BR112017003922B1

BR112017003922B1 - Método de fabricação de sustentações de anel para um membro de uma turbomáquina

Info

Publication number: BR112017003922B1
Application number: BR112017003922-2A
Authority: BR
Inventors: Bruno GIARDINI; Emmanuel Bernard Marie Charrier; Frédéric Hascoet; Didier SPIRE
Original assignee: Safran Aircraft Engines
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2022-11-01
Also published as: EP3194111A1; US10773296B2; CA2958662C; CN106794506B; JP6618527B2; RU2688102C2; CA2958662A1; JP2017534467A; BR112017003922A2; RU2017109884A; CN106794506A; FR3025124B1; US20170274441A1; FR3025124A1; EP3194111B1; WO2016030632A1; RU2017109884A3

Abstract

MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE SUSTENTAÇÕES DE ANEL PARA UM MEMBRO DE UMA TURBOMÁQUINA. Trata-se das sustentações de anel de membro de turbomáquina (19) que se estendem ao longo de setores de um círculo, que podem ser construídas a partir de pelo menos uma chapa de metal achatada espessa que é curvada e soldada para formar uma carenagem cilíndrica e, então, formada pressionando-se em uma carenagem cônica, em que a face externa da mesma é usinada, a fim de conformar o perfil (15) de um trilho de montagem na mesma, e a carenagem é cortada a fim de dividir a mesma nos setores. As sustentações têm melhor coesão, e a fabricação da mesma é simples e confiável, comparada à fabricação tradicional, com uso de formação de protuberâncias de metal chapas finas para unir as porções principais das sustentações. O pedido também se refere a um uso com anéis de estator de um membro de turbomáquina que são dotados de um forro adaptável (2).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um método para fabricar sustentações de anel de membro de turbomáquina.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] As sustentações de anel de membro de turbomáquina consideradas no presente documento se estendem sobre setores cônicos truncados ao longo de um eixo geométrico longitudinal em um estator e são encaixadas com um forro de vedação em sua face interna, em relação ao eixo geométrico longitudinal que pode ser feito de um material do tipo favo adaptável que circunda um estágio de rodas móveis circulares do rotor de máquina, a fim de reduzir as folgas. As sustentações têm partes para montagem em estruturas de estator adjacentes e, particularmente, um "trilho" que se projeta a partir de sua face externa, em relação ao eixo geométrico longitudinal.

[003] Há vários métodos conhecidos de fabricar as mesmas. O primeiro é baseado em forja, mas isso exige uma máquina potente, matrizes de forja de formato complexo e o trabalho a quente que exige precauções para proteger a qualidade da liga, por exemplo, impedir a ocorrência de escória de fresagem.

[004] Outro método usa um montagem soldada ou soldada por brasagem de placas finas para formar a sustentação. Entretanto, a resistência da montagem pode ser problemática, devido às grandes expansões térmicas que ocorrem nessas partes em serviço, e a fabricação pode ser complicada.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[005] Um novo método é revelado no presente documento para fabricar tais sustentações de anel de turbina, nas quais todas as operações são simples.

[006] Em sua forma gera, a invenção se refere a um método de fabricação de sustentações de anel para um membro de turbomáquina, em que as ditas sustentações se estendem ao redor de setores cônicos sobre os quais um forro de vedação é encaixado em uma face interna e um trilho de montagem é encaixado em uma face externa oposta à face interna, em que o trilho de montagem inclui uma depressão limitada por um colar que se eleva ao longo de uma direção radialmente externa da sustentação, distinguido pelo fato de que consiste em começar a partir de pelo menos uma chapa de metal plana com uma espessura igual a uma distância entre a face interna e a face externa, mais uma altura do colar, inclinando e soldando a placa, ou placas, juntamente, para formar uma carenagem cilíndrica circular fechada, inclinando a carenagem cilíndrica em modelagem para formar uma carenagem cônica, usinando a face externa da carenagem cônica para formar o trilho sobre a mesma e cortando a proteção de carenagem cônica para dividir a mesma em setores que correspondem às sustentações.

