RU2804167C1 - Method for manufacturing a pipeline of complex configuration for a gas turbine engine by an additive method - Google Patents

Method for manufacturing a pipeline of complex configuration for a gas turbine engine by an additive method Download PDF

Info

Publication number
RU2804167C1
RU2804167C1 RU2023103679A RU2023103679A RU2804167C1 RU 2804167 C1 RU2804167 C1 RU 2804167C1 RU 2023103679 A RU2023103679 A RU 2023103679A RU 2023103679 A RU2023103679 A RU 2023103679A RU 2804167 C1 RU2804167 C1 RU 2804167C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipeline
stage
route
account
engine
Prior art date
Application number
RU2023103679A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Александрович Голубев
Андрей Вадимович Милющенков
Original Assignee
Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн"
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" filed Critical Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн"
Application granted granted Critical
Publication of RU2804167C1 publication Critical patent/RU2804167C1/en

Links

Abstract

FIELD: engine production.
SUBSTANCE: method for manufacturing a pipeline of complex configuration for a gas turbine engine by the additive method includes the creation of a three-dimensional model of the pipeline (1) based on the initial data. The method comprises the stage of laying a pipeline route with account for the bypass zones, the stage of creating a library of parts, assembly units of the pipeline and fastening elements, the stage of assessing the process feasibility of manufacturing the pipeline, and the stage of forming the final model of the pipeline. The stage of laying the pipeline route (1), with account for the bypass zones, includes determining the minimum clearance between the engine and the application object along a pre-built minimum trajectory between the start and end points of the pipeline route. Contours of passage sections (6) of the pipeline are created. A preliminary tracing of the pipeline contour (1) is carried out by connecting the reference points (7) of the outer contour of the pipeline sections, ensuring minimum gaps between the pipeline route (1) and the application object or the engine, taking into account the preliminary hydraulic calculation of the line based on the ratioΔ Rp.c <Δ Rp.c.all, whereΔ Rp.c is actual pressure loss,Δ Pp.c.all is allowable pressure loss in the line. The geometry of the pipeline (1) is profiled along the contour of the installation site. The thickness of the pipe wall is determined, then the pipeline is calculated for strength at various points. A central stiffener is designed in places (3) of the junction of the pipeline (1). The stage of forming the final pipeline model (1) includes the final version of the pipeline routing, taking into account the three-dimensional hydraulic calculation. Then, in accordance with the created three-dimensional model, the parts of the pipeline route are manufactured by an additive method, followed by their assembly.
EFFECT: reducing the length of the pipeline route of the gas turbine engine.
1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к способу изготовления трубопроводов сложной пространственной конфигурации газотурбинного двигателя, и может найти применение в авиационной технике.The invention relates to the field of engine building, namely to a method for manufacturing pipelines of a complex spatial configuration of a gas turbine engine, and can find application in aviation technology.

Изготовление и монтаж трубопроводов газотурбинного двигателя (ГТД) является сложной технологической задачей, связанной с размещением магистралей трубопроводов в ограниченном пространстве по причине плотной компоновки двигателя.The manufacture and installation of pipelines for a gas turbine engine (GTE) is a complex technological task associated with the placement of pipelines in a limited space due to the dense layout of the engine.

Развитие аддитивных технологий позволяет усовершенствовать методы изготовления деталей сложной конфигурации.The development of additive technologies makes it possible to improve methods for manufacturing parts with complex configurations.

Использование технологии выращивания аддитивным методом позволяет повысить экономичность изготовления деталей по сравнению с технологиями литья, деформирования и механической обработки, что является актуальной проблемой в авиадвигателестроении. Отличительной особенностью данного метода является послойное формирование детали. Процесс создания детали осуществляется по заданной компьютерной 3D модели, что обеспечивает высокую точность изготовленной детали.The use of additive growth technology makes it possible to increase the cost-effectiveness of manufacturing parts compared to casting, deformation and machining technologies, which is a pressing problem in aircraft engine manufacturing. A distinctive feature of this method is the layer-by-layer formation of the part. The process of creating a part is carried out according to a given 3D computer model, which ensures high accuracy of the manufactured part.

Технология аддитивного производства для изготовления изделий авиационного назначения методом селективного лазерного спекания - это самая быстрая технология аддитивного производства. Лазеры, которые применяются для спекания порошка имеют гораздо более высокую скорость сканирования и являются более точными, чем методы соединения слоев, используемые в других процессах.Selective laser sintering additive manufacturing technology for manufacturing aviation products is the fastest additive manufacturing technology. Lasers used to sinter powder have much faster scanning speeds and are more precise than layer joining methods used in other processes.

