RU181150U1 - Металлокерамический ротор турбины - Google Patents
Металлокерамический ротор турбины Download PDFInfo
- Publication number
- RU181150U1 RU181150U1 RU2017146663U RU2017146663U RU181150U1 RU 181150 U1 RU181150 U1 RU 181150U1 RU 2017146663 U RU2017146663 U RU 2017146663U RU 2017146663 U RU2017146663 U RU 2017146663U RU 181150 U1 RU181150 U1 RU 181150U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- shank
- impeller
- ceramic
- socket
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 102220057728 rs151235720 Human genes 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
- F16C3/02—Shafts; Axles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
- B23K1/19—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/04—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области производства энергетических установок, а именно, к турбинам, содержащим металлокерамические роторные узлы, изготавливаемые высокотемпературной пайкой.Металлокерамический ротор турбины состоит из изготовленного из металла вала и выполненного из керамического материала рабочего колеса, на одном из торцов которого имеется хвостовик, соединенный пайкой с концом вала. Конец вала, предназначенный для соединения с хвостовиком, выполнен полым, с раструбом конической формы, на внутренней поверхности раструба выполнены кольцевые канавки, хвостовик рабочего колеса имеет коническую форму, хвостовик рабочего колеса и вал сопряжены по их коническим поверхностям, между которыми имеет возможность размещения припой, при этом высота конуса хвостовика превышает высоту раструба вала.Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение прочности паяного соединения. 1 ил.
Description
Полезная модель относится к области производства энергетических установок, а именно, к турбинам, содержащим металлокерамические роторные узлы, изготавливаемые высокотемпературной пайкой.
Известен металлокерамический ротор турбины, содержащий выполненный из металла вал и соединенное с ним рабочее колесо, изготовленное из керамического материала. Соединение вала и рабочего колеса осуществляется высокотемпературной пайкой, которая проводится по соединительным плоским торцевым поверхностям вала и рабочего колеса (см. патент США № 4778345, МПК F16C 3/00, F04D 29/02).
В результате анализа выполнения данного ротора турбины необходимо отметить, что для его сборки и пайки используется специализированная сложная оснастка, что существенно усложняет процесс получения надежных паяных соединений, увеличивает вероятность появления брака и повышает трудоемкость изготовления конструкции. Весьма существенно также и то, что паяное соединение, осуществленное по плоским поверхностям, не отличается высокой прочностью, особенно, при изгибных нагрузках, которым подвержены роторы турбин в процессе эксплуатации.
Известен ротор газовой турбины, содержащий изготовленный из металла вал и соединенное с ним рабочее колесо, выполненное из керамического материала, на одном из торцов которого имеется хвостовик. Вал имеет оконцовку, пристыковываемую к торцу хвостовика при их сборке. При сборке ротора на хвостовик наносят припой, после чего на хвостовик надевают цилиндрическую муфту и далее в ее отверстие вставляют оконцовку вала, до контакта ее торца с торцом хвостовика. На оконцовку вала также нанесен припой. Проводят пайку собранного узла, детали которого в процессе пайки фиксируются припоем (см. патент США № 4659245, МПК F16C 9/00, F16D 1/00) - наиболее близкий аналог.
В сравнении с приведенным выше решением, данная конструкция металлокерамического ротора характеризуется более прочным паяным соединением за счет применения муфты, дополнительно фиксирующей хвостовик рабочего колеса и оконцовку вала. Однако, в данном случае при проведении пайки собранного узла, за счет разных значений термических деформаций хвостовика, вала и муфты, довольно часто нарушаются установленные первоначально междетальные зазоры, в которых размещен припой, что приводит к различным характеристикам прочности по спаянным поверхностям. Весьма также существенно, что при нарушении установленных зазоров, нарушается соосность рабочего колеса и вала, что в процессе эксплуатации создает циклические нагрузки на паяное соединение, постепенно разрушая его и снижая срок эксплуатации конструкции.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение прочности паяного соединения.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в металлокерамическом роторе турбины, состоящем из изготовленного из металла вала и выполненного из керамического материала рабочего колеса, на одном из торцов которого имеется хвостовик, соединенный пайкой с концом вала, новым является то, что конец вала, предназначенный для соединения с хвостовиком, выполнен полым, с раструбом конической формы, на внутренней поверхности раструба выполнены кольцевые канавки, хвостовик рабочего колеса имеет коническую форму, хвостовик рабочего колеса и вал сопряжены по их коническим поверхностям, между которыми имеет возможность размещения припой, при этом высота конуса хвостовика превышает высоту раструба вала.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен металлокерамический ротор турбины, осевой разрез.
Металлокерамический ротор турбины состоит из собранных друг с другом вала и рабочего колеса.
