RU2679956C1 - Aviation engine impeller and method for manufacture thereof from composite material - Google Patents

Aviation engine impeller and method for manufacture thereof from composite material Download PDF

Info

Publication number
RU2679956C1
RU2679956C1 RU2017137310A RU2017137310A RU2679956C1 RU 2679956 C1 RU2679956 C1 RU 2679956C1 RU 2017137310 A RU2017137310 A RU 2017137310A RU 2017137310 A RU2017137310 A RU 2017137310A RU 2679956 C1 RU2679956 C1 RU 2679956C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
support ring
blades
shank
flange
interscapular
Prior art date
Application number
RU2017137310A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Грибановский
Original Assignee
Владимир Александрович Грибановский
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 Владимир Александрович Грибановский filed Critical Владимир Александрович Грибановский
Priority to RU2017137310A priority Critical patent/RU2679956C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2679956C1 publication Critical patent/RU2679956C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: turbine construction.SUBSTANCE: invention relates to the field of turbine construction. Impeller of the aviation gas turbine engine contains blades, connected to the support ring, the front and rear flanges. Blade root is additionally clamped by the inter-blade fastening, integrally made with the support ring, by the front and rear flanges. At the entrance edge, the metal lining is clamped by the blade root, the front flange and the inter-blade fastener, which are tightly in contact with the metal latch stopper. In the manufacture of the specified impeller carry out cutting of the layers of material of the blades and single blanks for the support ring, front and rear flanges; in the latter, an incision is made from the point where the back edge of the blade touches the diameter to the outer circumference. Cutting for the blades is carried out with ensuring the release of material, intended for interscapular attachment, outside the shank contour. Blades are pressed together with a metal lining on the entrance edge. Put the blanks into the mold separator for the design of the front flange and the aerodynamic profile of the support ring. Install the blades in the cavity of the separator, impregnated with a binder and put the material beyond the contour of the shank, while the composite material is in tight contact with the stopper of the metal lining. Elastic punch is installed in the mold, and layers of material between the shoulder blade and the rear flange are laid thereon. Install the pressure punch and apply pressure to the elastic punch.EFFECT: group of inventions allows to increase the strength and rigidity of the impeller while reducing the specific gravity.2 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к области турбостроения, точнее способам изготовления рабочего колеса газотурбинного двигателя из композиционного материала.The invention relates to the field of turbine construction, more specifically to methods for manufacturing the impeller of a gas turbine engine from composite material.

Известен способ изготовления композиционной лопатки газотурбинного двигателя и лопатка, полученная при помощи этого способа (патент RU №2413590, опубл. 10.03.2011 г.), согласно которому путем трехмерного тканья нитий выполняют заготовку, содержащую разметочные нити, расположенные, по меньшей мере, на поверхности заготовки. Далее заготовку разрезают, оставляя не тронутыми ряд разметочных нитей, расположенных вдоль контрольной стороны заготовки, и предварительно деформируют, уплотняют и упрочняют. Готовят пресс-форму для формирования под давлением, в которую помещают металлический защитный элемент, предохраняющий переднюю кромку, упрочненную заготовку и впрыскивают в нее связующее, содержащее термоотверждающуюся смолу. Этим же патентом защищается конструкция лопатки, содержащая перо, входная кромка которого окантована металлическим защитным элементом, ножку (хвостовик) и переходную зону, соединяющую перо и ножку. Лопатку изготавливают из тканой заготовки.A known method of manufacturing a composite blade of a gas turbine engine and a blade obtained using this method (patent RU No. 2413590, publ. 03/10/2011), according to which, by three-dimensional weaving of threads, a blank containing marking threads located at least on surface of the workpiece. Next, the workpiece is cut, leaving a number of marking threads located along the control side of the workpiece untouched, and pre-deformed, compacted and hardened. A mold is prepared for forming under pressure, in which a metal protective element protecting the leading edge, the hardened workpiece is placed and a binder containing thermosetting resin is injected into it. The same patent protects the design of the blade, containing the pen, the input edge of which is edged with a metal protective element, the leg (shank) and the transition zone connecting the pen and the leg. The blade is made from a woven blank.

Способ изготовления и конструкция лопаток, защищаемые данным патентом, могут быть использованы для лопаток, имеющих достаточную толщину входных кромок, которая обеспечит сдвиговую прочность, необходимую для удержания металлического защитного элемента от посторонних предметов во время работы двигателя. Учитывая тенденцию уменьшения толщины пера и кромок лопаток, это приводит к тому, что в кромке и примыкающей к ней зоне пера помещается небольшое количество слоев композиционного материала, которые не обеспечат прочности, необходимой для удержания металлической накладки, защищающей входную кромку от удара внешними предметами.The manufacturing method and design of the blades protected by this patent can be used for blades having a sufficient thickness of the input edges, which will provide the shear strength necessary to hold the metal protective element from foreign objects during engine operation. Given the tendency to reduce the thickness of the pen and the edges of the blades, this leads to the fact that a small number of layers of composite material are placed in the edge and adjacent to the area of the pen, which will not provide the strength necessary to hold the metal plate protecting the entrance edge from impact by external objects.