Известен воздуховод, изготовленный методом селективного лазерного сплавления (патент на полезную модель №210922, заявка 2021131633, дата подачи 28.10.2021 г., СПК B22F3/105; F24F13/0254; F24F13/02; B60H1/00; B60H1/24; B60H2001/00078) имеющего сложную геометрическую форму.An air duct manufactured by selective laser fusion is known (utility model patent No. 210922, application 2021131633, filing date 10.28.2021, SPK B22F3/105; F24F13/0254; F24F13/02; B60H1/00; B60H1/24; B60H20 01/ 00078) having a complex geometric shape.

Известен способ и компьютерная модель для аддитивного изготовления конструкции воздуховодов (US 2017284676, дата приоритета 30.03.2016, заявитель SIEMENS ENERGY INC, METHOD AND COMPUTER-READABLE MODEL FOR ADDITIVELY MANUFACTURING INJECTOR ASSEMBLY OR DUCTING ARRANGEMENT INCLUDING SUCH INJECTOR ASSEMBLIES), включающий создание машиночитаемой трехмерной модели узла, определяющей сложную конфигурацию воздуховода, при этом технология аддитивного производства представляет собой технологию, выбранную из группы, состоящей из технологии лазерного спекания, технологии прямого лазерного спекания металлов (DMLS), технологии селективного лазерного плавления (SLM), технологии электронно-лучевого спекания (EBS) и технологии электронно-лучевого спекания. Метод лучевой плавки (EBM), дополнительно включающий определение в модели системы воздуховодов дополнительных узлов форсунок, при этом указанный узел форсунок и дополнительные узлы форсунок содержат множество расположенных по окружности узлов форсунок на стадии сгорания. Компьютерно-читаемая модель, машиночитаемая модель представляет собой модель автоматизированного проектирования (САПР).There is a known method and computer model for the additive manufacturing of air duct structures (US 2017284676, priority date 03/30/2016, applicant SIEMENS ENERGY INC, METHOD AND COMPUTER-READABLE MODEL FOR ADDITIVELY MANUFACTURING INJECTOR ASSEMBLY OR DUCTING ARRANGEMENT INCLUDING SUCH INJECTOR ASSEMBLIES), including creation of a machine-readable 3D model assembly defining a complex duct configuration, wherein the additive manufacturing technology is a technology selected from the group consisting of laser sintering technology, direct metal laser sintering (DMLS) technology, selective laser melting (SLM) technology, electron beam sintering (EBS) technology ) and electron beam sintering technology. The beam melting method (EBM), further comprising defining additional injector assemblies in the duct system model, wherein said injector assembly and the additional injector assemblies comprise a plurality of circumferentially arranged combustion stage injector assemblies. Computer-readable model, machine-readable model is a computer-aided design (CAD) model.

Известен способ и компьютерная модель для аддитивного изготовления конструкции воздуховодов (US 2018039254, дата приоритета 08.02.2018; заявитель SIEMENS AG [DE], METHOD AND COMPUTER-READABLE MODEL FOR ADDITIVELY MANUFACTURING DUCTING ARRANGEMENT WITH INJECTOR ASSEMBLIES FORMING A SHIELDING FLOW OF AIR) включающий создание трёхмерной модели воздуховода и изготовление магистрали воздуховода с использованием технологии аддитивного производства в соответствии с созданной трех мерной моделью.There is a known method and computer model for the additive manufacturing of air duct structures (US 2018039254, priority date 02/08/2018; applicant SIEMENS AG [DE], METHOD AND COMPUTER-READABLE MODEL FOR ADDITIVELY MANUFACTURING DUCTING ARRANGEMENT WITH INJECTOR ASSEMBLIES FORMING A SHIELDING FLOW OF AIR) including the creation three-dimensional model of the air duct and production of the air duct using additive manufacturing technology in accordance with the created three-dimensional model.

Предложенные способы могут быть использованы при изготовлении трубопроводов сложной конфигурации, но не решают задачу по оптимизации геометрических параметров трассы трубопровода двигателя.The proposed methods can be used in the manufacture of pipelines of complex configurations, but do not solve the problem of optimizing the geometric parameters of the engine pipeline route.

Известен способ моделирования в компьютерных системах трехмерного проектирования (патент РФ 2263966, заявка № 2004105560, МПК G06T17/00, дата подачи 24.02.2004, дата публикации 10.11.2005 Бюл. №31) включающий компьютерное проектирование и может быть использован при проектировании многокомпонентных изделий с помощью компьютерных систем трехмерного моделирования.There is a known method for modeling three-dimensional design in computer systems (RF patent 2263966, application No. 2004105560, IPC G06T17/00, filing date 02/24/2004, publication date 11/10/2005 Bulletin No. 31) including computer design and can be used in the design of multi-component products with using three-dimensional computer modeling systems.

