сепаратора укладывают лопатки, для обеспечения номинального расположения лопаток на опорном кольце. Производят пропитку и укладку слоев материала, выходящего за контур лопаток, с обеспечением предварительного формирования опорного кольца. В пресс-форму устанавливают эластичный пуансон, обеспечивающий формирование внутренних поверхностей опорного кольца, переднего и заднего фланцев. На пуансон укладывают слои материала для заднего фланца. Затем производят установку нажимного пуансона пресс-формы, который скрепляют с сепаратором. Путем подачи давления на эластичный пуансон осуществляют прессование и образование монолитного рабочего колеса компрессора. Полученное рабочее колесо имеет облегченную конструкцию и повышенные прочностные характеристики.A known method of obtaining the impeller of the compressor (patent RU No. 2502601, B29D 15/00, publ. 12/27/2013) from composite materials. The method includes a number of operations in a certain sequence. Layers of composite material are cut to produce blanks from which the front and rear flanges and part of the support ring with an aerodynamic profile are formed. The layers of the composite material for the blades are also cut, which is carried out to ensure that the outside of the contour of the blades from the side of the root section exceeds the length of the arc of the support ring between adjacent blades, a part of the material intended to form part of the support ring. The blades are pressed to obtain an outline of the support ring from the root section. Workpieces intended for forming the front and rear flanges and part of the support ring are placed in the mold. At the same time, part of these blanks is placed in the cavity of the mold separator. Then, blades are placed in the slots of the separator to ensure the nominal location of the blades on the support ring. The layers of material extending beyond the contour of the blades are impregnated and laid, with the preliminary formation of the support ring. An elastic punch is installed in the mold, which ensures the formation of the inner surfaces of the support ring, the front and rear flanges. Layers of material for the rear flange are placed on the punch. Then, the compression mold punch is installed, which is fastened to the separator. By applying pressure to an elastic punch, the compressor is pressed and formed into a monolithic impeller. The resulting impeller has a lightweight design and increased strength characteristics.
Однако у данного рабочего колеса задний фланец менее прочный, чем передний фланец. Это объясняется тем, что передний и задний фланцы формируются из единой заготовки композиционного материала, при этом передний фланец получают из кольцевой части, а задний фланец - из отдельных секторов, равных количеству лопаток в рабочем колесе. После укладки секторов композиционного материала на эластичный пуансон и прессования до готового изделия фланцы получаются, как указано выше, с различными прочностными характеристиками, что крайне нежелательно для рабочих колес авиационного двигателя.However, with this impeller, the rear flange is less durable than the front flange. This is because the front and rear flanges are formed from a single blank of composite material, while the front flange is obtained from the annular part, and the rear flange from individual sectors equal to the number of blades in the impeller. After laying the sectors of the composite material on an elastic punch and pressing to the finished product, the flanges are obtained, as described above, with different strength characteristics, which is extremely undesirable for the impellers of an aircraft engine.
Задачей, решаемой данным изобретением, является обеспечение равной прочности переднего и заднего фланцев.The problem solved by this invention is to ensure equal strength of the front and rear flanges.
Поставленная задача решается тем, что при сборке пресс-формы между слоями секторов, формирующих задний фланец, укладывают кольцевые заготовки из композиционного материала. Количество кольцевых заготовок определяется расчетом на прочность заднего фланца.The problem is solved in that when assembling the mold between the layers of the sectors forming the rear flange, stack annular blanks of composite material. The number of ring blanks is determined by the strength of the rear flange.
