RU2652269C2 - Способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора из композиционного материала - Google Patents
Способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора из композиционного материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2652269C2 RU2652269C2 RU2016107247A RU2016107247A RU2652269C2 RU 2652269 C2 RU2652269 C2 RU 2652269C2 RU 2016107247 A RU2016107247 A RU 2016107247A RU 2016107247 A RU2016107247 A RU 2016107247A RU 2652269 C2 RU2652269 C2 RU 2652269C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- mold
- support ring
- blade
- binder
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 7
- 230000036461 convulsion Effects 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000001991 scapula Anatomy 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области турбостроения, а именно к способу изготовления рабочих колес центробежных компрессоров, в частности газотурбинных двигателей. Способ изготовления рабочего колеса из композиционных материалов, включающий раскрой слоев материала лопаток, при этом материал выходит за пределы контура лопатки со стороны корневого сечения на длину, большую длины дуги опорного кольца между соседними лопатками, а со стороны периферийного сечения на длину, большую длины дуги покрывного диска между соседними лопатками. Материал, служащий для изготовления лопатки, пропитывают связующим. В пресс-форме оформляют и полимеризуют аэродинамический профиль лопаток, при этом части материала, служащие для формирования опорного кольца и покрывного диска, охлаждают в пресс-форме и оставляют в исходном состоянии. В дальнейшем при формировании опорного кольца и покрывного диска в сборочной пресс-форме их соединяют и полимеризуют в единый композиционный материал с монолитным связующим, объединяющим покрывной диск, лопатки, опорное кольцо в единое тело, не имеющее границ полимеризации. Способ позволяет создать высоконадежную конструкцию монолитного колеса центробежного компрессора высокой точности. 10 ил.
Description
Изобретение относится к области турбинного машиностроения, а именно к способам изготовления рабочих колес центробежных компрессов, в частности газотурбинных двигателей, и может быть использовано в авиационной, ракетно-космической технике, автомобильном двигателестроении и других отраслях промышленности.
Известна воздушная турбина из термоконструкционного композиционного материала и способ ее изготовления (патент RU №2135779, кл. F01D 5/04, F01D 5/28, F04D 29/28, опубл. 29.08.1996 г.). Турбина содержит несколько лопастей, расположенных между двумя фланцами. Основание каждой лопасти соединено с втулкой. Втулка образована плоскими кольцевыми пластинами, уложенными в пакет и обездвиженными друг относительно друга по вращательному движению относительно оси турбины. Лопасти, втулка и фланцы изготовлены из композиционного материала с последующей механической обработкой.
Способ характеризуется тем, что каждую лопасть изготавливают индивидуально путем формования двумерной волокнистой структуры в виде пластин для получения предварительно отформованной заготовки, ее последующего уплотнения при помощи матрицы данного композиционного материала и механической обработки. Каждый из фланцев получен путем изготовления предварительно отформованной кольцевой заготовки из пластины двумерной волокнистой структуры и последующего ее уплотнения матрицей данного композиционного материала. Каждую лопасть соединяют с втулкой путем установки основания лопасти в канавку, форма которой соответствует форме основания лопатки. Фланцы, которые контактируют с лопастями и образуют с ними проходы для газовой среды, имеют прорези, в которые входят кромки лопастей.
Недостатком этой конструкции является то, что она состоит из большого количества деталей, которые подлежат механической обработке, при этом перерезаются волокна, а клеевая сборка обеспечивает монолитность колеса, но не обеспечивает стабильной прочности.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу изготовления рабочего колеса центробежного компрессора из композиционного материала является способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора, описанный в патенте RU 2432502, кл. F04D 29/28, опубл. 27.10.2011 г., взятый в качестве прототипа.
Способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора из композиционного материала включает раскрой слоев материала лопаток, прессование их в пресс-форме, размещение и центровку лопаток в сборочной пресс-форме и прессование колеса. При раскрое слоев материал выходит за пределы контура лопаток со стороны корневого сечения лопатки на длину, большую длины дуги опорного кольца между соседними лопатками, а со стороны периферийного сечения на длину, большую длины дуги покрывного диска между соседними лопатками. Материал пропитывают связующим по контуру лопатки и укладывают в пресс-форму, в которой оформляют аэродинамический профиль лопатки, на корневом и периферийном сечениях пера формируют часть опорного кольца и покрывного диска длиной от 1 до 20 мм. Затем лопатки укладывают в сепаратор, который обеспечивает номинальное расположение лопаток в пресс-форме. Далее пропитывают связующим материал, выходящий за пределы контура лопаток, и предварительно формируют в полостях сепаратора опорное кольцо и покрывной диск, после чего сепаратор укладывают в пресс-форму и производят прессование, при этом в матрице формируют наружные поверхности покрывного диска, в пуансоне наружные поверхности опорного кольца, а в сепараторе формируют внутренние аэродинамические поверхности газового тракта покрывного и опорного диска. После разборки пресс-формы колесо освобождают от сепаратора известными технологическими приемами.
