[1]Изобретение относится к области изготовления роторов ГТД с применением электронно-лучевой сварки и высокоскоростного фрезерования лопаток, например, ротора компрессора высокого давления (КВД) или ротора компрессора низкого давления (КНД) газотурбинного двигателя (ГТД), детали которых изготовлены из жаропрочного титанового сплава.
[2]Тенденция развития ГТД предполагает не только повышение их качества и надежности, но и улучшение массовых и габаритных характеристик деталей, узлов и модулей. В компрессорах высокого и низкого давления, а именно в их роторах это достигается за счет применения моноколес, внедрения неразъемных соединений взамен болтовых и винтовых.
[3]Известен способ изготовления ротора газотурбинного двигателя, при котором вначале изготавливают кольцевые заготовки с торцевыми стыковочными элементами, соединяют их соосно, зачищают места соединения, после чего кольцевые заготовки облопачивают, (RU 2560887, 2013, В23Р 15/00). Логика способа заключается в том, что условия работы лопаток и дисковой части рабочих колес турбин существенно различаются. К материалу профильной части лопатки предъявляют, прежде всего, требования по высокому сопротивлению многоцикловой усталости и ползучести. Для ступичной части диска основным является сопротивление малоцикловой усталости, а для ободной части - малоцикловой усталости и ползучести. Однако характеристики лопаточного сплава не являются оптимальными для температурных условий замкового соединения и тем более диска. Поэтому специалисты считают, что, например, цельнолитые конструкции в большинстве случаев непригодны из-за упомянутых выше различий к требованиям материалов лопаток и диска.
[4]Однако рабочие колеса с разъемными соединениями диска и лопаток часто не позволяют разместить необходимое по газодинамической эффективности количество лопаток из-за ограничения, которым является прочность замкового соединения. Такая конструкция рабочего колеса из-за особенностей конфигурации имеет много мест концентрации напряжений, что ограничивает ресурс, приводит к утяжелению диска.
[5]Известен способ изготовления ротора газотурбинного двигателя, (заявка ЕР 2725214 за 2014, В23К 15/00), включающий предварительное изготовление кольцевых заготовок ступеней ротора с торцевыми стыковочными поверхностями, соосное размещение относительно друг друга упомянутых кольцевых заготовок, их сварку между собой по окружности торцевых стыковочных плоскостей с последующей зачисткой зон сварки и облопачиванием ротора. Способ взят за прототип.
[6]В этом способе предлагается для повышения надежности свариваемых кольцевых заготовок вводить между ними разнородные материалы.
[7]Облопачивание кольцевых заготовок ротора в известном способе осуществляется также закреплением готовых лопаток в предварительно выполненных пазах кольцевых заготовок. Это приводит к увеличению массы ротора, как за счет увеличения массы опорной части лопаток, так и использования крепежных элементов, а также к невозможности применения широкохордных лопаток с увеличенной закруткой профиля пера. Кроме того, такое размещение лопаток на кольцевых заготовках приводит к необходимости тщательной балансировки ротора, (Стат. момент, распределение по массе.)
[8]Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является упрощение технологического процесса изготовления ротора ГТД с двумя и более ступенями рабочих колес, со снижением трудоемкости его изготовления и обеспечением при этом высокого качества и точности его изготовления.
[9]Достигаемый при этом технический результат заключается в снижении массы ротора, уменьшении количества деталей, повышении качества сборки, надежности эксплуатации и увеличения ресурса работы турбомашины.
[10]Указанная техническая проблема решается тем, что в способе изготовления секции ротора газотурбинного двигателя, включающем предварительное изготовление кольцевых заготовок ступеней ротора с торцевыми стыковочными поверхностями, соосное размещение относительно друг друга упомянутых кольцевых заготовок, их сварку между собой по окружности торцевых стыковочных поверхностей в секцию с последующим механическим удалением замков зон сварки и облопачиванием соединенных кольцевых заготовок с получением секции ротора, кольцевые заготовки ступеней ротора изготавливают с выступами для последующего образования лопаток, а торцевые стыковочные поверхности на кольцевых заготовках выполняют в виде торцевых выступов с замками, посредством которых соединяют упомянутые заготовки между собой перед сваркой, а после сварки замки удаляют, при этом облопачивание ротора осуществляют посредством высокоскоростного фрезерования упомянутых выступов кольцевых заготовок с образованием лопаток. При этом в секцию соединяют не менее двух кольцевых заготовок, а их фрезерование осуществляют поочередно. Для соединения кольцевых заготовок между собой используют электронно-лучевую сварку, после которой производят радиографический контроль и термообработку соединенных кольцевых заготовок.
[11]Способ поясняется фигурами, на которых показано в разрезе:
[12]фиг. 1 - кольцевые заготовки первой и второй ступеней ротора перед сваркой.
[13]фиг. 2 - кольцевые заготовки после сварки и термообработки.
[14]фиг. 3 - готовая секция ротора после фрезеровки лопаток.
[15]Для примера рассматриваем изготовление двухступеневой секции многосекционного ротора. Изготовляют кольцевые заготовки 1 первой ступени ротора и кольцевые заготовки 2 второй ступени ротора с выступами 3, 4 под фрезеровку лопаток, например, из жаропрочного титанового сплава. Кольцевые заготовки 1, 2 ротора выполняют с торцевыми стыковочными поверхностями 5, 6 и замками 7, 8. Далее кольцевые заготовки перед сваркой соосно размещают относительно друг друга в количестве не менее двух, стыкуют по торцевым поверхностям 5, 6, а затем производят электронно-лучевую сварку (ЭЛС) в месте соединения замков 7, 8, получив заготовку 9 для двухступенчатой секции ротора.
[16]После чего замки удаляют, а зону сварки зачищают. Заготовку 9 термообрабатывают, а зону сварки подвергают радиографическому рентгеноконтролю. Для проведения операций чернового и чистового высокоскоростного фрезерования лопаток на выступах 3, 4 заготовку 9 секции ротора устанавливают на 5-ти координатном обрабатывающем центре. За одну установку заготовки 9 секции ротора на обрабатывающем центре вначале фрезеруют лопатки 10 первой ступени ротора, а затем лопатки 11 второй ступени ротора ГТД. После окончания операций высокоскоростного фрезерования лопаток 10, 11 при необходимости могут осуществляться операции полирования и упрочнения лопаток на готовой секции 12 ротора.
[17]Использование изобретения позволяет исключить возможность коробления лопаток ротора при сварке и термообработке, обеспечить при этом высокое качество и точность изготовления ротора, а также упростить технологический процесс его изготовления, что повышает надежность эксплуатации и способствует увеличению ресурса работы ГТД в целом.