Описанный способ проектирования является устаревшим, так как современные компьютерные системы обладают достаточной производительностью для построения всех элементов деталей, а не только наружных поверхностей как описано в патенте.The described design method is outdated, since modern computer systems have sufficient performance to construct all elements of parts, and not just the outer surfaces as described in the patent.

Известен способ определения формы трубы (патент РФ 2578175, заявка №2014153274, дата 25.12.2014 г., МПК G01B17/00) включающий формирование математической модели трубы по месту установки.There is a known method for determining the shape of a pipe (RF patent 2578175, application No. 2014153274, date 12/25/2014, IPC G01B17/00) including the formation of a mathematical model of the pipe at the installation site.

Недостатком описанного способа является невозможность его применения при проектировании трубопроводной магистрали ГТД по причине того, что двигатель имеет круглое сечение и трубопровод огибает его контур, расположить антенны, соблюдая условия прямой видимости между контрольными точками невозможно.The disadvantage of the described method is the impossibility of its use when designing a gas turbine engine pipeline due to the fact that the engine has a circular cross-section and the pipeline goes around its contour; it is impossible to position the antennas while observing the conditions of line of sight between the control points.

Наиболее близким решением к заявленному способу является способ проектирования модели трубопровода сложной конфигурации для станка - трубогиба (Статья «Проектирование, производство и испытания двигателей летательных аппаратов», авторы С.В. Титенков, В.Ю. Журавлев, стр. 217 - 219) включающий создание трёхмерной модели трубопровода на основе исходных данных, содержащей этап прокладки трассы трубопровода с учетом зон обхода, этап создания библиотеки деталей, сборочных единиц трубопровода и элементов крепления, этап оценки технологической возможности изготовления трубопровода, этап формирования конечной модели трубопровода.The closest solution to the claimed method is a method for designing a model of a pipeline of complex configuration for a pipe bender (Article “Design, production and testing of aircraft engines”, authors S.V. Titenkov, V.Yu. Zhuravlev, pp. 217 - 219) including creation of a three-dimensional pipeline model based on initial data, containing the stage of laying the pipeline route taking into account bypass zones, the stage of creating a library of parts, pipeline assembly units and fastening elements, the stage of assessing the technological feasibility of manufacturing the pipeline, the stage of forming the final model of the pipeline.

Недостатком вышеописанной конструкции является неоднократное уточнение компоновки двигателя по результатам анализа трассы трубопровода, что значительно повышает трудоемкость технологического процесса изготовления двигателя.The disadvantage of the above-described design is the repeated refinement of the engine layout based on the results of pipeline route analysis, which significantly increases the labor intensity of the engine manufacturing process.

Техническим результатом, на который направлено изобретение является уменьшение длины трассы трубопроводов газотурбинного двигателя за счет минимизации зон обхода позволяющих упростить конфигурацию трубопроводов в следствии увеличения прямолинейных участков и уменьшения радиусов гиба без изменения конструкции двигателя.The technical result to which the invention is aimed is to reduce the length of the pipeline route of a gas turbine engine by minimizing bypass zones, which makes it possible to simplify the configuration of pipelines due to an increase in straight sections and a decrease in bending radii without changing the engine design.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления трубопровода сложной конфигурации для газотурбинного двигателя аддитивным методом включает создание трёхмерной модели трубопровода на основе исходных данных, содержащей этап прокладки трассы трубопровода с учетом зон обхода, этап создания библиотеки деталей, сборочных единиц трубопровода и элементов крепления, этап оценки технологической возможности изготовления трубопровода, этап формирования конечной модели трубопровода.The technical result is achieved by the fact that the method of manufacturing a pipeline of complex configuration for a gas turbine engine using the additive method includes the creation of a three-dimensional model of the pipeline based on initial data, containing the stage of laying the pipeline route taking into account bypass zones, the stage of creating a library of parts, pipeline assembly units and fastening elements, the evaluation stage technological feasibility of pipeline manufacturing, stage of formation of the final pipeline model.