Защищенный патентом (RU №2502601, опубл. 27.12.2013 г.) способ получения из композиционного материала рабочего колеса компрессора, содержащего рабочие лопатки, опорное кольцо, передний и задний фланцы, включающий раскрой слоев композиционного материала для получения заготовки, предназначенной для формирования переднего и заднего фланцев и части опорного кольца с аэродинамическим профилем. Раскрой слоев композиционного материала для лопаток осуществляют с обеспечением выхода за пределы контура лопаток со стороны коренного сечения на величину, превышающую длину дуги опорного кольца между соседними лопатками. Затем прессуют лопатки, при этом получают со стороны корневого сечения наметку опорного кольца, а часть слоя композиционного материала остается в исходном состоянии. Далее укладывают в пресс-форму заготовки, предназначенные для формирования переднего и заднего фланцев и части опорного кольца, с расположением частей упомянутой заготовки в полости сепаратора пресс-формы, где оформляется передний фланец и аэродинамический профиль опорного кольца. Затем укладывают лопатки в прорези сепаратора, обеспечивающего номинальное расположение лопаток на опорном кольце, пропитывают и укладывают слои материала, выходящие за пределы контура лопаток, с обеспечением предварительного формирования опорного кольца. Устанавливают в пресс-форму эластичный пуансон, который формирует внутренние поверхности переднего и заднего фланцев и опорного кольца, на него укладывают слои материала для заднего фланца. Далее устанавливают нажимной пуансон пресс-формы, скрепляют его с сепаратором, создают давление на эластичный пуансон, завершая образование монолитного рабочего колеса компрессора.Protected by patent (RU No. 2502601, published December 27, 2013), a method for producing a compressor impeller from a composite material containing impellers, a support ring, front and rear flanges, including cutting layers of composite material to obtain a workpiece designed to form the front and rear flanges and parts of the support ring with an aerodynamic profile. The cutting of the layers of the composite material for the blades is carried out with the provision for going beyond the contour of the blades from the side of the main section by an amount exceeding the arc length of the support ring between adjacent blades. Then, the blades are pressed, and an outline of the support ring is obtained from the side of the root section, and part of the composite material layer remains in its original state. Next, workpieces intended for forming the front and rear flanges and parts of the support ring are placed in the mold with the arrangement of parts of the said workpiece in the cavity of the mold separator, where the front flange and the aerodynamic profile of the support ring are formed. Then, the blades are laid in the slots of the separator, providing 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 forms the inner surfaces of the front and rear flanges and the support ring, layers of material for the rear flange are laid on it. Next, set the compression mold punch, fasten it to the separator, create pressure on the elastic punch, completing the formation of a monolithic impeller of the compressor.

Такой способ применим для колес, у которых малогабаритные лопатки. Для рабочих колес первых ступеней компрессора или вентилятора данный способ неприменим, т.к. место крепления лопаток к опорному кольцу при работе двигателя подвергаются действию больших сил, которые не могут компенсироваться данной конструкцией, корме того на входной кромке лопатки трудно надежно закрепить защитную металлическую накладку.This method is applicable for wheels with small blades. For impellers of the first stages of a compressor or fan, this method is not applicable, because the place of attachment of the blades to the support ring when the engine is operating is subjected to large forces that cannot be compensated by this design; moreover, it is difficult to reliably fix the protective metal plate on the input edge of the blade.

Создание высоконагруженного рабочего колеса из композиционного материала повышенной прочности и жесткости при значительном снижении удельной массы, при этом входная кромка лопатки защищена металлической накладкой от ударов посторонними предметами, включая птиц, решается изобретением (RU №2617752, опубл. 26.04.2017 г.), рабочее колесо которого включает лопатки, неразъемно выполненные с опорным кольцом, имеющим аэродинамический профиль, передний и задний фланцы собранные в монолитный узел. Для повышения надежности крепления лопатки защемлены межлопаточным креплением, выполненным по форме поверхности, ограниченной хвостовиками лопаток на опорном кольце, передним и задним фланцах, и соединены монолитно с последними, а металлическая накладка защемлена хвостовиком, передним фланцем и межлопаточным креплением (прототип).The creation of a highly loaded impeller from a composite material of increased strength and rigidity with a significant reduction in specific gravity, while the input edge of the blade is protected by a metal plate from impacts by foreign objects, including birds, is solved by the invention (RU No. 2617752, published on 04.26.2017), working the wheel of which includes blades, one-piece made with a support ring having an aerodynamic profile, the front and rear flanges assembled in a monolithic unit. To increase the reliability of attachment, the blades are clamped by an interscapular fastener made in the form of a surface bounded by the shanks of the blades on the support ring, the front and rear flanges, and are connected in one piece with the latter, and the metal plate is clamped by the shank, front flange and the interscapular mount (prototype).

