RU2675735C1 - Method of manufacturing axial turbomachine disk - Google Patents

Method of manufacturing axial turbomachine disk Download PDF

Info

Publication number
RU2675735C1
RU2675735C1 RU2018109332A RU2018109332A RU2675735C1 RU 2675735 C1 RU2675735 C1 RU 2675735C1 RU 2018109332 A RU2018109332 A RU 2018109332A RU 2018109332 A RU2018109332 A RU 2018109332A RU 2675735 C1 RU2675735 C1 RU 2675735C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
disk
web
hub
walls
single part
Prior art date
Application number
RU2018109332A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Любовь Александровна Магеррамова
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 RU2018109332A priority Critical patent/RU2675735C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2675735C1 publication Critical patent/RU2675735C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/028—Blade-carrying members, e.g. rotors the rotor disc being formed of sheet laminae
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/04—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine or like blades from several pieces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/34—Rotor-blade aggregates of unitary construction, e.g. formed of sheet laminae

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.SUBSTANCE: invention relates to the field of engine construction, and in particular to methods for producing disks for axial turbomachines, in particular disks of high-temperature turbines for gas-turbine engines. Turbomachine disk is made as a single part by the method of three-dimensional printing, for which a hub and a web are formed, including two walls forming a cavity. When performing a disk in the form of a single part, an annular element is additionally formed, consisting of at least two parts. Then, the inner surfaces of the hub, the walls of the web and the ring element are mechanically treated and the walls of the web and parts of the ring element are joined with tension. Then a rim of a material identical to the material of the canvas is formed, around the circumference of the outer surface of the annular element. Hub and the web are successively formed on a rotating substrate, which is removed after making the disk as a single part.EFFECT: invention allows to provide the required surface roughness of the turbomachine disk.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к способам изготовления дисков осевых турбомашин, в частности дисков высокотемпературных турбин газотурбинных двигателей.The invention relates to the field of engine building, and in particular to methods for manufacturing disks of axial turbomachines, in particular disks of high temperature turbines of gas turbine engines.

Известен способ изготовления диска осевой турбомашины (US 3982852, 1976), в котором диск выполняют в виде единой детали, содержащей ступицу и полотно, причем в зоне ступицы выполняют полость, в которой устанавливают решетчатые кольцевые элементы. Недостатком известного технического решения является то, что изготовленный данным способом диск имеет большое количество концентраторов напряжения, что ограничивает его срок службы.A known method of manufacturing a disk of an axial turbomachine (US 3982852, 1976), in which the disk is made in the form of a single part containing a hub and a web, and in the zone of the hub there is a cavity in which lattice ring elements are installed. A disadvantage of the known technical solution is that the disk made by this method has a large number of voltage concentrators, which limits its service life.

Известен способ изготовления диска осевой турбомашины (US 9114488, 2015), в котором методом горячего изостатического прессования (ГИП) формируют полотно, включающее две стенки, образующие открытую полость. Недостатком данного технического решения является то, что диск имеет открытую полость с узким входом, ограничивающим доступ к формообразующему массивному сплошному элементу оснастки, помещаемому внутрь диска при изготовлении последнего. При изготовлении диска методом ГИП удалить этот элемент практически невозможно.A known method of manufacturing an axial turbomachine disk (US 9114488, 2015), in which a web comprising two walls forming an open cavity is formed by hot isostatic pressing (GUI). The disadvantage of this technical solution is that the disk has an open cavity with a narrow entrance, restricting access to the massive forming solid element of the snap, placed inside the disk in the manufacture of the latter. When manufacturing a disk using the GUI method, it is almost impossible to remove this element.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является способ изготовления диска турбомашины (US 2014169971, 2014), в котором диск выполняют в виде единой детали методом трехмерной печати, для чего формируют ступицу и полотно, при этом полотно включает две стенки, образующие полость. Недостатком известного технического решения является то, что при изготовлении диска методом трехмерной печати образующиеся поверхности его деталей имеют повышенную шероховатость, что может привести к концентрации напряжений в деталях и как следствие к образованию трещин. Детали, изготовленные методом трехмерной печати, подвергают механической обработке, в частности для уменьшения шероховатости поверхностей. Однако механическая обработка закрытой полости в изготовленном методом трехмерной печати целом диске невозможна.The closest analogue to the claimed technical solution is a method of manufacturing a turbomachine disk (US 2014169971, 2014), in which the disk is made in the form of a single part by three-dimensional printing, for which a hub and a web are formed, while the web includes two walls forming a cavity. A disadvantage of the known technical solution is that in the manufacture of a disk by three-dimensional printing, the formed surfaces of its parts have an increased roughness, which can lead to a concentration of stresses in the parts and, as a result, to cracking. Parts manufactured by three-dimensional printing are machined, in particular to reduce surface roughness. However, the mechanical treatment of a closed cavity in a whole disk made by three-dimensional printing is not possible.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в изготовлении прочного полого диска турбомашины методом трехмерной печати.The technical problem to which the invention is directed is the manufacture of a durable hollow disk of a turbomachine using three-dimensional printing.