По данному изобретению достигают получение жесткого и прочного колеса из композиционного материала. Недостатком этого способа является то, что отдельно пропитывают связующим, прессуют и полимеризуют в пресс-форме лопатку и затем пропитывают связующим и полимеризуют материал, выходящий за пределы контура лопаток. В результате в теле колеса после окончательной полимеризации присутствуют связующие, полимеризованные не одновременно, соприкасающиеся друг с другом по границе полимеризации, проходящей через контур лопатки в местах ее закрепления в опорном кольце и покрывном диске. Несмотря на переход тканного материала без прерывания с опорного кольца на покрывной диск и внешнюю монолитность конструкции, наличие границы полимеризации и нарушение сплошности связующего ухудшают прочность конструкции.
Задачей, решаемой данным изобретением, является создание способа изготовления монолитного рабочего колеса центробежного компрессора, исключающего несплошность связующего в местах соединений лопаток с покрывным диском и опорным кольцом, что создает стабильные прочностные характеристики изделия.
Поставленная цель достигается следующим образом. Из материала, пропитанного связующим, изготавливают препрег. Осуществляют пропитку всего раскроя, включая материал лопатки, выходящий за пределы его контура и предназначенный для формирования опорного кольца и покрывного диска. Далее слои материала собирают в пакет и укладывают в пресс-форму, в которой полимеризуют аэродинамический профиль лопатки путем нагрева пресс-формы. При этом материал, выходящий за пределы контура лопатки, принудительно охлаждают, оставляя материал в состоянии не полной полимеризации, исключая или останавливая в ней полимеризацию связующего. Изготовленные лопатки укладывают в сепаратор, который обеспечивает номинальное расположение лопаток в пресс-форме, и предварительно формируют в полостях сепаратора опорное кольцо и покрывной диск, после чего сепаратор укладывают в пресс-форму и производят прессование, полимеризацию, при этом в матрице формируют наружные поверхности покрывного диска, в пуансоне - наружные поверхности опорного кольца, а в сепараторе формируют внутренние аэродинамические поверхности газового тракта покрывного и опорного диска.
На фиг. 1 показано рабочее колесо центробежного компрессора из композиционного материала. На фиг. 2 - сечение рабочего колеса центробежного компрессора. На фиг. 3 представлен раскрой материала. На фиг. 4 - пресс-форма для изготовления лопаток. На фиг. 5 - лопатка после прессования. На фиг. 6 - сечение Б-Б лопатки после прессования. На фиг. 7 - вид сверху на сепаратор. На фиг. 8 - сечение В-В сепаратора. На фиг. 9 - вид сверху на пресс-форму в собранном состоянии. На фиг. 10 - сечение Г-Г пресс-формы.
Рабочее колесо центробежного компрессора (фиг. 1) состоит из рабочих лопаток 1, опорного кольца 2 и покрывного диска 3. На сечении А-А (фиг. 2) показано опорное кольцо 2 и покрывной диск 3, сформированные материалом 9, 8, выходящим за пределы лопатки в корневом 5 и периферийном сечениях 6 лопатки соответственно. При этом материал 9, выходящий за пределы лопатки, имеет длину в корневом сечении больше длины дуги опорного кольца между соседними лопатками, а в периферийном сечении материал 8 больше длины дуги покрывного диска между соседними лопатками.
Способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора заключается в раскрое различных слоев материала (фиг. 3) лопаток 1, при этом слои раскраивают с учетом того, что часть материала 9, 8 соответственно будет формировать опорное кольцо 2 и покрывной диск 3 (фиг. 1). На фиг. 3 показан раскрой одного слоя лопатки. Количество слоев и их размеры рассчитывают для каждого конкретного колеса и конфигурации лопатки. Каждый слой полностью пропитывают связующим (фиг. 3), изготавливая препрег. После этого слои выкладывают в матрице 10 (фиг. 4) пресс-формы, устанавливают пуансон 11 и проводят прессование в соответствии с технологическим режимом для применяемого композиционного материала. При этом части материала 8 и 9 охлаждают, например водой, протекающей по каналам 31 (фиг. 4), имеющимся в пуансоне и матрице. С помощью изменения скорости протекающей жидкости регулируют температуру материала. Таким образом, в тех частях материала, которые будут применены для формирования опорного кольца и покрывного диска, полимеризация связующего замедлится или остановится и они останутся в состоянии препрега. Связующее после полимеризации находится в агрегатном состоянии от твердого в лопатке 1 до размягченного или жидкого в материале 8 и 9.