Этим же изобретением предложен способ изготовления указанного выше рабочего колеса, включающий раскрой слоев композиционного материала для получения заготовки, предназначенной для формирования переднего и заднего фланцев и части опорного кольца с аэродинамическим профилем. Раскрой слоев композиционного материала для лопаток осуществляют с обеспечением выхода материала за пределы контура хвостовика лопатки со стороны, примыкающих к переднему фланцу, по форме поверхности, ограниченной хвостовиками на опорном кольце, передним и задним фланцах, а со стороны, примыкающей к заднему фланцу, по форме поверхности на заднем фланце между хвостиками. Материал, выходящий за пределы контура хвостовика лопатки, необходим в качестве межлопаточного крепления для защемленная хвостовика лопатки и металлической накладки, защищающей входную кромку пера лопатки от ударов посторонними предметами. Прессование лопаток производится совместно с металлической накладкой на входной кромке, при этом сохраняют материал, выходящий за контур хвостовика, в исходном состоянии, а пропитывают его связующим перед укладкой в сепаратор. В первую очередь в сепаратор пресс-формы выкладывают слои заготовок и предварительно формируют передний фланец и аэродинамический профиль опорного кольца. Затем материал, выходящий за контур хвостовика, пропитывают связующим и производят укладку лопаток в прорези сепаратора, обеспечивающего номинальное расположение лопаток на опорном кольце, и предварительно формируют межлопаточное крепление на переднем фланце и опорном кольце, при этом металлическую накладку защемляют хвостовиком лопатки, передним фланцем и межлопаточным креплением. Устанавливают в пресс-форму эластичный пуансон, предназначенный для формирования внутренних поверхностей переднего и заднего фланцев и опорного кольца, на который укладывают слои межлопаточного крепления, сверху материал для заднего фланца. Далее устанавливают нажимной пуансон, скрепляют его с сепаратором, дают давление на эластичный пуансон, что обеспечивает образование монолитного рабочего колеса.The same invention proposed a method of manufacturing the above impeller, comprising cutting layers of composite material to obtain a workpiece designed to form the front and rear flanges and part of the support ring with an aerodynamic profile. Layering of the layers of composite material for the blades is carried out to ensure that the material leaves the contour of the shank of the blade from the side adjacent to the front flange, in the form of a surface bounded by shanks on the support ring, front and rear flanges, and from the side adjacent to the rear flange, in shape surfaces on the rear flange between the tails. Material that extends beyond the contour of the blade root is necessary as an interscapular attachment for a pinched blade root and a metal plate protecting the input edge of the blade feather from impacts by foreign objects. The pressing of the blades is carried out together with a metal plate on the input edge, while maintaining the material that extends beyond the shank contour in the initial state, and impregnating it with a binder before laying it in the separator. First of all, the blanks are laid in the mold separator and the front flange and the aerodynamic profile of the support ring are preliminarily formed. Then the material extending beyond the contour of the shank is impregnated with a binder and the blades are laid in the separator slot, which ensures the nominal location of the blades on the support ring, and the blade is mounted on the front flange and the support ring in advance, while the metal plate is pinched by the blade shaft, front flange and interscapular mount. An elastic punch is installed in the mold, designed to form the inner surfaces of the front and rear flanges and the support ring, on which the layers of interscapular fastening are laid, on top of the material for the rear flange. Next, set the pressure punch, fasten it with a separator, give pressure to the elastic punch, which ensures the formation of a monolithic impeller.

Необходимо отметить, что для повышения эксплуатационной надежности рабочего колеса требуется дополнительное усиление хвостовика межлопаточным креплением, а металлическую накладку снабдить стопором. Задний фланец рабочего колеса получают путем послойной укладки на эластичный пуансон секторов заготовки, предназначенной для формирования переднего и заднего фланцев и части опорного кольца с аэродинамическим профилем, указанные выше сектора, стыкуют между собой. Такая технология сборки заднего фланца не может обеспечить равной прочности с передним фланцем.It should be noted that to increase the operational reliability of the impeller, an additional reinforcement of the shank with interscapular fastening is required, and the metal plate is equipped with a stopper. The rear impeller flange is obtained by layer-by-layer laying on the elastic punch of the workpiece sectors designed to form the front and rear flanges and part of the support ring with an aerodynamic profile, the above sectors are joined together. This rear flange assembly technology cannot provide equal strength with the front flange.

Данным изобретением решается задача создания рабочего колеса из композиционного материала повышенной прочности и жесткости за счет усиления крепления хвостовика и металлической накладки и доведение прочности заднего фланца сравнимой по прочности переднего фланца.This invention solves the problem of creating an impeller from a composite material of increased strength and rigidity by enhancing the attachment of the shank and the metal plate and bringing the strength of the rear flange comparable in strength to the front flange.

