RU2682734C1 - Полый диск ротора турбины и способ его изготовления - Google Patents

Полый диск ротора турбины и способ его изготовления Download PDF

Info

Publication number
RU2682734C1
RU2682734C1 RU2018122976A RU2018122976A RU2682734C1 RU 2682734 C1 RU2682734 C1 RU 2682734C1 RU 2018122976 A RU2018122976 A RU 2018122976A RU 2018122976 A RU2018122976 A RU 2018122976A RU 2682734 C1 RU2682734 C1 RU 2682734C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
disk
hub
rim
elements
turbine rotor
Prior art date
Application number
RU2018122976A
Other languages
English (en)
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 RU2018122976A priority Critical patent/RU2682734C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2682734C1 publication Critical patent/RU2682734C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
    • B22F5/106Tube or ring forms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/66Treatment of workpieces or articles after build-up by mechanical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • 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
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38Blades
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к изготовлению полых дисков роторов турбин газотурбинных двигателей. Полый диск ротора турбины изготавливают в виде единой детали методом трехмерной печати, содержащей ступицу, полотно, включающее две стенки, образующие полость, и обод. Диск содержит два дисковых элемента, вставленных один в другой и зафиксированных относительно друг друга, и две накладки, расположенные соосно напротив друг друга на внешних боковых поверхностях дисковых элементов, а ступица и обод выполнены на внешних боковых поверхностях накладок. Способ изготовления диска заключается в последовательном раздельном формировании дисковых элементов и накладок в горизонтальном положении с переворотом дисковых элементов на 180° с использованием оснастки, профиль которой соответствует профилю накладки. Обеспечивается изготовление прочного полого диска ротора турбины методом трехмерной печати. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкциям полых дисков роторов турбин и способам их изготовления, и может найти применение при изготовлении высокотемпературных турбин газотурбинных двигателей.
Уменьшение массы диска ротора турбины при сохранении его прочностных характеристик является одной из основных задач проектирования при создании газотурбинных двигателей, в частности для летательных аппаратов. Уменьшение массы диска приводит к снижению центробежных нагрузок на вал ротора, уменьшению инерционности и к облегчению запуска двигателя. При изготовлении полых дисков ротора турбины методами трехмерной печати образующиеся поверхности имеют повышенную шероховатость, что не соответствует требованиям, предъявляемым к дискам ротора турбины газотурбинного двигателя, и может привести к концентрации напряжений и как следствие к образованию трещин. Диски, изготовленные методами трехмерной печати, подвергают механической обработке для обеспечения требуемой шероховатости поверхности дисков. При этом механическая обработка закрытой полости сложной формы в изготовленном методами трехмерной печати диске крайне затруднена или невозможна.
Известен полый диск осевой турбомашины (US 3982852, 1976), выполненный в качестве единой детали, содержащий ступицу и полотно, причем в зоне ступицы выполнена полость.
Из того же источника известен способ изготовления полого диска осевой турбомашины, в котором диск выполняют в виде единой детали, содержащей ступицу и полотно, причем в зоне ступицы выполняют полость, в которой устанавливают решетчатые кольцевые элементы.
Общим существенным недостатком известного технического решения в части диска и способа его изготовления является наличие большого количества концентраторов напряжения, ограничивающих срок службы диска.
Известен полый диск ротора турбины, представляющий собой единую деталь, изготовленную методом горячего изостатического прессования (ГИП), содержащую ступицу, полотно, включающее две стенки, образующие полость (US 9114488, 2015).
Из того же источника известен способ изготовления полого диска ротора турбины, представляющего собой единую деталь, изготовленную методом ГИП, заключающегося в одновременном формировании ступицы и полотна, включающего две стенки, образующие открытую полость.
Общим существенным недостатком известного технического решения в части диска и способа его изготовления является то, что диск имеет открытую полость с узким входом, ограничивающим доступ к формообразующему массивному сплошному элементу оснастки, помещаемому внутрь диска. При изготовлении диска методом ГИП удалить этот элемент практически невозможно.
Наиболее близким по технической сущности и назначению к предлагаемому изобретению является полый диск ротора турбины, представляющий собой единую деталь, выполненную методом трехмерной печати, содержащий ступицу, полотно, включающее две стенки, образующие полость, и обод (US 2014169971, 2014). В известном техническом решении полость диска содержит множество поперечных слоев, образующих дополнительные перегородки.
Из того же источника известен способ изготовления диска ротора турбины, в котором диск выполняют в виде единой детали методом трехмерной печати, для чего формируют ступицу, полотно, включающее две стенки, образующие полость, и обод.
Общим существенным недостатком известного технического решения в части диска и способа его изготовления 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. Наличие в известном техническом решении дополнительных перегородок делает механическую обработку закрытой полости в изготовленном методом трехмерной печати целом диске невозможной.
Таким образом, общим существенным недостатком известных технических решений является сложность осуществления процесса механической обработки закрытой полости диска, что не позволяет обеспечить требуемую шероховатость поверхности полости диска ротора турбины.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в изготовлении прочного полого диска ротора турбины методом трехмерной печати.
Технический результат, достигаемый при реализации настоящего изобретения, заключается в упрощении процесса обработки полости диска ротора турбины до требуемой шероховатости ее поверхности.