Технический результат, достигаемый при реализации настоящего изобретения, заключается в обеспечении требуемой шероховатости поверхности полости диска турбомашины.The technical result achieved by the implementation of the present invention is to provide the required surface roughness of the cavity of the disk of the turbomachine.

Технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления диска турбомашины диск выполняют в виде единой детали методом трехмерной печати, для чего формируют ступицу и полотно, при этом полотно включает две стенки, образующие полость, при выполнении диска в виде единой детали дополнительно формируют кольцевой элемент, состоящий по меньшей мере из двух частей, механически обрабатывают внутренние поверхности ступицы, стенок полотна и кольцевого элемента, осуществляют соединение стенок полотна и частей кольцевого элемента с натягом и формируют обод из материала, идентичного материалу полотна, по окружности внешней поверхности кольцевого элемента, при этом ступицу и полотно последовательно формируют на вращающейся подложке, которую удаляют после выполнения диска в виде единой детали.The technical result is achieved due to the fact that in the method of manufacturing a disk of a turbomachine, the disk is made in the form of a single part by three-dimensional printing, for which a hub and a sheet are formed, the sheet includes two walls forming a cavity, when the disk is made in the form of a single part, an additional ring is formed an element consisting of at least two parts, mechanically process the inner surfaces of the hub, web walls and the annular element, connect the web walls and parts of the annular element and an interference fit and form a rim of a material identical to the material web, on the outer circumferential surface of the annular member, wherein the hub and the blade are sequentially formed on a rotating substrate which is removed after the disk as a single piece.

Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленной технической проблемы с достижением заявленного технического результата, так как:These essential features provide a solution to the technical problem posed with the achievement of the claimed technical result, since:

- формирование методом трехмерной печати на вращающейся подложке ступицы и полотна, включающего две стенки, образующие полость, формирование кольцевого элемента, состоящего по меньшей мере из двух частей, и механическая обработка внутренних поверхностей ступицы, стенок полотна и кольцевого элемента позволяет обеспечить требуемую шероховатость внутренних поверхностей стенок полотна, кольцевого элемента и ступицы;- the formation by the method of three-dimensional printing on a rotating substrate of a hub and a web including two walls forming a cavity, the formation of an annular element consisting of at least two parts, and mechanical processing of the inner surfaces of the hub, the walls of the web and the annular element allows to provide the required roughness of the inner surfaces of the walls paintings, ring element and hub;

- выполнение диска в виде единой детали, включая соединение стенок полотна и частей кольцевого элемента с натягом, формирование обода из материала, идентичного материалу полотна, по окружности внешней поверхности кольцевого элемента и удаление вращающейся подложки после выполнения диска в виде единой детали позволяет получить диск с закрытой полостью, образованной обработанными поверхностями стенок полотна, кольцевого элемента и ступицы, что обеспечивает уменьшение поверхностных напряжений в закрытой полости и увеличение прочности диска.- making the disk in the form of a single part, including connecting the walls of the web and parts of the annular element with an interference fit, forming a rim from a material identical to the material of the web along the circumference of the outer surface of the ring element and removing the rotating substrate after making the disk in the form of a single part allows you to get a disk with a closed the cavity formed by the treated surfaces of the walls of the web, the annular element and the hub, which provides a reduction in surface stresses in the closed cavity and an increase in strength claim.