Вал 1 ротора турбины изготовлен из металла, один из его концов (оконцовка вала) выполнен полым и выполнен в виде раструба 2 конической формы, на внутренней поверхности раструба имеются кольцевые канавки 3. Высота раструба составляет Hp. Количество кольцевых канавок 3 может быть различным и зависит от высоты раструба.
Рабочее колесо 5 выполнено из керамического материала, на одном из его торцов имеется хвостовик 4 конической формы, конусность которого соответствует конусности раструба 2 вала 1. Высота хвостовика составляет Нк.
Высота конуса хвостовика превышает высоту раструба вала, то есть, Нк>Hp.
Металлокерамический узел турбины изготавливают следующим образом.
Для пайки осуществляют сборку изделия в стандартном стягивающем приспособлении, для чего помещают на хвостовик 4 припой, надевают на коническую часть хвостовика 4 раструбом 2 вал 1, собранный узел стягивают и помещают в печь, в которой осуществляют пайку соединения.
В процессе пайки, за счет разницы коэффициентов термического расширения металла и керамики, происходит осадка металлической детали (вала) 1 на керамический хвостовик 4, обеспечивая автоматическое центрирование вала 1 и рабочего колеса 5.
Из уровня техники известно, что существующие конструкции металлокерамических узлов турбины выполняются с цилиндрической посадкой вала на хвостовик рабочего колеса. Получение надежных герметичных соединений такой конструкции осложняется тем, что в процессе пайки трудно обеспечить плотное поджатие соединяемых деталей и их относительное центрирование, поэтому необходимо применение специальной сборочно-паяльной оснастки. Использование конического соединения вала с хвостовиком обеспечивает, при их нагреве из-за разницы коэффициентов термического расширения, перемещение по скользящей посадке раструба 2 вала 1 по хвостовику 4 керамического рабочего колеса 5, что способствует их центрированию и получению равномерного паяемого зазора, а также упрощает процесс поджатия деталей. Скользящая посадка позволяет получить минимальные зазоры в месте пайки и снизить вероятность образования дефектов паяного соединения.
Вместе с этим увеличение контактной поверхности соединения за счет применения их посадки по коническим поверхностям приводит к необходимости обеспечения гарантированного заполнения припоем зазора, что обусловлено повышенными требованиями по механической и вибрационной прочности, характерными для узлов турбины. Для решения этой проблемы на внутренней поверхности раструба вала выполняются кольцевые канавки 3 для дополнительного размещения в них припоя. Помимо дополнительной подпитки припоем в процессе пайки, канавки 3 играют роль компенсатора напряжений, возникающих при охлаждении. Все это способствует получению качественного паяного соединения.
Для обеспечения наиболее высокой механической прочности паяного соединения необходимо, чтобы паяное соединение было образовано по всей поверхности раструба 2. Это достигается тем, что высота Нр раструба 2 всегда меньше высоты Нк хвостовика 4 рабочего колеса 5.
Пример.
Производили изготовление металлокерамического узла турбины, состоящего из рабочего колеса диаметром 200 мм из керамики ОТМ904 и металлического вала, выполненного из сплава 29НК. Образцы металлического вала и керамического рабочего колеса изготавливались с цилиндрической и конической формой раструба вала и хвостовика рабочего колеса. На внутренней поверхности раструба образцов вала изготавливались две кольцевые канавки для дополнительного размещения припоя.
Сборка образцов осуществлялась в обычной стягивающей оснастке, представляющей собой две пластины, соединенные между собой резьбовыми шпильками. В качестве припоя использовалась проволока ПСр72 диаметром 0,8 мм. Собранные заготовки образцов помещались в вакуумную печь типа СГВ-2 и производился нагрев по режиму пайки (температура пайки 840-845°С, время выдержки 1-1,5 мин, остаточное разряжение в камере 10-2 Па).
После пайки проводили визуальный осмотр паяного соединения, который показал наличие трещин у двух из трех спаянных образцов с цилиндрической формой соединения. На образцах с конической формой соединения трещины внешним осмотром выявлены не были. Проведенные металлографические исследования образцов показали, что в третьем образце с цилиндрической формой паяного соединения наблюдаются внутренние микротрещины, свидетельствующие о высоких остаточных напряжениях. На образцах с конической формой паяного соединения дефектов типа трещин обнаружено не было.
Таким образом, предлагаемая конструкция металлокерамического узла обеспечивает формирование качественного высокопрочного паяного соединения металлического вала с рабочим колесом, выполненным из керамического материала.