Технический результат, обеспечиваемый заявленным изобретением в части диска, достигается за счет того, что полый диск ротора турбины, представляющий собой единую деталь, выполненную методом трехмерной печати, содержащий ступицу, полотно, включающее две стенки, образующие полость, и обод, содержит два дисковых элемента, вставленные один в другой и зафиксированные относительно друг друга, и две накладки, расположенные соосно напротив друг друга на внешних боковых поверхностях соответствующих дисковых элементов, на обращенных друг к другу внутренних боковых поверхностях дисковых элементов выполнены кольцевые углубления, причем кольцевое углубление первого дискового элемента выполнено ступенчатым, больший диаметр которого соответствует внешнему диаметру второго дискового элемента, а полость диска образована кольцевым углублением меньшего диаметра первого дискового элемента и соответствующим кольцевым углублением второго дискового элемента, а ступица и обод выполнены на внешних боковых поверхностях накладок.
Технический результат, обеспечиваемый заявленным изобретением в части способа, достигается за счет того, что способ изготовления полого диска ротора турбины, характеризуется тем, диск выполняют в виде единой детали методом трехмерной печати, для чего формируют ступицу, полотно, включающее две стенки, образующие полость, и обод, в горизонтальном положении раздельно формируют два дисковых элемента с кольцевыми углублениями, механически обрабатывают кольцевые углубления до обеспечения требуемой шероховатости поверхности, соединяют дисковые элементы путем размещения второго дискового элемента в первом дисковом элементе и фиксируют их относительно друг друга за счет соединения с натягом, а затем в горизонтальном положении формируют на внешней поверхности второго дискового элемента первую накладку со ступицей и ободом, переворачивают дисковые элементы на 180° и формируют на внешней поверхности первого дискового элемента вторую накладку со ступицей и ободом, соосную первой накладке, причем при формировании второй накладки используют оснастку, в которой предварительно размещают дисковые элементы с первой накладкой, при этом профиль оснастки соответствует профилю первой накладки.
Существенность отличительных признаков полого диска ротора турбины и способа его изготовления подтверждается тем, что только совокупность всех конструктивных признаков, действий и операций, описывающая изобретение, позволяет обеспечить решение поставленной технической проблемы с достижением заявленного технического результата - изготовление прочного полого диска ротора турбины методом трехмерной печати при упрощении процесса обработки его полости и обеспечении требуемой шероховатости ее поверхности.
Настоящее изобретение поясняется следующим подробным описанием конструкции полого диска ротора турбины и способа его изготовления со ссылкой на иллюстрации, где
- на фиг. 1 представлена схема соединений элементов полого диска;
- на фиг. 2 представлена схема формирования накладки второго дискового элемента;
- на фиг. 3 представлена схема формирования накладки первого дискового элемента.
На фиг. 1-3 приняты следующие обозначения:
1 - ступица;
2 - стенки полотна;
3 - полость диска;
4 - обод;
5 - первый ступенчатый дисковый элемент;
6 - второй дисковый элемент;
7 - накладка дискового элемента 5;
8 - накладка дискового элемента 6;
9 - кольцевое углубление дискового элемента 5;
10 - кольцевое углубление дискового элемента 6;
11 - рабочая поверхность;
12 - радиальные упоры;
13 - оснастка.
Полый диск ротора турбины выполнен следующим образом.
Диск представляет собой единую деталь, выполненную методом трехмерной печати, содержащий ступицу 1, полотно, включающее две стенки 2, образующие полость 3, и обод 4 (см. фиг. 1-3). Диск содержит два дисковых элемента 5 и 6, вставленные один в другой и зафиксированные относительно друг друга, и две накладки 7 и 8, расположенные соосно напротив друг друга на внешних боковых поверхностях соответствующих дисковых элементов 5 и 6. На обращенных друг к другу внутренних боковых поверхностях дисковых элементов 5 и 6 выполнены соответствующие кольцевые углубления 9 и 10. Кольцевое углубление 9 первого дискового элемента 5 выполнено ступенчатым, больший диаметр которого соответствует внешнему диаметру второго дискового элемента 6, а полость 3 диска образована кольцевым углублением 9 меньшего диаметра первого дискового элемента 5 и соответствующим кольцевым углублением 10 второго дискового элемента 6. Ступица 1 и обод 4 выполнены на внешних боковых поверхностях накладок 7 и 8.
Способ изготовления полого диска ротора турбины реализуется следующим образом.
Диск выполняют в виде единой детали методом трехмерной печати, для чего формируют ступицу 1, полотно, включающее две стенки 2, образующие полость 3, и обод 4. В горизонтальном положении на плоской рабочей поверхности 11 методом трехмерной печати раздельно формируют два дисковых элемента 5 и 6 с кольцевыми углублениями 9 и 10. Далее механически обрабатывают кольцевые углубления 9 и 10 до обеспечения требуемой шероховатости поверхности. Дисковые элементы 5 и 6 соединяют путем размещения второго дискового элемента 6 в первом дисковом элементе 5, фиксируют их относительно друг друга за счет соединения с натягом путем прессовой посадки. Таким образом, углубление 9 дискового элемента 5 и углубление 10 дискового элемента 6 образуют между стенками 2 замкнутую полость 3. Соединенные дисковые элементы 5 и 6 закрепляют в горизонтальном положении на рабочей поверхности 11 при помощи радиальных упоров 12 и формируют на внешней поверхности второго дискового элемента 6 первую накладку 8 со ступицей 1 и ободом 4 (см. фиг. 2). Далее переворачивают дисковые элементы 5 и 6 с накладкой 8 на 180° и формируют на внешней поверхности первого дискового элемента 5 вторую накладку 7 со ступицей 1 и ободом 4, соосную первой накладке 8 (см. фиг. 3). При формировании второй накладки 7 используют оснастку 13, в которой предварительно размещают дисковые элементы 5 и 6 с первой накладкой 8, при этом профиль оснастки 13 соответствует профилю первой накладки 8.
Таким образом, выполнение полого диска ротора турбины, представляющего собой единую деталь, выполненную методом трехмерной печати в виде дисковых элементов, вставленных один в другой и образующих внутреннюю полость, и двух накладок, расположенных на боковых поверхностях дисковых элементов, и способ его изготовления, заключающийся в последовательном раздельном формировании дисковых элементов и накладок в горизонтальном положении с переворотом дисковых элементов с накладкой на 180° при использовании оснастки, профиль которой соответствует профилю накладки, что позволяет изготовить прочный полый диск ротора турбины методом трехмерной печати за счет упрощения процесса обработки его полости до требуемой шероховатости поверхности.