Настоящее изобретение поясняется следующими фигурами:The present invention is illustrated by the following figures:
фиг. 1 - общий вид рабочего колеса,FIG. 1 - General view of the impeller,
фиг. 2 - раскрой слоя композиционного материала лопатки,FIG. 2 - cutting a layer of composite material of the scapula,
фиг. 3 - раскрой слоя композиционного материала для формирования опорного кольца, переднего и заднего фланцев,FIG. 3 - cutting a layer of composite material for the formation of a support ring, front and rear flanges,
фиг. 4 - кольцевая заготовка из композиционного материала,FIG. 4 - annular blank of composite material,
фиг. 5 - схема прессования лопатки,FIG. 5 is a diagram of the pressing of the blades,
фиг. 6 - лопатка после прессования,FIG. 6 - the blade after pressing,
фиг. 7 - пресс-форма после укладки в лопатки композиционного материала для оформления фланцев и опорного кольца,FIG. 7 - the mold after laying in the blades of the composite material for the design of the flanges and the support ring,
фиг. 8 - сечение А-А пресс-формы,FIG. 8 - section aa of the mold,
фиг. 9 - пресс-форма, готовая к прессованию,FIG. 9 - mold, ready for pressing,
фиг. 10 - сечение Б-Б заднего фланца.FIG. 10 - section BB of the rear flange.
Рабочее колесо (фиг. 1) включает рабочие лопатки 1 (аэродинамический профиль лопатки условно не показан), опорное кольцо 2, передний фланец 3 и задний фланец 4. Опорное кольцо 2 формируется из композиционного материала 5, выходящего за контур лопатки 1 при раскрое (фиг. 2) материала 6, который оформляется из заготовки (фиг. 3) и который формирует аэродинамический профиль опорного кольца. Из этой же заготовки формируются передний 3 и задний 4 фланцы (фиг. 1 и фиг. 3).The impeller (Fig. 1) includes the blades 1 (the aerodynamic profile of the blades is not shown conventionally), the
В данной конструкции учитывается, что композиционные материалы имеют наибольшую прочность при растяжении вдоль волокон, а наиболее нагруженным из-за действия центробежных сил является место крепления лопаток к опорному кольцу, поэтому волокна в части 5 под действием указанных сил будут расслаиваться, чтобы исключить этот недостаток опорное кольцо усиливают фланцами, которые объединены частью 6 опорного кольца и выполнены из раскроенного единого материала. Таким образом, передний 3, задний 4 фланцы и часть опорного кольца 6 образуют силовой элемент рабочего колеса, в котором волокна работают на растяжение, т.к. фланцы являются крепежным элементом, через который передаются силы, возникающие при вращении колеса. Швеллерообразное сечение силового элемента (фланцы 3, 4 и часть опорного кольца 6) обеспечивают высокую удельную прочность всей конструкции рабочего колеса. В данной конструкции задний фланец уступает по прочности переднему фланцу, это связано с тем, что передний фланец формируется из кольцевой части 3 (фиг. 3), а задний фланец - из отдельных секторов 4 (фиг. 3). Чтобы указанный недостаток устранить, необходимо усовершенствовать способ изготовления рабочего колеса.This design takes into account that composite materials have the greatest tensile strength along the fibers, and the most loaded due to the action of centrifugal forces is the place of attachment of the blades to the support ring, therefore, the fibers in