Новым в заявленном изобретении является то, что на этапе прокладки трассы трубопровода с учетом зон обхода включают определение минимального зазора между двигателем и объектом применения по предварительно построенной минимальной траектории между начальными и конечными точками трассы трубопровода, создают контур проходных сечений трубопровода, проводят предварительную трассировку контура трубопровода путем соединения реперных точек наружного контура сечений трубопровода с обеспечением минимального зазора между трассой трубопровода и объектом применения, и с обеспечением минимального зазора между трассой трубопровода и двигателем, с учетом предварительного гидравлического расчета магистрали, исходя из соотношения:What is new in the claimed invention is that at the stage of laying the pipeline route, taking into account the bypass zones, they include determining the minimum gap between the engine and the object of application along a pre-built minimum trajectory between the starting and ending points of the pipeline route, creating a contour of the pipeline flow sections, and conducting a preliminary tracing of the pipeline contour by connecting reference points of the outer contour of the pipeline sections, ensuring a minimum gap between the pipeline route and the object of application, and ensuring a minimum gap between the pipeline route and the engine, taking into account the preliminary hydraulic calculation of the pipeline, based on the ratio:

ΔРтк < ΔРтк.доп ,ΔР tk < ΔР tk.add .,

где ΔРтк - фактические потери давления, where ΔР tk - actual pressure loss,

ΔРтк.доп - допустимые потери давления в магистрали,ΔР tk.add - permissible pressure loss in the line,

при этом геометрию трубопровода профилируют по контуру места установки, определяют толщину стенки трубы, затем производят расчет трубопровода на прочность в различных точках, проектируют в местах стыка трубопровода центрального ребра жесткости, а в этап формирования конечной модели трубопровода включают окончательный вариант трассировки трубопровода с учетом трехмерного гидравлического расчета, затем в соответствии с созданной трехмерной моделью осуществляют изготовление деталей трассы трубопровода аддитивным методом с последующей их сборкой.in this case, the geometry of the pipeline is profiled along the contour of the installation site, the thickness of the pipe wall is determined, then the pipeline is calculated for strength at various points, a central stiffener is designed at the junction of the pipeline, and the final version of the pipeline routing is included in the stage of forming the final pipeline model, taking into account the three-dimensional hydraulic calculation, then, in accordance with the created three-dimensional model, parts of the pipeline route are manufactured using the additive method, followed by their assembly.

Изготовление профилированного трубопровода за счет современных аддитивных технологий согласно контуру места установки с обеспечением прочности и гидравлических потерь позволяет уменьшить длину трассы трубопровода газотурбинного двигателя, а следовательно уменьшить массу всего объекта применения.The production of a profiled pipeline using modern additive technologies according to the contour of the installation site, ensuring strength and hydraulic losses, makes it possible to reduce the length of the pipeline route of a gas turbine engine, and therefore reduce the weight of the entire object of application.

Установка в местах стыка трубопровода центрального ребра жесткости позволяет сохранить геометрию трубопровода при сварке и получить ровное сварное соединение, обладающее высокой надежностью. Installing a central stiffener at the pipeline junction allows you to maintain the geometry of the pipeline during welding and obtain an even welded joint that is highly reliable.

На фигурах показаны:The figures show:

фиг. 1 - 3 - D модель трассы трубопровода;fig. 1 - 3 - D model of the pipeline route;

фиг. 2 - место установки трассы трубопровода;fig. 2 - installation location of the pipeline route;

фиг. 3 - часть трубопровода с ребром жесткости;fig. 3 - part of the pipeline with a stiffener;

фиг.4 - сечение трубопровода в 3-D модели;Fig.4 - section of the pipeline in a 3-D model;

фиг.5 - 3-D модель трубопровода;Fig.5 - 3-D model of the pipeline;

фиг.6 - 3-D модель трубопровода, спроектированного предложенным заявителем способом;Fig.6 - 3-D model of a pipeline designed by the method proposed by the applicant;

фиг.7 - 3-D модель трубопровода, спроектированный по типовой схеме трубопровод, спроектированный предложенным заявителем способом.Fig.7 - 3-D model of the pipeline, a pipeline designed according to a standard scheme, designed by the method proposed by the applicant.

Позициями на фигурах обозначены:Positions in the figures are designated:

1 - трубопровод (фиг. 1,2,4,5);1 - pipeline (Fig. 1,2,4,5);

2 - проточная часть трубопровода (фиг. 1,2,4);2 - flow part of the pipeline (Fig. 1,2,4);

3 - место стыка трубопровода (фиг. 1,2)3 - junction of the pipeline (Fig. 1,2)

4 - центральное ребро (фиг. 3,4)4 - central rib (Fig. 3,4)

5 - стенка трубопровода (фиг. 1,3,4)5 - pipeline wall (Fig. 1,3,4)

6 - контур сечения трубопровода (фиг. 1,3,4)6 - contour of the pipeline section (Fig. 1,3,4)

7 - линии соединения реперных точек (фиг. 1)7 - lines connecting reference points (Fig. 1)

Способ осуществляется следующим образом. The method is carried out as follows.