После прессования получают лопатку 1 (фиг. 5), на периферийном сечении 15 которой образована наметка 12 (фиг. 6) покрывного диска 3 (фиг. 1), а на корневом сечении 14 (фиг. 5) образована наметка 13 (фиг. 6) опорного кольца 2 (фиг. 1); наметки 12, 13 получают длиной 1…20 мм. Для их образования это место в пресс-форме не охлаждают (фиг. 4). Материал 8, 9 оставляют в исходном состоянии, из которого в дальнейшем полностью формируют опорное кольцо и покрывной диск.
Далее лопатку 1 с наметками 13, 14 и не полимеризованным материалом 8, 9, предназначенным для образования опорного кольца 2 и покрывного диска 3 лопатки 1 (фиг. 1), устанавливают в сепаратор (фиг. 7). Поверхность 16 (фиг. 8) формирует поверхность газового тракта 17 (фиг. 2), а поверхность 18 (фиг. 8) формирует поверхность 19 (фиг. 2) газового тракта колеса. Поверхности 20 и 21 (фиг. 8) формируют поверхности колеса 22 и 23 (фиг. 1) соответственно, а поверхности 24 и 25 (фиг. 6) формируют поверхности 26 и 27 (фиг. 1) соответственно. Лопатки 1 (фиг. 5) устанавливают в пазы 28 (фиг. 7), при этом наметка 13 покрывного диска и наметка 12 (фиг. 4) опорного кольца фиксируют лопатку 1 в радиальном направлении. Затем материал 9 укладывают в полость между поверхностями 16, 20, 21 (фиг. 8), в которой формируют покрывной диск, а материал 8 (фиг. 6) укладывают в полость между поверхностями 18, 24, 25 (фиг. 8), в которой формируют опорное кольцо. Далее сепаратор вместе с предварительно оформленным колесом устанавливают на пуансон 30 и укладывают в матрицу 29 (фиг. 10). Проводят прессование по режиму, соответствующему композиционному материалу, из которого состоит рабочее колесо центробежного компрессора.
В процессе прессования в пресс-форме окончательно формируют поверхности газового тракта колеса.
Данным изобретением решается задача создания способа изготовления монолитного рабочего колеса центробежного компрессора из композиционного материала, исключающего несплошность связующего в местах соединений лопаток с покрывным диском и опорным кольцом, что обеспечит стабильную прочность. Предложенные инженерные решения в изобретении с успехом могут быть применены при создании входного направляющего и спрямляющего аппаратов газотурбинного двигателя, а способ соединения полимерных композиционных материалов может быть повсеместно использован, где требуется соединить два и более материала, как простые по форме, так и геометрически сложные, чтоб избежать применения механических креплений.
Claims (1)
- Способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора из композиционного материала, включающий раскрой слоев материала лопаток, прессование их в пресс-форме, размещение и центровку лопаток в сборочной пресс-форме и прессование колеса, причем при раскрое слоев материала они выходят за пределы контура лопаток со стороны корневого сечения лопатки на длину, большую длины дуги опорного кольца между соседними лопатками, а со стороны периферийного сечения на длину, большую длины дуги покрывного диска между соседними лопатками, при этом наружные поверхности опорного кольца и покрывного диска выполняют эквидистантно аэродинамическим поверхностям газового тракта, затем лопатки укладывают в сепаратор пресс-формы, и в полостях сепаратора предварительно формируют опорное кольцо и покрывной диск, после чего сепаратор укладывают в пресс-форму и производят прессование, при этом в матрице формируют наружные поверхности покрывного диска, в пуансоне - наружные поверхности опорного кольца, а в сепараторе формируют внутренние аэродинамические поверхности газового тракта покрывного и опорного кольца, аэродинамический профиль лопаток оформляют в пресс-форме, отличающийся тем, что слой, включающий материал для формирования аэродинамического профиля лопатки и выходящий за пределы последней, пропитывают связующим, а при формовании лопатки материал, выходящий за ее пределы, принудительно охлаждают в пресс-форме, исключая его полимеризацию, тем самым в последующих операциях, сохраняя сплошность связующего, чем достигается стабильность прочностных характеристик.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016107247A RU2652269C2 (ru) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | Способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора из композиционного материала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016107247A RU2652269C2 (ru) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | Способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора из композиционного материала |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016107247A RU2016107247A (ru) | 2017-09-01 |