[007] Em outras palavras, as características essenciais da invenção são que a mesma começa a partir de placas espessas nas quais o relevo de trilhos é cortado, evitando qualquer montagem de placas finas, enquanto minimiza a usinagem corretiva, e que um círculo de sustentação é fabricado simultaneamente, ao invés de produzir esses elementos separadamente. Isso resulta em várias vantagens, conforme será descrito posteriormente.

[008] A inclinação preliminar da placa, ou placas, em um formato cilíndrico pode ser feita com uso de uma ferramenta de deformação simples, como pode a próxima etapa para pressionar e conformar-se em um formato cônico, fazendo uso de uma máquina com várias garras concêntricas. O formato circular regular e fechado da peça bruta possibilita, desse modo, que as operações de usinagem simples se conformem ao trilho, pressionando-se e, então, usinando-se, o que pode consistir em girar.

[009] Deve-se observar que as operações de inclinação e conformação que não envolvem grandes deformações podem ser feitas a frio, o que simplifica o método e evita a necessidade de considerar as consequências do aquecimento nas propriedades finais da parte.

[010] Os métodos de fabricação diferentes precisam respeitar as dimensões do produtos solicitado. Mas, visto que a última operação importante nesse caso é a usinagem, é fácil respeitar essa condição; entretanto, algumas porções, tais como a face interna, que não é visível, mas que é encaixada com um forro de vedação, pode permanecer não usinada.

[011] Também é mais fácil fabricar para que dimensões corretas façam uso de uma realização importante da invenção, na qual as garras e o anel estático têm perfis bicônicos simétricos ao redor de um plano mediano, de modo a se conformar a uma carenagem bicônica ou duplamente cônica simétrica em cada lado de um plano mediano, que tende a equilibrar as forças axiais aplicadas e deformações da ferramenta.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[012] Os aspectos diferentes de uma realização puramente ilustrativa da invenção serão, agora, descritos em mais detalhes, em referência às Figuras a seguir: - a Figura 1 é uma representação de uma sustentação conhecida; - a Figura 2 ilustra a placa achatada usada no início da invenção; - a Figura 3 ilustra a inclinação dessa placa em uma carenagem cilíndrica; - as Figuras 4 e 5 ilustram duas vistas da prensa de estampagem que cria uma carenagem bicônica; - a Figura 6 ilustra a escolha de estampagem em dois passos; - a Figura 7 ilustra como a usinagem é feita; - as Figuras 8 e 9 representam duas vistas de uma sustentação, de acordo com a invenção; - e as Figuras 10 e 11 ilustram as extremidades laterais da sustentação conhecida e uma sustentação de produto, de acordo com a invenção, respectivamente.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[013] A Figura 1 representa uma sustentação de anel para um membro de uma turbomáquina, tal como uma turbina feita por soldagem e soldagem por brasagem de placas finas, fazendo uso de uma técnica conhecida. Uma placa principal 1 tem um formato cônico mais ou menos regular ao redor de um setor angular e compreende uma face interna sobre a qual um forro de vedação do tipo favo adaptável 2 é fixado; há um trilho de montagem externo 3 composto por uma segunda placa fina em sua face externa, curvada de modo a ter dois colares projetantes 4 e 5, que se eleva radialmente para fora, com uma depressão intermediária 6. Há outro trilho de montagem 7, também, com um corte em U, mas para o qual a parte côncava central está voltada, ao longo da direção axial da máquina, em uma extremidade axial. Os trilhos 3 e 7 são, ambos, soldados por brasagem à placa principal 1. Conforme observado acima, pode ser complicado fabricar a sustentação, e sua resistência pode ser imprevisível a longo prazo, mediante os muitos ciclos térmicos aplicados à mesma. A Figura 10 ilustra a forma particular da sustentação em cada uma de suas extremidades angulares: duas outras placas 25 e 26 são soldadas à mesma na face externa da placa principal 1, de modo a espessar a seção da sustentação, de modo que uma fenda 27 possa ser formada em sua face lateral, em que uma porção da placa de vedação se encaixa na fenda 27 e cobre o vão entre as duas sustentações, quando a sustentação é montada e está adjacente a uma sustentação similar. Essas placas 25 e 26 tornam a fabricação da sustentação mais complicada. A Figura 1 e as outras Figuras mostram o eixo geométrico X longitudinal da máquina sobre o qual as sustentações serão montadas, em círculos ao redor desse eixo geométrico X.