Способ изготовления рабочего колеса компрессора заключается в раскрое различных размеров слоев материала (фиг. 2) лопаток 1, при этом слои раскраиваются с учетом того, что материал 5 предназначен для формирования части 5 опорного кольца 2 (фиг. 1). Также производят раскрой слоев материала (фиг. 3) для оформления переднего 3, заднего 4 фланцев и части опорного кольца 6 (фиг. 1). Для увеличения прочности заднего фланца готовят кольцевые заготовки 7 (фиг. 4). Количество слоев и их размеры (фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4) рассчитываются для каждого конкретного колеса с учетом конфигурации лопатки, опорного кольца, фланцев и необходимой прочности. Далее каждый слой, который формирует перо лопатки (фиг. 2), пропитывают связующим в зонах 1 и 8 (фиг. 2). Зона 8 раскроя предназначена для формирования части опорного кольца 8 (фиг. 6) длиной 1…20 мм, которая фиксирует лопатку в сепараторе 11 (фиг. 7, фиг. 8) в радиальном направлении. Затем слои выкладывают в матрице 9 (фиг. 5) пресс-формы, устанавливают пуансон 10 и производят прессование в соответствии с технологическим режимом для применяемого композиционного материала. После разборки пресс-формы получается лопатка 1 (фиг. 5), на ее корневом сечении образована наметка 8 для части 5 опорного кольца 2 (фиг. 1), часть материала 5 (фиг. 2, фиг. 5, фиг. 6) остается в исходном состоянии, из которого в дальнейшем сформируется часть 5 опорного кольца 2 (фиг. 1). Далее пропитывают раскрой слоев (фиг. 3) и выкладывают их в пресс-форме, при этом кольцевая часть 3 (фиг. 3) укладывается в сепаратор 11 (фиг. 7) в полость 12, где оформляется передний фланец 3 (фиг. 1 и фиг. 7), а часть 6 раскроя укладывают в полость 13 сепаратора 11 (фиг. 3, фиг. 7 и фиг. 8), в которой оформляется часть 6 опорного кольца 2 с необходимым аэродинамическим профилем (фиг. 1), при укладке совмещают прорези 14 с прорезями 15 сепаратора 11 (фиг. 8). Затем в прорези 15 сепаратора 11 вставляют лопатки 1 (фиг. 7 и фиг. 8) до упора наметки 8 в часть 6 раскроя и в полость 13 укладывают материал 5 (фиг. 6, фиг. 7 и фиг. 8), предварительно пропитав связующим. Из материала 5 (фиг. 6, фиг. 7 и фиг. 8) сформируется часть 5 опорного кольца 2 (фиг. 1, фиг. 7, фиг. 8 и фиг. 9). Затем в пресс-форму устанавливают эластичный пуансон 16 (фиг. 7, фиг. 8 и фиг. 9). На него укладывают сектора 4 раскроя (фиг. 3 и фиг. 9), но в каждом слое стык секторов - слабое место с точки зрения прочности. Для создания заднего фланца, равного по прочности переднему фланцу между слоями, состоящими из секторов 4, укладывают кольцевые заготовки 7 (фиг. 4, фиг. 9), количество которых определяется расчетом на прочность фланца. В качестве примера (фиг. 10) представлено увеличенное сечение Б-Б, на котором показано чередование слоев из секторов 4 и кольцевых заготовок 7. Как известно, в композиционном материале армирующий элемент - ткань изготавливается из нитей: основы и уток, поэтому кольцевая заготовка имеет различную прочность при приложении сил под разными углами к основе ткани. Для создания равнопрочного фланца при укладке в пресс-форму кольцевых заготовок, каждую из них поворачивают относительно предыдущей на угол, равный 360:n, где n - количество расчетных кольцевых заготовок, при этом за ориентир берут, например, основу ткани. Далее устанавливают нажимной пуансон 17 (фиг. 9), который обеспечивает форму и размеры заднего фланца, и скрепляют вместе с сепаратором, например, болтами (не показаны). На эластичный пуансон 16 подают давление, например, конусом 18 (фиг. 7, фиг. 8 и фиг. 9), под действием которого эластичный пуансон 16 создает давление на композиционный материал, формующий опорное кольцо, передний и задний фланцы. Прессование проводят по режиму, соответствующему применяемому композиционному материалу для рабочего колеса.A method of manufacturing a compressor impeller consists in cutting various sizes of material layers (Fig. 2) of the
После разборки пресс-формы получают монолитное рабочее колесо (фиг. 1), содержащее рабочие лопатки, опорное кольцо, передний и задний фланцы.After disassembling the mold, a monolithic impeller is obtained (Fig. 1), containing rotor blades, support ring, front and rear flanges.