Поставленная цель достигается тем, что при раскрои композиционного материала для заготовок лопаток часть материала по форме внутренних поверхностей на опорном кольце, переднем и заднем фланцах, ограниченных хвостовиками лопаток, дополнительно к этому по форме хвостовика и по форме поверхности заднего фланца ограниченной хвостовиками, выходит за контур хвостика со стороны, примыкающей к переднему фланцу, а со стороны, примыкающей к заднему фланцу, по форме поверхности на заднем фланце между хвостовиками. Часть металлической накладки выходит за пределы хвостовика в виде стопора. При раскрое единой заготовки опорного кольца, переднего и заднего фланцев, для формирования последнего применяют разрезку от места взаимодействия с задней кромкой пера лопатки по диаметру заднего фланца рабочего колеса. В сборочной пресс-форме задний фланец оформится из секторов внахлестку, тем самым обеспечивается высокая прочность заднего фланца.This goal is achieved by the fact that when cutting composite material for blade blanks, part of the material outside the contour in the shape of the shank and the front and rear flanges bounded by the shanks of the blades, in addition to this, in the shape of the shank and the shape of the surface of the back flange bounded by the shanks tail from the side adjacent to the front flange, and from the side adjacent to the rear flange, in the form of a surface on the rear flange between the shanks. Part of the metal plate extends beyond the shank in the form of a stopper. When cutting a single blank of the support ring, the front and rear flanges, to form the latter, a cut is used from the point of interaction with the trailing edge of the blade pen along the diameter of the rear flange of the impeller. In the assembly mold, the rear flange is formed from overlapping sectors, thereby ensuring high strength of the rear flange.

На фиг. 1 и 2 - общий вид рабочего колеса.In FIG. 1 and 2 - General view of the impeller.

На фиг. 3 - раскрой слоя композиционного материала для формирования переднего и заднего фланцев и опорного кольца.In FIG. 3 - cutting a layer of composite material to form the front and rear flanges and the support ring.

На фиг. 4 - раскрой слоя материала лопатки.In FIG. 4 - cutting a layer of material of the scapula.

На фиг. 5 - сечение металлической накладки и входной кромки.In FIG. 5 is a cross section of a metal plate and an input edge.

На фиг. 6 - закрепление в колесе лопатки с металлической накладкой.In FIG. 6 - fastening in the wheel of the blade with a metal plate.

На фиг. 7 - пресс-форма для изготовления лопатки.In FIG. 7 - the mold for the manufacture of the blades.

На фиг. 8 - сечение пресс-формы с лопаткой.In FIG. 8 is a sectional view of a mold with a blade.

На фиг. 9, фиг. 10, фиг. 11 - пресс-форма для сборки и прессования рабочего колеса,In FIG. 9, FIG. 10, FIG. 11 - a mold for assembling and pressing the impeller,

На фиг. 12 - схема укладки в пресс-форме слоев композиционного материала заднего фланца.In FIG. 12 is a diagram of a stacking in a mold of layers of a composite material of a rear flange.

Рабочее колесо (фиг. 1, фиг. 2) включает лопатки 1 (аэродинамический профиль условно не показан), опорное кольцо 2, передний 3 и задний 4 фланцы. Опорное кольцо 2 формируется из части 5 с аэродинамическим профилем и межлопаточного крепления опорного кольца 6. Из заготовки (фиг. 3) оформляют часть 5 с аэродинамическим профилем опорного кольца, передний 3 и задний 4 фланцы (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3). Прочное закрепление хвостовика 9 лопатки в рабочем колесе достигается межлопаточным креплением, включающим межлопаточное крепление опорного кольца 6 и межлопаточных креплений переднего 7 и заднего 8, фланцев, а так же межлопаточным креплением 29 по форме хвостовика (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4). Входная кромка 10 лопатки 1 окантована металлической накладкой 11 (фиг. 1, фиг. 5), которая защемлена внутри колеса передним фланцем 3, хвостовиком 9, опорным кольцом 2 и межлопаточными креплениями переднего фланца 7 и хвостовика 29 (фиг. 1, фиг. 6). Для повышения надежности крепления металлической накладки на ее основании выполнен стопор 30 (фиг. 1, фиг, 2, фиг. 10) в виде поперечной пластины, которая плотно контактирует с композиционным материалом хвостика 9, межлопаточных креплений переднего фланца 7 и хвостовика 29.The impeller (Fig. 1, Fig. 2) includes blades 1 (aerodynamic profile not shown conventionally), support ring 2, front 3 and rear 4 flanges. The support ring 2 is formed from part 5 with an aerodynamic profile and the interscapular fastening of the support ring 6. From the workpiece (Fig. 3), part 5 with the aerodynamic profile of the support ring, front 3 and rear 4 flanges (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3). Strong fastening of the shank 9 of the blade in the impeller is achieved by the interscapular mount, including the interscapular mount of the support ring 6 and the interscapular mounts of the front 7 and rear 8, flanges, as well as the interscapular mount 29 in the shape of the shank (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 , Fig. 4). The input edge 10 of the blade 1 is edged with a metal plate 11 (Fig. 1, Fig. 5), which is pinched inside the wheel by the front flange 3, the shank 9, the support ring 2 and the interscapular mountings of the front flange 7 and the shank 29 (Fig. 1, Fig. 6 ) To increase the reliability of fastening the metal plate on its base, a stopper 30 (Fig. 1, Fig, 2, Fig. 10) is made in the form of a transverse plate that is tightly in contact with the composite material of the tail 9, interscapular fastenings of the front flange 7 and the shank 29.