На основе исходных данных газотурбинного двигателя формируют трёхмерную модель трассы трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5) с фотореалистичным изображением посредствам системы автоматизированного проектирования (CAD). Такое проектирование возможно посредством таких программ как SolidEdge, SolidWorks T-FLEX CAD 3D, КОМПАС - 3D, NX, Invertor и др.Based on the initial data of the gas turbine engine, a three-dimensional model of pipeline route 1 is formed (Fig. 1,2,4,5) with a photorealistic image using a computer-aided design (CAD) system. Such design is possible using programs such as SolidEdge, SolidWorks T-FLEX CAD 3D, KOMPAS - 3D, NX, Invertor, etc.

Предварительно определяют оптимально короткую траекторию трассы трубопровода.The optimal short trajectory of the pipeline route is preliminarily determined.

На этапе прокладки трассы трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5) газотурбинного двигателя определяют зоны обхода между начальными и конечными точками трассы. Под зонами обхода понимают любые элементы конструкции которые не должны пересекаться и/или закрываться проектируемым трубопроводом к ним относятся: элементы системы отбора воздуха, заглушки люков осмотра, другие трубопроводы и т.д.At the stage of laying the pipeline route 1 (Fig. 1,2,4,5) of the gas turbine engine, bypass zones are determined between the starting and ending points of the route. Bypass zones are understood as any structural elements that should not be crossed and/or covered by the pipeline being designed; these include: elements of the air bleed system, inspection hatch plugs, other pipelines, etc.

Основную сложность вызывает профилирование проточной части 2 (фиг. 1,3,4) трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5), которое определяется из условий эксплуатации, а так же исходя из практического опыта и имеющихся рекомендаций. Определяются минимальные зазоры между двигателем и объектом применения по предварительно построенной минимальной траектории между начальными и конечными точками трассы трубопровода. Создаются контуры проходных сечений трубопровода 6 (фиг. 1, 3, 4).The main difficulty is caused by profiling the flow part 2 (Fig. 1,3,4) of pipeline 1 (Fig. 1,2,4,5), which is determined from operating conditions, as well as based on practical experience and available recommendations. The minimum gaps between the engine and the object of application are determined along a pre-constructed minimum trajectory between the starting and ending points of the pipeline route. The contours of the flow sections of the pipeline 6 are created (Fig. 1, 3, 4).

После создания контуров проходных сечений трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5), проводят предварительную трассировку контура трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5) путем соединения реперных точек наружного контура сечений трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5) с обеспечением минимальных зазоров между трассой трубопровода, объектом применения и двигателем.After creating the contours of the flow sections of pipeline 1 (Fig. 1,2,4,5), preliminary tracing of the contour of pipeline 1 (Fig. 1,2,4,5) is carried out by connecting the reference points of the outer contour of the sections of pipeline 1 (Fig. 1, 2,4,5) ensuring minimum clearances between the pipeline route, the object of application and the engine.

Проверяют обеспечение требуемых минимальных зазоров Δ Н между трассой трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5), объектом применения и газотурбинным двигателем.Check the provision of the required minimum gaps ΔH between pipeline route 1 (Fig. 1,2,4,5), the object of application and the gas turbine engine.

Осуществляют предварительный гидравлический расчет магистрали, исходя из соотношения:A preliminary hydraulic calculation of the main line is carried out based on the ratio:

ΔРтк < ΔРтк.доп ,ΔР tk < ΔР tk.add .,

где ΔРтк - фактические потери давления,where ΔР tk - actual pressure loss,

ΔРтк.доп - допустимые потери давления в магистрали.ΔР tk.add - permissible pressure loss in the line.

Предварительно определяют толщину стенки трубы в каждом сечении исходя из возможностей изготовления, а также требования.The pipe wall thickness in each section is preliminarily determined based on manufacturing capabilities, as well as requirements.

где - толщина стенки трубопровода в конкретном сечении,Where - thickness of the pipeline wall in a specific section,

k - коэффициент запаса прочности (назначается из действующих нормативных документов ОСТ, ГОСТ, СП и т.д. или принимается из диапазона 1<k<1000 в зависимости от назначения трубопровода),k - safety factor (assigned from the current regulatory documents OST, GOST, SP, etc. or taken from the range 1<k<1000 depending on the purpose of the pipeline),

P - давление в трубопроводе,P - pressure in the pipeline,

Rэкв -эквивалентный радиус трубопровода в конкретном сечении,R eq - equivalent radius of the pipeline in a specific section,

- придел прочности на заданный ресурс (t) при заданной температуре (T). - strength limit for a given resource (t) at a given temperature (T).