Данным изобретением решается задача создания высоконагруженной конструкции рабочего колеса компрессора или вентилятора из композиционного материала при значительном снижении удельной массы и повышении жесткости и прочности, при этом передний и задний фланцы равнопрочны.This invention solves the problem of creating a highly loaded impeller design of a compressor or fan made of composite material with a significant reduction in specific gravity and increased stiffness and strength, while the front and rear flanges are equally strong.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014152450/05A RU2586553C1 (en) | 2014-12-23 | 2014-12-23 | Method of making compressor or fan impeller from composite material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014152450/05A RU2586553C1 (en) | 2014-12-23 | 2014-12-23 | Method of making compressor or fan impeller from composite material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2586553C1 true RU2586553C1 (en) | 2016-06-10 |
Family
ID=56115489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014152450/05A RU2586553C1 (en) | 2014-12-23 | 2014-12-23 | Method of making compressor or fan impeller from composite material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2586553C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5697152A (en) * | 1989-02-13 | 1997-12-16 | Hitachi, Ltd. | Method of manufacturing an impeller |
WO2011063334A1 (en) * | 2009-11-23 | 2011-05-26 | Nuovo Pignone S.P.A. | Mold for a centrifugal impeller, mold inserts and method for building a centrifugal impeller |
RU2432502C1 (en) * | 2010-08-02 | 2011-10-27 | Открытое акционерное общество Институт технологии и организации производства (ОАО НИИТ) | Method of manufacturing of centrifugal compression machine impeller from composite material |
RU2502601C1 (en) * | 2012-04-10 | 2013-12-27 | Открытое акционерное общество Институт технологии и организации производства (ОАО НИИТ) | Method of making compressor impeller |
-
2014
- 2014-12-23 RU RU2014152450/05A patent/RU2586553C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5697152A (en) * | 1989-02-13 | 1997-12-16 | Hitachi, Ltd. | Method of manufacturing an impeller |
WO2011063334A1 (en) * | 2009-11-23 | 2011-05-26 | Nuovo Pignone S.P.A. | Mold for a centrifugal impeller, mold inserts and method for building a centrifugal impeller |
RU2432502C1 (en) * | 2010-08-02 | 2011-10-27 | Открытое акционерное общество Институт технологии и организации производства (ОАО НИИТ) | Method of manufacturing of centrifugal compression machine impeller from composite material |
RU2502601C1 (en) * | 2012-04-10 | 2013-12-27 | Открытое акционерное общество Институт технологии и организации производства (ОАО НИИТ) | Method of making compressor impeller |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2502601C1 (en) | Method of making compressor impeller | |
US10914314B2 (en) | Modular fan assembly | |
EP2820251B1 (en) | Composite rotor and vane assemblies with integral airfoils | |
US20110103726A1 (en) | Composite load-bearing rotating ring and process therefor | |
RU2432502C1 (en) | Method of manufacturing of centrifugal compression machine impeller from composite material | |
JP5745633B2 (en) | Method for producing composite structure and composite structure obtained by the method | |
US9777593B2 (en) | Hybrid metal and composite spool for rotating machinery | |
US10557350B2 (en) | I beam blade platform | |
RU2239100C2 (en) | Working wheel for centrifugal compressor and method of its manufacturing | |
RU2617752C2 (en) | Working wheel of the fan and compressor and method of its manufacture from composite material | |
EP3103622A1 (en) | Composite disk | |
RU2586553C1 (en) | Method of making compressor or fan impeller from composite material | |
US11015461B2 (en) | Composite hollow blade and a method of forming the composite hollow blade | |
RU2578256C2 (en) | Fan impeller or compressor and method of making same | |
RU2679956C1 (en) | Aviation engine impeller and method for manufacture thereof from composite material | |
RU2769595C1 (en) | Method for manufacturing an aircraft engine impeller from a composite material | |
RU2757082C1 (en) | Composite impeller of a compressor or a fan and the method for its manufacture | |
JP2016075272A (en) | Braided blades and vanes having dovetail roots | |
RU2798639C1 (en) | Method for manufacturing an aircraft engine compressor or fan impeller from a composite material | |
RU2625078C1 (en) | Gas-turbine engine containing fan and compressor | |
RU2296246C1 (en) | Method of making wide-chord hollow blades of fan | |
RU2786291C1 (en) | Method for manufacturing a guide vane for an aircraft engine compressor | |
RU2766040C1 (en) | Method of making a guide vane of an aircraft engine compressor | |
JPH05171901A (en) | Dividing and integrally molding of turbine rotor | |
RU2689498C1 (en) | Fan impeller with fairing and composite manufacturing method |