Способ изготовления рабочего колеса заключается в раскрое различных размеров слоев материала лопатки 1 (фиг. 4), при этом слои раскраивают с учетом, что часть материала (фиг. 1, фиг. 2) по форме внутренних поверхностей на части 5 с аэродинамическим профилем опорного кольца, на переднем 3 и заднем 4 фланцах, ограниченных хвостовиками 9 лопаток 1, выходит за контур от продольной оси хвостовика: межлопаточное крепление 6 опорного кольца, межлопаточное крепление переднего 7 и заднего 8 фланцев, а так же по форме хвостовика лопатки 29 (фиг. 4).A method of manufacturing the impeller consists in cutting various sizes of layers of the material of the blade 1 (Fig. 4), while the layers are cut taking into account that part of the material (Fig. 1, Fig. 2) in the form of internal surfaces on part 5 with the aerodynamic profile of the support ring , on the front 3 and rear 4 flanges bounded by the shank 9 of the blades 1, extends beyond the contour from the longitudinal axis of the shank: interscapular mount 6 of the support ring, interscapular mount of the front 7 and rear 8 flanges, as well as the shape of the shank of the blade 29 (Fig. 4 )

Также производят раскрой слоев материала (фиг. 3) для формирования переднего 3 и заднего 4 фланцев и части 5 с аэродинамическим профилем опорного кольца 2 (фиг. 1, фиг. 2). На материале заднего фланца выполняют разрез 24 от места взаимодействия с задней кромкой 25 пера лопатки по диаметру заднего фланца рабочего колеса (фиг. 3). Количество секторов 26 соответствует количеству лопаток рабочего колеса. Количество слоев, их размеры рассчитывают для каждого конкретного колеса с учетом конфигурации и необходимой прочности. Далее каждый слой (фиг. 4), из которых формируют лопатку 1 с хвостовиком 9, пропитывают связующим, затем слои вместе с металлической накладкой 11 выкладывают в матрице 12 (фиг. 7. фиг. 8) пресс-формы, устанавливают пуансон 13 и проводят прессование в соответствии с технологическим режимом, для применяемого композиционного материала. Материал межлопаточных креплений опорного кольца 6, переднего 7 и заднего 8 фланцев и хвостовика 29 остается в исходном состоянии. Изготовленная лопатка 1 на входной кромке 10 и хвостовике 9 имеет защитную металлическую накладку 11, которая защищает входную кромку при эксплуатации рабочего колеса от ударов посторонними предметами (фиг. 5), при этом накладка на торце имеет стопор в виде поперечной пластины 30 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 10), который плотно контактирует с хвостовоком 9 лопатки 1, межлопаточными креплениями 7 переднего фланца и хвостовика 29.Layers of material are also cut (Fig. 3) to form the front 3 and rear 4 flanges and part 5 with the aerodynamic profile of the support ring 2 (Fig. 1, Fig. 2). On the material of the rear flange, a cut 24 is made from the point of interaction with the trailing edge 25 of the blade pen along the diameter of the rear flange of the impeller (Fig. 3). The number of sectors 26 corresponds to the number of impeller blades. The number of layers, their sizes are calculated for each specific wheel, taking into account the configuration and the required strength. Next, each layer (Fig. 4), from which the blade 1 with the shank 9 is formed, is impregnated with a binder, then the layers together with the metal plate 11 are laid in the die 12 (Fig. 7, Fig. 8) of the mold, the punch 13 is installed and carried out pressing in accordance with the technological regime for the applied composite material. The material of the interscapular fastenings of the support ring 6, front 7 and rear 8 of the flanges and the shank 29 remains in its original state. The manufactured blade 1 at the input edge 10 and the shank 9 has a protective metal plate 11, which protects the input edge when the impeller is operated from impacts by foreign objects (Fig. 5), while the plate at the end has a stopper in the form of a transverse plate 30 (Fig. 1 , Fig. 2, Fig. 10), which is in close contact with the shank 9 of the blade 1, interscapular mounts 7 of the front flange and the shank 29.

Затем пропитывают связующим слои (фиг. 3) и выкладывают их пресс-форме, при этом композиционный материал переднего фланца 3 укладывают в полость 16 сепаратора 15 (фиг. 9), где и оформляется передний фланец 3 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 9, фиг. 11), а формирование части 5 с аэродинамическим профилем опорного кольца 2 производится в полости 17 сепаратора 15 (фиг. 9). При укладке заготовок из композиционного материала в пресс-форму совмещают прорези 18 (фиг. 3) с прорезями 19 сепаратора 15 (фиг. 9, фиг. 10).Then the layers are impregnated with a binder (Fig. 3) and laid out on the mold, while the composite material of the front flange 3 is laid in the cavity 16 of the separator 15 (Fig. 9), where the front flange 3 is formed (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 9, Fig. 11), and the formation of part 5 with the aerodynamic profile of the support ring 2 is made in the cavity 17 of the separator 15 (Fig. 9). When laying blanks of composite material in the mold, the slots 18 (Fig. 3) are combined with the slots 19 of the separator 15 (Fig. 9, Fig. 10).