Эквивалентный радиус трубопровода (Rэкв) находится по формуле:The equivalent radius of the pipeline (R eq ) is found by the formula:

где - площадь конкретного сечения трубопровода.Where - area of a specific pipeline section.

При этом для упрощения, но не обязательно, допускается трубопровод выполнить с постоянной толщиной стенки определяемой максимальной расчетной толщиной.In this case, for simplification, but not necessarily, it is allowed to construct the pipeline with a constant wall thickness determined by the maximum design thickness.

Производят расчет трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5) на прочность в различных точках. При необходимости в конструкции трубопровода может быть предусмотрено в местах стыка трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5) центральное ребро 4 (фиг. 3,4). Оно обеспечивает сохранение формы сечения трубопровода при соединении его различных участков. Центральное ребро 4 (фиг. 3,4) может быть расположено в любой части трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5) и иметь любую геометрическую форму. Подобная конструкция повышает жесткость трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5), что способствует распределению и снижению нагрузки от давления на трубопровод 1 (фиг. 1,2,4,5) и как следствие снижению вероятность его деформации.Pipeline 1 (Fig. 1,2,4,5) is calculated for strength at various points. If necessary, the pipeline design can provide a central rib 4 (Fig. 3,4) at the junction of pipeline 1 (Fig. 1,2,4,5). It ensures that the cross-sectional shape of the pipeline is maintained when connecting its various sections. The central rib 4 (Fig. 3,4) can be located in any part of the pipeline 1 (Fig. 1,2,4,5) and have any geometric shape. This design increases the rigidity of pipeline 1 (Fig. 1,2,4,5), which helps to distribute and reduce the pressure load on pipeline 1 (Fig. 1,2,4,5) and, as a result, reduce the likelihood of its deformation.

Переходят к этапу создания библиотеки деталей, сборочных единиц трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5) и элементов крепления, в том числе в местах стыка трубопровода 3 (фиг.1,2) и газотурбинного двигателя.Proceed to the stage of creating a library of parts, assembly units of pipeline 1 (Fig. 1,2,4,5) and fastening elements, including at the junction of pipeline 3 (Fig. 1,2) and the gas turbine engine.

На этапе оценки технологической возможности изготовления трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5) определяют наиболее подходящий метод аддитивного производства, и количество деталей трубопровода.At the stage of assessing the technological feasibility of manufacturing pipeline 1 (Fig. 1,2,4,5), the most suitable additive manufacturing method and the number of pipeline parts are determined.

На окончательном этапе формирования конечной модели трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5) проводят окончательный вариант трассировки трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5) с учетом трехмерных гидравлического и прочностного расчетов, и определяют места нанесения маркировки на трубопровод 1 (фиг. 1,2,4,5).At the final stage of forming the final model of pipeline 1 (Fig. 1,2,4,5), the final version of the pipeline 1 routing (Fig. 1,2,4,5) is carried out, taking into account three-dimensional hydraulic and strength calculations, and the locations for marking are determined pipeline 1 (Fig. 1,2,4,5).

В соответствии с созданной трехмерной моделью осуществляют изготовление деталей трассы трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5) аддитивным методом с последующей их сборкой.In accordance with the created three-dimensional model, parts of the pipeline route 1 (Fig. 1,2,4,5) are manufactured using the additive method and then assembled.

При изготовлении трубопровода 1 (фиг. 1,2,4,5) могут быть использованы, но не исключая следующие методы аддитивного производства:In the manufacture of pipeline 1 (Fig. 1,2,4,5), the following additive manufacturing methods can be used, but not excluding them:

прямое лазерное спекание металлов (DMLS);direct metal laser sintering (DMLS);

электронно-лучевая плавка ( EBM);electron beam melting (EBM);

селективное лазерное плавление (SLM);selective laser melting (SLM);

селективное спекание порошковых компонентов (SHS);selective sintering of powder components (SHS);

селективное лазерное спекание порошковых компонентов (SLS).selective laser sintering of powder components (SLS).

Пример реализации способа.An example of the method implementation.

Для газотурбинного двигателя были спроектированы трехмерные модели и изготовлены две трассы трубопровода 1 (фиг. 1,2,3) с последующими испытаниями предлагаемым способом и типовым.For the gas turbine engine, three-dimensional models were designed and two routes of pipeline 1 were made (Fig. 1,2,3) with subsequent tests using the proposed method and the standard one.

Исходные данные и полученные параметры представлены в таблице.The initial data and obtained parameters are presented in the table.

На фигуре 6 представлен трубопровод, спроектированный предложенным заявителем способом.Figure 6 shows a pipeline designed by the method proposed by the applicant.