RU2652269C2 true RU2652269C2 (ru) | 2018-04-25 |
Family
ID=59798540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016107247A RU2652269C2 (ru) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | Способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора из композиционного материала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2652269C2 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5464325A (en) * | 1993-06-25 | 1995-11-07 | Institut Fuer Luft- Und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige Gesellschaft Mbh | Turbo-compressor impeller for coolant |
RU2135779C1 (ru) * | 1995-08-30 | 1999-08-27 | Сосьете Эропеен де Пропюльсьон | Воздушная турбина, в частности, большого диаметра из термоконструкционного композиционного материала и способ ее изготовления |
RU2239100C2 (ru) * | 2002-10-30 | 2004-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И.Баранова" | Рабочее колесо центробежного компрессора из композиционного материала и способ его изготовления |
RU2432502C1 (ru) * | 2010-08-02 | 2011-10-27 | Открытое акционерное общество Институт технологии и организации производства (ОАО НИИТ) | Способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора из композиционного материала |
-
2016
- 2016-02-29 RU RU2016107247A patent/RU2652269C2/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5464325A (en) * | 1993-06-25 | 1995-11-07 | Institut Fuer Luft- Und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige Gesellschaft Mbh | Turbo-compressor impeller for coolant |
RU2135779C1 (ru) * | 1995-08-30 | 1999-08-27 | Сосьете Эропеен де Пропюльсьон | Воздушная турбина, в частности, большого диаметра из термоконструкционного композиционного материала и способ ее изготовления |
RU2239100C2 (ru) * | 2002-10-30 | 2004-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И.Баранова" | Рабочее колесо центробежного компрессора из композиционного материала и способ его изготовления |
RU2432502C1 (ru) * | 2010-08-02 | 2011-10-27 | Открытое акционерное общество Институт технологии и организации производства (ОАО НИИТ) | Способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора из композиционного материала |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016107247A (ru) | 2017-09-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2432502C1 (ru) | Способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора из композиционного материала | |
JP5587334B2 (ja) | 犠牲連結要素を有するモールド内張り | |
CN105221294B (zh) | 用于喷气式发动机反推装置的热成形叶栅 | |
EP3256739B1 (en) | Compressor impeller with hollow hub and ribs prolongating the blades inside the hub, and method for manufacturing such an impeller | |
US11040506B2 (en) | Method for manufacturing a composite casing for a turbomachine compressor | |
JP6563931B2 (ja) | フレアを備えるセラミックマトリクス複合材料製タービンブレードスキーラチップ及びその方法 | |
JP5745633B2 (ja) | 複合構造体を製造する方法およびその方法によって得られる複合構造体 | |
US20100098546A1 (en) | Gas turbine engine centrifugal impeller | |
CN112412543B (zh) | 使用非视线孔的翼型件冷却 | |
JP2001073997A (ja) | 注入成形ハイブリッド翼形部 | |
CN104791303A (zh) | 用于轴流涡轮机压缩机的带有耐磨密封件的壳体 | |
CN104153820A (zh) | 一种具有台阶型球面端壁的大子午扩张变几何涡轮 | |
US10677090B2 (en) | Component having co-bonded composite and metal rings and method of assembling same | |
RU2652269C2 (ru) | Способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора из композиционного материала | |
WO2014184368A1 (en) | Impeller with backswept circular pipes | |
RU2239100C2 (ru) | Рабочее колесо центробежного компрессора из композиционного материала и способ его изготовления | |
CN106246231B (zh) | 复合盘 | |
US11174736B2 (en) | Method of forming an additively manufactured component | |
CN108952820A (zh) | 具有降低的惯量的涡轮机叶轮 | |
RU2617752C2 (ru) | Рабочее колесо вентилятора и компрессора и способ его изготовления из композиционного материала | |
US8926271B2 (en) | Abradable for stator inner shroud | |
RU2600213C1 (ru) | Рабочее колесо центробежного компрессора из композиционного материала и способ его изготовления | |
RU2661429C1 (ru) | Способ изготовления направляющего лопаточного аппарата компрессора авиационного двигателя | |
RU2652252C2 (ru) | Способ изготовления рабочего колеса центробежного компрессора из композиционного материала | |
JP6461880B2 (ja) | 複数の加工ステップを用いたガスタービンエンジン部品の製造 |