Далее в прорези 19 сепаратора 15 (фиг. 10) и в прорези 18 раскроя (фиг. 3) вставляют лопатки 1 вместе с металлической накладкой 11, которая закреплена на входной кромке 10 и хвостовике 9 (фиг. 5, фиг. 6), до упора в корпус 20 пресс-формы (фиг. 9, фиг. 10). Укладывают материал межлопаточного крепления 6, 7, 29 (фиг. 4, фиг. 9), предварительно пропитав связующим, в полости 16 и 17 сепаратора 15 соответственно, производят предварительное формирование межлопаточного крепления переднего фланца 7, опорного кольца 6 и хвостовика 29. Затем в пресс-форму устанавливают эластичный пуансон 21 (фиг. 9, фиг. 10, фиг. 11), например, из резины, полиуретана и т.д. На него укладывают пропитанный связующим материал межлопаточного крепления заднего фланца 8 (фиг. 4, фиг. 9, фиг. 11), затем кладут материал заднего фланца 4, при этом площадь всех секторов 26 в несколько раз превышает площадь заднего фланца 5. Такое положение создает возможность сектора 26 при формировании заднего фланца 5 укладывать внахлестку (фиг. 12), что безусловно повысит прочность заднего фланца. В качестве примера (фиг. 12) показана схема укладки секторов 26, когда их площадь в три раза превышает площадь заднего фланца 4. Далее устанавливают нажимной пуансон 22 (фиг. 11), который придает форму и размеры заднему фланцу 22, и скрепляют его с сепаратором 15, например, болтами (не показано) (фиг. 11). На эластичный пуансон 21 подают давление, например, конусом 23 (фиг. 9, фиг. 10, фиг. 11), под действием которого эластичный пуансон 21 создает давление на композиционный материал, предназначенный для оформления опорного кольца 2, содержащего часть 5 с аэродинамическим профилем и межлопаточным креплением 6 (фиг. 1, фиг. 9, фиг. 10, фиг. 11), переднего фланца 3 с межлопаточным креплением 7 заднего фланца 4 с межлопаточным креплением 8 и межлопаточного крепления хвостовика 29. Таким образом, эластичный пуансон создает давление на детали из композиционного материала, соединяя их в единое целое. Отверждение производится по режиму, соответствующему применяемому материалу для рабочего колеса.Next, in the slot 19 of the separator 15 (Fig. 10) and in the cut 18 of the cutting (Fig. 3), the blades 1 are inserted together with the metal plate 11, which is fixed on the input edge 10 and the shank 9 (Fig. 5, Fig. 6), until stop in the housing 20 of the mold (Fig. 9, Fig. 10). Stack the material of the interscapular fastening 6, 7, 29 (Fig. 4, Fig. 9), having preliminarily impregnated with a binder, in the cavities 16 and 17 of the separator 15, respectively, pre-forming the interscapular fastening of the front flange 7, the support ring 6 and the shank 29. Then, the mold is installed elastic punch 21 (Fig. 9, Fig. 10, Fig. 11), for example, of rubber, polyurethane, etc. The material of the interscapular fastening of the rear flange 8 (Fig. 4, Fig. 9, Fig. 11) impregnated with a binder is laid on it, then the material of the rear flange 4 is laid, while the area of all sectors 26 is several times larger than the area of the rear flange 5. This creates the possibility of sector 26 when forming the rear flange 5 to overlap (Fig. 12), which will certainly increase the strength of the rear flange. As an example (Fig. 12), a scheme of laying sectors 26 is shown when their area is three times larger than the area of the rear flange 4. Next, a pressure punch 22 is installed (Fig. 11), which gives the shape and dimensions of the rear flange 22, and fasten it with a separator 15, for example, bolts (not shown) (Fig. 11). The elastic punch 21 is supplied with pressure, for example, by a cone 23 (Fig. 9, Fig. 10, Fig. 11), under the action of which the elastic punch 21 creates pressure on the composite material, designed to form the support ring 2 containing part 5 with an aerodynamic profile and interscapular mount 6 (Fig. 1, Fig. 9, Fig. 10, Fig. 11), the front flange 3 with the interscapular mount 7 of the rear flange 4 with the interscapular mount 8 and the interscapular attachment of the shank 29. Thus, the elastic punch creates pressure on parts from composite mate iala, combining them into a single unit. Curing is carried out according to the mode corresponding to the material used for the impeller.

После разборки пресс-формы получится монолитное рабочее колесо (фиг. 1, фиг. 2), содержащее опорное кольцо 2, передний 3 и задний 4 фланцы, рабочие лопатки 1 с металлической накладкой 11 на входной кромке 10. Хвостовик 9 и металлическая накладка 11 прочно защемлены на опорном кольце 2, между передним 3 и задним 4 фланцами, а также межлопаточными креплениями хвостовика 29, переднего 7 и заднего 8 фланцев (фиг. 1, фиг. 6), кроме того повышенную прочность закрепления в рабочем колесе металлической накладки создает стопор 30, который плотно контактирует с композиционным материалом хвостовика 9, межлопаточных креплений переднего фланца 7 и хвостовика 29.After disassembling the mold, a monolithic impeller will be obtained (Fig. 1, Fig. 2), containing a support ring 2, front 3 and rear 4 flanges, working blades 1 with a metal plate 11 at the input edge 10. The shank 9 and the metal plate 11 are firmly pinched on the support ring 2, between the front 3 and rear 4 flanges, as well as the interscapular fasteners of the shank 29, front 7 and rear 8 flanges (Fig. 1, Fig. 6), in addition, an increased stopping power in the impeller of the metal plate creates a stopper 30 which is in close contact with the composite shank 9, interscapular fastenings of the front flange 7 and shank 29.