На фигуре 7 представлен трубопровод, спроектированный по типовой схеме.Figure 7 shows a pipeline designed according to a standard layout.

Таблица - исходные данные и полученные параметры трехмерных моделей.Table - initial data and obtained parameters of three-dimensional models. Трубопровод спроектированный предложенным способомPipeline designed using the proposed method Трубопровод спроектированный по типовой схемеPipeline designed according to a standard scheme Исходные данные:Initial data: Длинна двигателя: 3,4 м.
Максимальная температура рабочего тела : 60° С.
Engine length: 3.4 m.
Maximum working fluid temperature: 60° C.
Длинна трубопровода:Pipe length: 1,6 метра1.6 meters 2,6 метра2.6 meters Потери полного давления:Total pressure loss: 1,39%1.39% 5,48%5.48% Масса трубопровода:Pipeline weight: 2,74 кг2.74 kg 3,51 кг3.51 kg

В итоге, по результатам проведенных испытаний трубопровод, изготовленный по типовой схеме имеет более высокую массу, длину и потери полного давления на выходе.As a result, according to the results of the tests, a pipeline manufactured according to a standard design has a higher mass, length and total pressure loss at the outlet.

Таким образом, заявленное изобретение способ изготовления трубопровода сложной конфигурации для газотурбинного двигателя аддитивным методом позволяет значительно уменьшить длину трассы трубопроводов за счет минимизации зон обхода позволяющих упростить конфигурацию трубопроводов вследствие увеличения прямолинейных участков и уменьшения радиусов гиба без изменения конструкции двигателя.Thus, the claimed invention method for manufacturing a pipeline of a complex configuration for a gas turbine engine using the additive method can significantly reduce the length of the pipeline route by minimizing bypass zones, which allows simplifying the configuration of pipelines due to an increase in straight sections and a decrease in bending radii without changing the engine design.

Claims (5)

Способ изготовления трубопровода сложной конфигурации для газотурбинного двигателя аддитивным методом, включающий создание трёхмерной модели трубопровода на основе исходных данных, содержащей этап прокладки трассы трубопровода с учетом зон обхода, этап создания библиотеки деталей, сборочных единиц трубопровода и элементов крепления, этап оценки технологической возможности изготовления трубопровода, этап формирования конечной модели трубопровода, отличающийся тем, что этап прокладки трассы трубопровода с учетом зон обхода включает определение минимального зазора между двигателем и объектом применения по предварительно построенной минимальной траектории между начальными и конечными точками трассы трубопровода, создание контуров проходных сечений трубопровода, проведение предварительной трассировки контура трубопровода путем соединения реперных точек наружного контура сечений трубопровода с обеспечением минимальных зазоров между трассой трубопровода и объектом применения или двигателем с учетом предварительного гидравлического расчета магистрали исходя из соотношения: A method for manufacturing a pipeline of complex configuration for a gas turbine engine using an additive method, including the creation of a three-dimensional model of the pipeline based on initial data, containing the stage of laying the pipeline route taking into account bypass zones, the stage of creating a library of parts, pipeline assembly units and fastening elements, the stage of assessing the technological feasibility of manufacturing the pipeline, the stage of forming the final model of the pipeline, characterized in that the stage of laying the pipeline route, taking into account bypass zones, includes determining the minimum gap between the engine and the object of application along a pre-built minimum trajectory between the starting and ending points of the pipeline route, creating contours of pipeline flow sections, and conducting preliminary tracing of the contour pipeline by connecting reference points of the outer contour of the pipeline sections ensuring minimum gaps between the pipeline route and the object of application or engine, taking into account the preliminary hydraulic calculation of the pipeline based on the ratio: ΔРтк. < ΔРтк.доп ,ΔР tk. < ΔР tk.add ., где ΔРтк. – фактические потери давления, where ΔР tk. – actual pressure loss, ΔРтк.доп – допустимые потери давления в магистрали,ΔР tk.add – permissible pressure loss in the line, при этом геометрию трубопровода профилируют по контуру места установки, определяют толщину стенки трубы, затем производят расчет трубопровода на прочность в различных точках, проектируют в местах стыка трубопровода центрального ребра жесткости, этап формирования конечной модели трубопровода включает окончательный вариант трассировки трубопровода с учетом трехмерного гидравлического расчета, затем в соответствии с созданной трехмерной моделью осуществляют изготовление деталей трассы трубопровода аддитивным методом с последующей их сборкой.in this case, the geometry of the pipeline is profiled along the contour of the installation site, the thickness of the pipe wall is determined, then the pipeline is calculated for strength at various points, a central stiffener is designed at the junction of the pipeline, the stage of forming the final model of the pipeline includes the final version of the pipeline routing, taking into account three-dimensional hydraulic calculations, then, in accordance with the created three-dimensional model, parts of the pipeline route are manufactured using the additive method, followed by their assembly.
RU2023103679A 2023-02-17 Method for manufacturing a pipeline of complex configuration for a gas turbine engine by an additive method RU2804167C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2804167C1 true RU2804167C1 (en) 2023-09-26