Настоящее изобретение поясняется следующим подробным описанием способа изготовления диска осевой турбомашины со ссылкой на фигуры 1-2, гдеThe present invention is illustrated by the following detailed description of a method of manufacturing an axial turbomachine disk with reference to figures 1-2, where

на фиг. 1 приведена общая схема диска осевой турбомашины;in FIG. 1 shows a general diagram of an axial turbomachine disk;

на фиг. 2 представлена модель диска.in FIG. 2 shows a disk model.

Диск 1 осевой турбомашины, показанный на фиг. 1, выполнен в виде единой детали методом трехмерной печати и содержит обод 2, ступицу 3, полотно 4 и кольцевой элемент 5. Полотно 4 включает две стенки, образующие полость 6.The axial turbomachine disk 1 shown in FIG. 1, made in the form of a single part by the method of three-dimensional printing and contains a rim 2, a hub 3, a web 4 and an annular element 5. The web 4 includes two walls forming a cavity 6.

Кольцевой элемент 5 состоит по меньшей мере из двух частей (на чертеже не показаны), что необходимо для его соединения с полотном 4.The annular element 5 consists of at least two parts (not shown in the drawing), which is necessary for its connection with the canvas 4.

Обод 2 выполняют из материала, идентичного материалу полотна 4. В частном случае, в качестве материала обода 2, ступицы 3 и полотна 4 может быть использован жаропрочный порошковый никелевый сплав ЭИ698П или любой другой известный порошковый сплав, пригодный для трехмерной печати.The rim 2 is made of a material identical to the material of the web 4. In the particular case, the material of the rim 2, the hub 3 and the web 4 can be used heat-resistant powder nickel alloy EI698P or any other known powder alloy suitable for three-dimensional printing.

В ступице 3 выполнено центральное отверстие 7 для вала турбины.In the hub 3, a central hole 7 is made for the turbine shaft.

Диск 1 осевой турбомашины изготавливается следующим образом.Disk 1 axial turbomachine is made as follows.

Диск 1 осевой турбомашины выполняют в виде единой детали методом трехмерной печати.The disk 1 of the axial turbomachine is performed as a single part by the method of three-dimensional printing.

На первом этапе формируют ступицу 3 и полотно 4, включающее две стенки, образующие полость, и дополнительно формируют кольцевой элемент 5, состоящий по меньшей мере из двух частей. При этом ступицу 3 и полотно 4 последовательно формируют на вращающейся подложке. Кольцевой элемент 5 может быть сформирован методом трехмерной печати отдельно и параллельно с изготовлением ступицы 3 с полотном 4.At the first stage, a hub 3 and a web 4 are formed, including two walls forming a cavity, and additionally an annular element 5 is formed, consisting of at least two parts. In this case, the hub 3 and the web 4 are sequentially formed on a rotating substrate. The annular element 5 can be formed by the method of three-dimensional printing separately and in parallel with the manufacture of the hub 3 with the web 4.

В качестве метода трехмерной печати может быть использована известная из уровня техники технология печати металлических изделий, например, технология прямой лазерной наплавки металла DMT (Direct Metal Tooling). При этом в качестве установки для трехмерной печати может быть использована система лазерной наплавки МХ-450(600) (INSSTEK, INC.), а в качестве подложки - цилиндрическая оснастка системы в виде вала или трубы.As a method of three-dimensional printing, the technology for printing metal products known from the prior art can be used, for example, the direct laser metal cladding technology DMT (Direct Metal Tooling). In this case, the MX-450 (600) laser cladding system (INSSTEK, INC.) Can be used as an installation for three-dimensional printing, and cylindrical equipment of the system in the form of a shaft or pipe can be used as a substrate.