Claims (1)
- Металлокерамический ротор турбины, состоящий из изготовленного из металла вала и выполненного из керамического материала рабочего колеса, на одном из торцов которого имеется хвостовик, соединенный пайкой с концом вала, отличающийся тем, что конец вала, предназначенный для соединения с хвостовиком, выполнен полым, с раструбом конической формы, на внутренней поверхности раструба выполнены кольцевые канавки, хвостовик рабочего колеса имеет коническую форму, хвостовик рабочего колеса и вал сопряжены по их коническим поверхностям, между которыми имеет возможность размещения припой, при этом высота конуса хвостовика превышает высоту раструба вала.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017146663U RU181150U1 (ru) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Металлокерамический ротор турбины |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017146663U RU181150U1 (ru) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Металлокерамический ротор турбины |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU181150U1 true RU181150U1 (ru) | 2018-07-05 |
Family
ID=62813389
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017146663U RU181150U1 (ru) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Металлокерамический ротор турбины |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU181150U1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4659245A (en) * | 1985-05-31 | 1987-04-21 | Nissan Motor Co., Ltd. | Gas turbine |
US4778345A (en) * | 1985-03-15 | 1988-10-18 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Turbine rotor |
JPH01153577A (ja) * | 1987-12-11 | 1989-06-15 | Ngk Insulators Ltd | 金属・セラミックス接合体およびその製造方法 |
SU1663201A1 (ru) * | 1989-05-29 | 1991-07-15 | Всесоюзный Проектно-Технологический Институт Энергетического Машиностроения | Металлокерамический ротор турбины |
US20080253894A1 (en) * | 2007-04-10 | 2008-10-16 | Siemens Power Generation, Inc. | Co-forged steel rotor component for steam and gas turbine engines |
-
2017
- 2017-12-28 RU RU2017146663U patent/RU181150U1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4778345A (en) * | 1985-03-15 | 1988-10-18 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Turbine rotor |
US4659245A (en) * | 1985-05-31 | 1987-04-21 | Nissan Motor Co., Ltd. | Gas turbine |
JPH01153577A (ja) * | 1987-12-11 | 1989-06-15 | Ngk Insulators Ltd | 金属・セラミックス接合体およびその製造方法 |
SU1663201A1 (ru) * | 1989-05-29 | 1991-07-15 | Всесоюзный Проектно-Технологический Институт Энергетического Машиностроения | Металлокерамический ротор турбины |
US20080253894A1 (en) * | 2007-04-10 | 2008-10-16 | Siemens Power Generation, Inc. | Co-forged steel rotor component for steam and gas turbine engines |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104792612B (zh) | 一种空心圆棒试件的高温拉压疲劳试验夹具 | |
RU2520236C2 (ru) | Соединение деталей из титана и стали диффузионной сваркой | |
CN105418131B (zh) | 一种氧化铝陶瓷低温钎焊连接方法 | |
CN106808078A (zh) | 一种异种金属的扩散焊接方法 | |
CN106493371B (zh) | 一种致密金属法兰多孔金属管的制备方法 | |
CN102335793B (zh) | 不锈钢与氧化铝陶瓷的连接方法 | |
RU181150U1 (ru) | Металлокерамический ротор турбины | |
CN109909577A (zh) | 一种承力机匣组件真空钎焊用工装及其使用方法 | |
CN105290554A (zh) | 一种铌钨合金与不锈钢环形零件的真空钎焊工艺 | |
CN104387103B (zh) | 一种氧化锆陶瓷与金属材料的钎焊方法 | |
CN209261682U (zh) | 一种避免钎焊时螺纹失效的电嘴结构 | |
CN202030857U (zh) | 直拉单晶炉用组合坩埚 | |
CN102528273A (zh) | 一种异种金属复合接头制备方法 | |
CN102560135A (zh) | 一种整体铜坩埚以及整体锻造加旋压生产铜坩埚的方法 | |
CN105108266B (zh) | 高温合金钎焊用复合定位装置 | |
RU166553U1 (ru) | Универсальная технологическая оснастка для диффузионной сварки и пайки в вакуумных печах | |
RU155201U1 (ru) | Устройство для сборки под пайку металлокерамических узлов | |
CN108907492B (zh) | 一种钼/钢接头及其制备方法 | |
KR20060115983A (ko) | 레큐퍼레이터의 제조방법 및 이에 의해 제조된레큐퍼레이터 | |
CN108115003B (zh) | 一种多层钣金焊接件高温陶瓷型面校形方法 | |
Ristori et al. | Development at ANL of a copper-brazed joint for the coupling of the niobium cavity end-wall to the stainless steel helium vessel in the Fermilab SSR1 resonator | |
RU179870U1 (ru) | Устройство для сборки под пайку металлокерамического узла турбины | |
CN103071875B (zh) | 小型医用回旋加速器高频窗异种材料部件钎焊工艺 | |
CN109520664A (zh) | 一种钛合金压阻式压力传感器基座及其制作方法 | |
CN203863179U (zh) | 一种钎焊卡具 |