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2192046C1 (en) * 2001-09-24 2002-10-27 Баранов Александр Анатольевич Method for computer aided design of constructions and processes for making multiparameter products
US9810150B2 (en) * 2014-10-21 2017-11-07 United Technologies Corporation Heat exchanger assembly
US10332501B2 (en) * 2017-02-01 2019-06-25 General Electric Company Continuous degree of freedom acoustic cores
US10830135B2 (en) * 2017-08-14 2020-11-10 General Electric Company Polska sp. z o.o Inlet frame for a gas turbine engine
RU2767968C1 (en) * 2021-05-19 2022-03-22 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ METHOD OF PRODUCING PARTS OF SMALL-SIZE GAS TURBINE ENGINE WITH THRUST OF UP TO 150 kgf BY SELECTIVE LASER FUSION
RU2771152C1 (en) * 2018-11-09 2022-04-27 НУОВО ПИНЬОНЕ ТЕКНОЛОДЖИ - С.р.л. Method for manufacturing hollow large-size components of a turbomachine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2192046C1 (en) * 2001-09-24 2002-10-27 Баранов Александр Анатольевич Method for computer aided design of constructions and processes for making multiparameter products
US9810150B2 (en) * 2014-10-21 2017-11-07 United Technologies Corporation Heat exchanger assembly
US10332501B2 (en) * 2017-02-01 2019-06-25 General Electric Company Continuous degree of freedom acoustic cores
US10830135B2 (en) * 2017-08-14 2020-11-10 General Electric Company Polska sp. z o.o Inlet frame for a gas turbine engine
RU2771152C1 (en) * 2018-11-09 2022-04-27 НУОВО ПИНЬОНЕ ТЕКНОЛОДЖИ - С.р.л. Method for manufacturing hollow large-size components of a turbomachine
RU2767968C1 (en) * 2021-05-19 2022-03-22 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ METHOD OF PRODUCING PARTS OF SMALL-SIZE GAS TURBINE ENGINE WITH THRUST OF UP TO 150 kgf BY SELECTIVE LASER FUSION

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3559555B1 (en) Component for a gas turbine engine with a contured cooling passage
Yasa et al. A study on the stair stepping effect in direct metal laser sintering of a nickel-based superalloy
US20160023272A1 (en) Turbulating cooling structures
EP2971678B1 (en) Instrumentation lead separator for a gas turbine engine and corresponding method of making
CN105247426A (en) Optimization of production process
CN110802302B (en) Arc fuse wire additive manufacturing method of multidirectional steel node
CN110874503A (en) Rapid development method for aero-engine control system product
RU2804167C1 (en) Method for manufacturing a pipeline of complex configuration for a gas turbine engine by an additive method
CN105190179A (en) Combustor liner for a can-annular gas turbine engine and a method for constructing such a liner
CN115788598B (en) Turbine blade air film hole parameterization control and design method
CN107665284B (en) Airplane assembly fixture framework optimization layout method based on least square method
US11293641B2 (en) Object with tear-shaped suspension for annular bodies
US20190170444A1 (en) Additive manufactured flow components with stress-resistant structures
US11530765B2 (en) Gimbal joints for bleed air systems
EP3115670B1 (en) Turbine engine couplings and methods for manufacturing turbine engine couplings
Forslund et al. Virtual robustness evaluation of turbine structure assemblies using 3D scanner data
Smelov et al. A review of hydraulic and pneumatic aggregates manufacturing by additive technologies
Ferrar et al. Application of additive manufacturing to rapidly produce high-resolution total pressure distortion screens
Arkhipov et al. Creation of models of fan blades according to airfoil measurements
Arkhipov et al. Analysis of the geometric deviation influence on the aerodynamic characteristics of the fan blades
Voß et al. Automated Optimisation of the MULDICON Inlet with Minimum Losses and Reduced Sight onto the Compressor Front Face
Forslund et al. Multidisciplinary robustness evaluations of aero engine structures
US20180231253A1 (en) Object with tear-shaped suspension for annular bodies
US11162432B2 (en) Integrated nozzle and diaphragm with optimized internal vane thickness
US20180307793A1 (en) System and method for creating a model-based export file