На втором этапе внутренние поверхности ступицы 3, стенок полотна 4 и кольцевого элемента 5 механически обрабатывают, например, на станке с числовым программным управлением. Данный этап может содержать несколько операций, необходимых для получения требуемой шероховатости поверхности, в частности шлифование и полирование.At the second stage, the inner surfaces of the hub 3, the walls of the web 4 and the annular element 5 are machined, for example, on a machine with numerical control. This stage may contain several operations necessary to obtain the required surface roughness, in particular grinding and polishing.

На третьем этапе осуществляют соединение стенок полотна 4 и частей кольцевого элемента 5 с натягом и формируют обод 2 по окружности внешней поверхности кольцевого элемента 5, а также, в частном случае, торцевой поверхности стенок полотна 4.At the third stage, the walls of the web 4 and parts of the annular element 5 are connected with an interference fit and a rim 2 is formed around the circumference of the outer surface of the annular element 5, as well as, in the particular case, the end surface of the walls of the web 4.

На четвертом этапе после выполнения диска в виде единой детали удаляют цилиндрическую подложку, в частности, посредством механической обработки. После удаления цилиндрической подложки наружные поверхности диска 1 могут быть подвергнуты механической обработке с целью придания им окончательной формы и требуемой шероховатости.In the fourth step, after the disk is made as a single piece, the cylindrical substrate is removed, in particular by machining. After removing the cylindrical substrate, the outer surfaces of the disk 1 can be machined in order to give them the final shape and the required roughness.

В качестве примера, был изготовлен диск турбины высокого давления диаметром примерно 230 мм, толщиной по ступице примерно 70 мм (см. фиг. 2) с внутренней полостью и с шероховатостью Ra поверхности до обработки более 10 мкм. В качестве метода механической обработки диска было использовано механическое и электрохимическое полирование. После обработки шероховатость Ra внешних и внутренних поверхностей диска составила 1,6 мкм, что подтверждает возможность достижения заявленного технического результата - обеспечение требуемой шероховатости поверхности полости диска турбомашины.As an example, a high-pressure turbine disk was made with a diameter of about 230 mm, a hub thickness of about 70 mm (see Fig. 2) with an internal cavity and with a surface roughness Ra before processing of more than 10 μm. As a method of machining a disk, mechanical and electrochemical polishing was used. After processing, the roughness Ra of the external and internal surfaces of the disk was 1.6 μm, which confirms the possibility of achieving the claimed technical result - providing the required surface roughness of the cavity of the disk of the turbomachine.

В качестве дополнительного технического результата в случае применения изготовленного диска в конструкции турбины газотурбинного двигателя достигается повышение полезной нагрузки двигателя, поскольку наличие полости обеспечивает уменьшение массы диска.As an additional technical result in the case of using the manufactured disk in the design of a turbine of a gas turbine engine, an increase in the engine payload is achieved, since the presence of a cavity provides a decrease in the mass of the disk.

Claims (1)

Способ изготовления диска турбомашины, в котором диск выполняют в виде единой детали методом трехмерной печати, для чего формируют ступицу и полотно, при этом полотно включает две стенки, образующие полость, отличающийся тем, что при выполнении диска в виде единой детали дополнительно формируют кольцевой элемент, состоящий по меньшей мере из двух частей, механически обрабатывают внутренние поверхности ступицы, стенок полотна и кольцевого элемента, осуществляют соединение стенок полотна и частей кольцевого элемента с натягом и формируют обод из материала, идентичного материалу полотна, по окружности внешней поверхности кольцевого элемента, при этом ступицу и полотно последовательно формируют на вращающейся подложке, которую удаляют после выполнения диска в виде единой детали.A method of manufacturing a disk of a turbomachine, in which the disk is made in the form of a single part by three-dimensional printing, for which a hub and a web are formed, the web includes two walls forming a cavity, characterized in that when the disk is made as a single part, an annular element is additionally formed, consisting of at least two parts, mechanically process the inner surfaces of the hub, web walls and the annular element, connect the web walls and parts of the annular element with an interference fit and form a rim of a material identical to the material web, on the outer circumferential surface of the annular member, wherein the hub and the blade are sequentially formed on a rotating substrate which is removed after the disk as a single piece.
RU2018109332A 2018-03-16 2018-03-16 Method of manufacturing axial turbomachine disk RU2675735C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018109332A RU2675735C1 (en) 2018-03-16 2018-03-16 Method of manufacturing axial turbomachine disk