[014] Será fornecida, agora, uma descrição da invenção, começando com a Figura 2. A matéria-prima consiste em uma placa achatada 8, ou em uma quantidade pequena de tais placas 8. A placa 8, ou as placas 8, passam através de uma instalação de inclinação na qual as mesmas são inclinadas, de modo a obter uma carenagem cilíndrica 9 (Figura 3), que se torna contínua fechando-se o círculo por soldagem, após rematar as bordas de extremidade. É preferencial usar a menor quantidade possível de placas 8, e esse é o motivo pelo qual um bom compromisso pode ser usar três placas 8, cada uma entre as quais é curva em uma metade de um círculo ou um terço de um círculo; entretanto, uma única placa pode ser curvada em um círculo inteiro, apesar de sua espessura.

[015] A próxima etapa representada nas Figuras 4 e 5 consistem em conformar a proteção cilíndrica 9 em uma carenagem cônica e, mais vantajosamente, uma carenagem bicônica 10, de modo a seguir a mudança de raio na turbina. A carenagem cilíndrica 9 é colocada no equipamento, que inclui uma ferramenta de estampagem, tal como uma prensa, que inclui uma fileira circular de garras 11, com deslocamento radial concomitante, que são empurradas juntas por um escareador cônico central 23, e um anel estático 12 voltado para as mesmas e é concêntrico com as mesmas. O formato bicônico é obtido pelo anel estático que é côncavo e pelas garras 11 que se projetam no centro. No movimento das garras 11 em direção aos anel 12, a carenagem cilíndrica é deformada no formato bicônico exigido. A estampagem pode compreender uma parte de expansão que aumenta o raio da carenagem bicônica 10. Será observado que o anel 12 é formado a partir de dois estágios sobrepostos 12a e 12b, que podem ser separados elevando-se o estágio superior 12a para inserir e, então, remover as carenagens 9 ou 10.

[016] É útil evitar desequilíbrios de força excessivos que podem ocorrer durante essa operação, que podem ser causados pela fabricação de dimensões que não são respeitadas. O formato circular da prensa torna possível igualar as forças na direção angular; e as forças desequilibradas na direção axial da carenagem 9 ou 10 podem ser canceladas, se a ferramenta for simétrica em lados opostos de um plano mediano, visto que é, nesse caso, devido ao perfil bicônico das garras 11 e do anel 12.

[017] Entretanto, deve ser observado que todas as etapas do método podem ser feitas a frio, devido à deformação pequena aplicada ao material, tanto na etapa de inclinação (em que a deformação é distribuída ao longo do comprimento) quanto na etapa de conformação em um formato bicônico.

[018] Essa conformação por etapa de estampagem será feita usualmente em dois passos, devido às descontinuidades entre as garras 11 ao longo da fileira circular; após um primeiro passo, a proteção bicônica 10 será movida por uma etapa angular entre as garras 11, que correspondem a poucos graus, de modo a mover cada porção da periferia em frente a uma das garras 11, após cada passo (Figura 6) e, desse modo, tornar a carenagem bicônica uniformemente circular, eliminando quaisquer porções planas que permanecerem entre as garras 11 após o primeiro passo.

[019] A Figura 7 ilustra o formato da carenagem bicônica 10 sobreposta a um par de sustentações 19 a serem obtidas. As operações fabricadas irão, agora, consistir em usinagem e, particularmente, em ligar uma máquina convencional numericamente controlada como um torno. Conforme mencionado acima, o formato bicônico simétrico da carenagem 10, delineado para igualar forças na direção axial da prensa de estampagem, é delineado para formar um círculo de sustentações 19 em cada uma das metades. A proteção bicônica 10 compreende uma superfície interna 13 e uma face externa 14. A face interna 13 permanece essencialmente não usinada pelo menos ao longo da maior parte de sua superfície, exceto para a escavação de uma reentrância 15 em uma extremidade de cada sustentação 19 à qual o trilho 7 irá se encaixar, que não é mutável a partir do delineamento prévio. Por outro lado, a face externa 14 será completamente usinada, visto que as dimensões de sustentação 19 precisam ser precisas e a condição de superfície precisa ser boa nesse local, que não é o caso da maior parte da face interna 13 no forro de vedação 2, que é encaixado e não é, por essa razão, visível; em particular, um sulco 16 será escavado, que corresponde ao formato côncavo do trilho 3 na delineação prévia, e um colar 17 similar ao colar 5 será formado na extremidade de cada uma das sustentações 19. As últimas operações irão consistir em cortar as extremidades 20 da carenagem bicônica 10, em uma primeira etapa, para dividir a mesma, de modo a separar os dois círculos de sustentações 19, removendo-se completamente o centro 21, e cortando-se os dois círculos das sustentações 19 em setores angulares, de modo a separar as sustentações 19 uma da outra. As fendas 27 são feitas nas extremidades laterais, em uma etapa final, diretamente na espessura intermediária da placa (Figura 11).