Данным изобретением решается задача создания высоконагруженного рабочего колеса вентилятора и компрессора авиационного двигателя из композиционного материала повышенной прочности и жесткости при значительном снижении удельной массы, при этом входная кромка надежно защищена металлической накладкой от ударов посторонними предметами, включая птиц.This invention solves the problem of creating a highly loaded impeller of the fan and compressor of the aircraft engine from a composite material of increased strength and rigidity with a significant reduction in specific gravity, while the input edge is reliably protected by a metal plate from impacts of foreign objects, including birds.

Claims (2)

1. Рабочее колесо авиационного двигателя из композиционного материала, включающее лопатки, неразъемно выполненные с опорным кольцом, имеющим аэродинамический профиль, передний и задний фланцы и собранные в монолитный узел, при этом лопатки, входная кромка которых окантована металлической накладкой, хвостовиками неразъемно соединены с передним и задним фланцами и защемлены межлопаточным креплением, выполненным по форме поверхности, ограниченной хвостовиками лопаток на опорном кольце, переднем и заднем фланцах, и соединенным монолитно с последними, а металлическая накладка защемлена хвостовиком, передним фланцем и межлопаточным креплением, отличающееся тем, что хвостовики усилены межлопаточными креплениями по форме поверхности хвостовика, а задний фланец - дополнительным межлопаточным креплением, выполненным по форме поверхности заднего фланца между хвостовиками, при этом металлическая накладка снабжена стопором в виде поперечной пластины, которая плотно контактирует с композиционным материалом хвостовика, межлопаточных креплений переднего фланца и хвостовика.1. The impeller of an aircraft engine made of composite material, including blades, one-piece made with a support ring having an aerodynamic profile, front and rear flanges and assembled in a monolithic node, while the blades, the inlet edge of which is edged with a metal plate, are inseparably connected to the front and the rear flanges and pinched by the interscapular mount, made in the form of a surface bounded by the shanks of the blades on the support ring, the front and rear flanges, and connected in one piece with the latter, and the metal plate is pinched by the shank, front flange and interscapular mount, characterized in that the shanks are reinforced with interscapular mounts in the shape of the shank surface, and the rear flange is equipped with an additional interscapular mount made in the shape of the surface of the rear flange between the shanks, while the metal plate is provided a stopper in the form of a transverse plate, which is tightly in contact with the composite material of the shank, interscapular fastenings of the front flange and shank. 2. Способ изготовления рабочего колеса авиационного двигателя из композиционного материала, включающий раскрой слоев композиционного материала для заготовки, предназначенной для формирования переднего и заднего фланцев и части опорного кольца с аэродинамическим профилем, раскрой слоев композиционного материала для лопаток осуществляют с обеспечением выхода материала за пределы контура хвостовика лопатки со стороны, примыкающей к переднему фланцу, по форме поверхности, ограниченной хвостовиками на опорном кольце, передним и задним фланцах, а со стороны, примыкающей к заднему фланцу, по форме поверхности заднего фланца между хвостовиками, предназначенного для защемления хвостовика в качестве межлопаточного крепления, прессование лопаток производят совместно с металлической накладкой на входной кромке, при этом сохраняют материал, выходящий за контур хвостовика, в исходном состоянии, а пропитывают его связующим перед укладкой в сепаратор, укладку в пресс-форму заготовки, предназначенной для формирования переднего и заднего фланцев и части опорного кольца, с расположением частей упомянутой заготовки в полости сепаратора пресс-формы, предназначенной для оформления переднего фланца аэродинамического профиля опорного кольца, последующую укладку лопаток в прорези сепаратора, обеспечивающего номинальное расположение лопаток на опорном кольце, затем производят предварительное формирование межлопаточного крепления на переднем фланце и опорном кольце, при этом металлическую накладку защемляют хвостовиком лопатки, переднем фланцем и межлопаточным креплением, установку в пресс-форму эластичного пуансона, предназначенного для формирования внутренних поверхностей переднего и заднего фланцев и опорного кольца, на который укладывают слои материала межлопаточного крепления и заднего фланца, установку нажимного пуансона пресс-формы, скрепляют его сепаратором и образование монолитного рабочего колеса прессованием путем подачи давления на эластичный пуансон, отличающийся тем, что раскрой слоев композиционного материала для лопаток осуществляют с обеспечением выхода материала за пределы контура хвостовика лопатки со стороны, примыкающей к переднему фланцу, дополнительно по форме хвостовика и по форме поверхности на заднем фланце между хвостовиками, раскрой слоев же композиционного материала, предназначенных для формирования переднего и заднего фланцев и части опорного кольца с аэродинамическим профилем, осуществляют с резкой материала от места контакта с задней кромкой лопатки вдоль диаметра, с образованием секторов, которые укладываются в пресс-форму внахлестку, увеличивая прочность заднего фланца, а к стопору металлической накладки плотно укладывают межлопаточные крепления переднего фланца и хвостовика.2. A method of manufacturing an impeller of an aircraft engine from a composite material, comprising cutting layers of composite material for the workpiece, designed to form the front and rear flanges and part of the support ring with an aerodynamic profile, cutting layers of composite material for the blades is carried out with the material outside the contour of the shank vanes from the side adjacent to the front flange, in the form of a surface limited by shanks on the support ring, front and rear flanges, and from the side adjacent to the rear flange, according to the shape of the surface of the rear flange between the shanks, designed to pinch the shank as an interscapular fastening, the pressing of the blades is carried out together with a metal plate on the input edge, while maintaining material that extends beyond the contour of the shank, the initial state, and impregnated with its binder before laying in the separator, laying in the mold a workpiece designed to form the front and rear flanges and part of the support ring, with By burning parts of the aforementioned workpiece in the cavity of the mold separator, designed to form the front flange of the aerodynamic profile of the support ring, the subsequent laying of the blades in the slot of the separator, providing the nominal location of the blades on the support ring, then the preliminary formation of the interscapular mount on the front flange and the support ring this metal pad is pinched by the shank of the blade, the front flange and the interscapular mount, the installation in the mold of an elastic PU nson intended for the formation of the inner surfaces of the front and rear flanges and the support ring, on which the layers of material of the interscapular fastening and the rear flange are laid, the compression mold punch is installed, fastened with a separator and the formation of a monolithic impeller by pressing by applying pressure to an elastic punch, characterized the fact that the cutting of the layers of composite material for the blades is carried out with the exit of the material outside the contour of the shank of the blade from the side, adjacent to the front flange, in addition to the shape of the shank and the shape of the surface on the rear flange between the shanks, the cutting of the layers of composite material intended to form the front and rear flanges and part of the support ring with an aerodynamic profile is carried out with cutting material from the point of contact with the trailing edge blades along the diameter, with the formation of sectors that fit into the lap mold, increasing the strength of the rear flange, and the intersection is firmly laid to the stopper of the metal plate full-time fixing the front flange and the shank.
RU2017137310A 2017-10-24 2017-10-24 Aviation engine impeller and method for manufacture thereof from composite material RU2679956C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137310A RU2679956C1 (en) 2017-10-24 2017-10-24 Aviation engine impeller and method for manufacture thereof from composite material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137310A RU2679956C1 (en) 2017-10-24 2017-10-24 Aviation engine impeller and method for manufacture thereof from composite material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2679956C1 true RU2679956C1 (en) 2019-02-14