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018109332A RU2675735C1 (en) 2018-03-16 2018-03-16 Method of manufacturing axial turbomachine disk

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2675735C1 true RU2675735C1 (en) 2018-12-24

Family

ID=64753826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018109332A RU2675735C1 (en) 2018-03-16 2018-03-16 Method of manufacturing axial turbomachine disk

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2675735C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114198152A (en) * 2020-09-17 2022-03-18 通用电气公司 Turbomachine rotor disk with inner cavity

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3982852A (en) * 1974-11-29 1976-09-28 General Electric Company Bore vane assembly for use with turbine discs having bore entry cooling
US20140169971A1 (en) * 2012-12-18 2014-06-19 Hamilton Sundstrand Corporation Additively manufactured impeller
US9114488B2 (en) * 2006-11-21 2015-08-25 Honeywell International Inc. Superalloy rotor component and method of fabrication
EP2985414A1 (en) * 2014-08-14 2016-02-17 Pratt & Whitney Canada Corp. Gas turbine engine rotor with annular cavity
RU2630139C2 (en) * 2012-02-23 2017-09-05 Нуово Пиньоне СРЛ Turbomachine impeller manufacture

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3982852A (en) * 1974-11-29 1976-09-28 General Electric Company Bore vane assembly for use with turbine discs having bore entry cooling
US9114488B2 (en) * 2006-11-21 2015-08-25 Honeywell International Inc. Superalloy rotor component and method of fabrication
RU2630139C2 (en) * 2012-02-23 2017-09-05 Нуово Пиньоне СРЛ Turbomachine impeller manufacture
US20140169971A1 (en) * 2012-12-18 2014-06-19 Hamilton Sundstrand Corporation Additively manufactured impeller
EP2985414A1 (en) * 2014-08-14 2016-02-17 Pratt & Whitney Canada Corp. Gas turbine engine rotor with annular cavity

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114198152A (en) * 2020-09-17 2022-03-18 通用电气公司 Turbomachine rotor disk with inner cavity

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5475209B2 (en) Method and apparatus for making a rotating machine
CN110788562B (en) Manufacturing method of nickel-based alloy dual-performance blisk
JPS5846642B2 (en) Support structure for fixedly mounted ceramic elements of gas turbine engines
RU2675735C1 (en) Method of manufacturing axial turbomachine disk
CN112589377B (en) Manufacturing method of assembled stationary blade partition plate of rotary drum type steam turbine
US9956580B2 (en) Spray masking for rotors
RU2013156244A (en) METHOD FOR MANUFACTURING MONOBLOCK PARTS FOR A TURBO MACHINE USING DIFFUSION WELDING
RU182168U1 (en) Axial Turbomachine Disc
US10590795B2 (en) Vane arm with tri-wedge circular pocket
RU2585597C1 (en) Method of making turbo machine drum
CN110732741B (en) Flow debugging method for aeroengine stress application oil injection ring
US2799472A (en) Exhaust cone assemblies of gas turbine engines
US11066942B2 (en) Systems and method for determining turbine assembly flow characteristics
US9435226B2 (en) Gas turbine and repairing method of gas turbine
CN111175127A (en) TC4 alloy casing forging acceptance method based on part deformation degree control
RU2682734C1 (en) Hollow disk of turbine rotor and method of its manufacture
US20150354361A1 (en) Rotor assembly and method of manufacturing thereof
US11293296B2 (en) Method for manufacturing an annular casing equipping a turbomachine
WO2011151329A1 (en) Steam turbine assembly and method of assembling a steam turbine
EP3556995A1 (en) Rotor shaft cap and method of manufacturing a rotor shaft assembly
EP3056742A1 (en) Compressor airfoil
EP3078448B1 (en) Method for machining a casing for a turbo engine.
US8974681B2 (en) Method for balancing a turbomachine rotor
RU2682065C1 (en) Gas turbine engine rotor sections manufacturing method
US11873571B2 (en) Method for coating a component

Legal Events

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

Effective date: 20210804