[020] As Figuras 8 e 9 ilustram uma das sustentações 19 finalmente obtidas após ter instalado o trilho 7 e o forro de vedação 2. A porção que inclui o sulco 16 e o colar 17 esculpidos na massa da carenagem bicônica 10 tem as mesmas dimensões que a parte côncava 6 e o colar 5, de acordo com a delineação anterior, de modo que a sustentação 19 pode, perfeitamente, substituir a sustentação 1. Deve-se observar que a sustentação 19 será mais pesada devido ao fato de que a mesma é formada a partir de uma placa 8 mais espessa do que a placa da sustentação 1. Entretanto, essa desvantagem pode ser atenuada escavando-se sua face externa fresando-se no centro, sem atingir o sulco 16. As operações de fresagem 22 são descontínuas e não são aplicadas nas bordas das sustentações 19.

[021] A substituição do trilho extra 3 por uma porção de peça única da sustentação 19 contribui para melhorar sua coesão e produz, de modo confiável, dimensões corretas. Desse modo, o trabalho de reusinagem é minimizado.

Claims

1. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE SUSTENTAÇÕES DE ANEL (19) PARA UM MEMBRO DE UMA TURBOMÁQUINA, tal como uma turbina, em que as sustentações se estendem ao redor de setores cônicos sobre os quais um forro de vedação (2) é encaixado em uma face interna e um trilho de montagem é encaixado em uma face externa, oposta à face interna, em que o trilho de montagem inclui uma depressão (16) limitada por um colar (17) que se eleva ao longo de uma direção radialmente externa a partir da sustentação (19), caracterizado por começar a partir de pelo menos uma chapa de metal plana (8) com uma espessura igual a uma distância entre a face interna e a face externa, mais uma altura do colar, inclinando e soldando uma placa, ou umas placas, juntamente, para formar uma carenagem cilíndrica circular fechada (9), inclinando a carenagem cilíndrica em modelagem para formar uma carenagem cônica (10), usinando a face externa (14) da carenagem cônica para formar o trilho sobre a mesma e cortando a proteção de carenagem cônica para dividir a mesma em setores que correspondem às sustentações (19).

2. MÉTODO DE FABRICAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas etapas que consistem em inclinar e conformar serem executadas a frio.

3. MÉTODO DE FABRICAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela modelagem na qual a carenagem cilíndrica ser conformada compreende uma fileira circular de garras (11) com expansão radial e um anel estático externo (12) que circunda a fileira circular.

4. MÉTODO DE FABRICAÇÃO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela carenagem cilíndrica (9) ser conformada na ferramenta em dois passos de expansão de garra, e é girada por uma etapa angular entre as garras (11) entre os dois passos de expansão.

5. MÉTODO DE FABRICAÇÃO, de acordo qualquer uma das reivindicações 3 a 4, caracterizado pelas garras e o anel estático terem perfis bicônicos simétricos ao redor de um plano mediano, e a carenagem cônica (10) é bicônica.

6. MÉTODO DE FABRICAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pela face interna (13) das sustentações deixar de ser usinada ao longo da maior parte de sua área de superfície.

7. MÉTODO DE FABRICAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pela usinagem da face externa da carenagem cônica compreender a volta que conforma o trilho e as operações de fresagem descontínuas (22), nas porções centrais das sustentações (19).

8. MÉTODO DE FABRICAÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por utilizar duas ou três placas.