Family

ID=65442529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017137310A RU2679956C1 (en) 2017-10-24 2017-10-24 Aviation engine impeller and method for manufacture thereof from composite material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2679956C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769595C1 (en) * 2021-03-30 2022-04-04 Владимир Александрович Грибановский Method for manufacturing an aircraft engine impeller from a composite material
RU2786291C1 (en) * 2022-05-05 2022-12-19 Владимир Александрович Грибановский Method for manufacturing a guide vane for an aircraft engine compressor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769595C1 (en) * 2021-03-30 2022-04-04 Владимир Александрович Грибановский Method for manufacturing an aircraft engine impeller from a composite material
RU2798639C1 (en) * 2022-02-11 2023-06-23 Владимир Александрович Грибановский Method for manufacturing an aircraft engine compressor or fan impeller from a composite material
RU2786291C1 (en) * 2022-05-05 2022-12-19 Владимир Александрович Грибановский Method for manufacturing a guide vane for an aircraft engine compressor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2362066B1 (en) Hollow fan blade
EP2932044B1 (en) Hollow airfoil with composite cover and foam filler
US20130064676A1 (en) Composite filled metal airfoil
US20120244003A1 (en) Rotor having an annulus filler
EP2378079A2 (en) Composite leading edge sheath and dovetail root undercut
US9217333B2 (en) Composite-material vane
US10174625B2 (en) Blade
US10683087B2 (en) Shrouded rotary assembly from segmented composite for aircraft
EP3034786B1 (en) A gas turbine fan blade having a plurality of shear zones
JP6278191B2 (en) COMPOSITE WING AND METHOD FOR PRODUCING COMPOSITE WING
EP2811143B1 (en) Fan rotor blade of aircraft jet engine
RU2502601C1 (en) Method of making compressor impeller
US20180274374A1 (en) Blade comprising a leading edge shield and method for producing the blade
GB2549113A (en) Composite bodies and their manufacture
RU2679956C1 (en) Aviation engine impeller and method for manufacture thereof from composite material
RU2617752C2 (en) Working wheel of the fan and compressor and method of its manufacture from composite material
US10107136B2 (en) Blade
RU2689498C1 (en) Fan impeller with fairing and composite manufacturing method
RU2769595C1 (en) Method for manufacturing an aircraft engine impeller from a composite material
RU2798639C1 (en) Method for manufacturing an aircraft engine compressor or fan impeller from a composite material
RU2578256C2 (en) Fan impeller or compressor and method of making same
CN115315565A (en) Method for manufacturing a composite platform for an aircraft turbine engine fan
US20180195402A1 (en) Disposable fan platform fairing