Claims (2)

1. Полый диск ротора турбины, выполненный методом трехмерной печати в виде единой детали, содержащий ступицу, полотно, включающее две стенки, образующие полость, и обод, отличающийся тем, что он содержит два дисковых элемента, вставленные один в другой и зафиксированные относительно друг друга, и две накладки, расположенные соосно напротив друг друга на внешних боковых поверхностях соответствующих дисковых элементов, при этом на обращенных друг к другу внутренних боковых поверхностях дисковых элементов выполнены кольцевые углубления, причем кольцевое углубление первого дискового элемента выполнено ступенчатым, больший диаметр которого соответствует внешнему диаметру второго дискового элемента, а полость диска образована кольцевым углублением меньшего диаметра первого дискового элемента и соответствующим кольцевым углублением второго дискового элемента, при этом ступица и обод выполнены на внешних боковых поверхностях накладок.
2. Способ изготовления полого диска ротора турбины методом трехмерной печати в виде единой детали, включающий формирование ступицы, полотна, включающего две стенки, образующие полость, и обода, отличающийся тем, что в горизонтальном положении раздельно формируют два дисковых элемента с кольцевыми углублениями, механически обрабатывают кольцевые углубления до обеспечения требуемой шероховатости поверхности, соединяют дисковые элементы путем размещения второго дискового элемента в первом дисковом элементе и фиксируют их относительно друг друга посредством соединения с натягом, а затем в горизонтальном положении формируют на внешней поверхности второго дискового элемента первую накладку со ступицей и ободом, переворачивают дисковые элементы на 180° и формируют на внешней поверхности первого дискового элемента вторую накладку со ступицей и ободом, соосную первой накладке, причем при формировании второй накладки используют оснастку, в которой предварительно размещают дисковые элементы с первой накладкой, при этом профиль оснастки соответствует профилю первой накладки.
RU2018122976A 2018-06-25 2018-06-25 Полый диск ротора турбины и способ его изготовления RU2682734C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122976A RU2682734C1 (ru) 2018-06-25 2018-06-25 Полый диск ротора турбины и способ его изготовления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122976A RU2682734C1 (ru) 2018-06-25 2018-06-25 Полый диск ротора турбины и способ его изготовления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2682734C1 true RU2682734C1 (ru) 2019-03-21

Family

ID=65858540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018122976A RU2682734C1 (ru) 2018-06-25 2018-06-25 Полый диск ротора турбины и способ его изготовления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2682734C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3715022A1 (de) * 2019-03-29 2020-09-30 KSB SE & Co. KGaA Verfahren und vorrichtung zur addivitven fertigung eines bauteils
RU2807617C1 (ru) * 2022-09-28 2023-11-17 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Способ получения крупногабаритных деталей при их производстве посредством технологии послойной 3D-печати

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
RU2630139C2 (ru) * 2012-02-23 2017-09-05 Нуово Пиньоне СРЛ Изготовление импеллера турбомашины
US20170291260A1 (en) * 2016-04-06 2017-10-12 General Electric Company Additive Machine Utilizing Rotational Build Surface

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9114488B2 (en) * 2006-11-21 2015-08-25 Honeywell International Inc. Superalloy rotor component and method of fabrication
RU2630139C2 (ru) * 2012-02-23 2017-09-05 Нуово Пиньоне СРЛ Изготовление импеллера турбомашины
US20140169971A1 (en) * 2012-12-18 2014-06-19 Hamilton Sundstrand Corporation Additively manufactured impeller
US20170291260A1 (en) * 2016-04-06 2017-10-12 General Electric Company Additive Machine Utilizing Rotational Build Surface

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3715022A1 (de) * 2019-03-29 2020-09-30 KSB SE & Co. KGaA Verfahren und vorrichtung zur addivitven fertigung eines bauteils
RU2807617C1 (ru) * 2022-09-28 2023-11-17 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Способ получения крупногабаритных деталей при их производстве посредством технологии послойной 3D-печати

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9453425B2 (en) Turbine diaphragm construction
JP5572178B2 (ja) ガスタービンエンジン用のベーン構造体および低圧タービン
US2613058A (en) Cooled bladed rotor
US20130171001A1 (en) Composite airfoil assembly
RU2568353C2 (ru) Статор осевой турбомашины, способ его производства и турбомашина, содержащая указанный статор
US8708657B2 (en) Rotor Disc
RU2682734C1 (ru) Полый диск ротора турбины и способ его изготовления
KR20150054671A (ko) 분할 시일 링을 사용하여 회전 기계를 실링하는 방법 및 시스템
US2657901A (en) Construction of turbine rotors
JPH0270903A (ja) タービン
RU2429351C2 (ru) Узел ротора, узел статора, а также паровая турбина, содержащая такие узлы
US10072508B2 (en) Turbomachine rotor with optimised bearing surfaces
US20110200440A1 (en) Blade cluster having an offset axial mounting base
US9896946B2 (en) Gas turbine engine rotor assembly and method of assembling the same
RU2013111505A (ru) Ротор турбины для тепловой электростанции
RU2013156244A (ru) Способ изготовления моноблочной детали для турбомашины при помощи диффузионной сварки
EP3781789B1 (en) Rotor shaft cap and method of manufacturing a rotor shaft assembly
US2799472A (en) Exhaust cone assemblies of gas turbine engines
RU2675735C1 (ru) Способ изготовления диска осевой турбомашины
WO2011151329A1 (en) Steam turbine assembly and method of assembling a steam turbine
JP2001003702A (ja) ガスタービンロータ
RU182168U1 (ru) Диск осевой турбомашины
CN112513425B (zh) 蒸汽轮机的隔板制造方法
US20130309085A1 (en) Compressor case overhaul
US11149585B2 (en) Turbomachine assembly with a detuning device for different detuning of natural frequencies of the blades

Legal Events

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

Effective date: 20210804