[发明专利]制造有金属基体复合物环和单块翼片的翼片的转子的系统

说明书

技术领域

本发明一般地涉及在燃气涡轮发动机中使用的整体带叶片转子，且更特定地涉及用于准备BLING转子的方法，其将至少一种金属基体复合物合并到转子的环部件或者转子的翼片部件。

背景技术

例如与燃气涡轮发动机使用的转子典型地包括基本转子本体和附接到其上的多个转子叶片。转子叶片可以锚定在转子本体中形成的特定的凹槽中，或者转子叶片可以与转子本体本身整体地形成。如果采用盘形基本转子本体，整体带叶片转子称为BLISK(带叶片盘)，或者如果采用环形基本转子本体，称为BLING(带叶片环)。由于BLING设计导致比用BLISK设计典型可能的更大的内部空腔，BLING转子展现比BLISK转子的明显的优势。该空腔在发动机内提供空间，其可以用于附加的装备，例如嵌入的发电机和/或者热交换器。与常规金属盘相比，且甚至与整体带叶片的BLISK转子相比，BLING设计也可以提供改进的转子动力阻尼和更高的E/rho(达到70％)。BLING设计也允许使用用于基本转子本体的金属基体复合物(MMC)。在燃气涡轮发动机环境中，高强度、低密度MMC可以展现比单块金属合金的显著的优势，包括发动机部件重量的显著减少。

用于制造MMC增强BLING转子的已知方法典型地采用热等静压(HIP)，其包括不同部件的扩散结合。HIP过程将金属基体复合物加强为更高密度的、一致的、细晶结构。然而，将MMC环合并到多载荷路径结构中，即，转子到叶片，技术上受到挑战且要求大量的过程控制，以确保结构生成后没有内部缺陷存在。用于叶片的MMC环和单块材料之间的热膨胀系数失配可以产生沿结合表面的残余压缩应力场。结果的内部缺陷使用非破坏性的检查技术是不可检测的；因而，必须实施严格的过程控制。因此，与从常规锻件机械加工的BLISK转子的成本相比，使用MMC和HIP扩散结合生成合适质量的BLING转子所包含的花费可能是相当大的。

因而，需要用于制造合并MMC的BLING转子的可靠的、经济上合理的方法，其中完成的转子可以被处理以释放残余压缩应力，且其中结合表面完整性能够使用用于检测内部缺陷的常规的、非破坏性的方法检查。

发明内容

以下提供示范性的实施例的概述。该概述并不是广泛的综述且并不意欲识别本发明的关键的或者重要的方面或者元素或者描绘其范围。

依据一个示范性的实施例，提供用于制造整体带叶片转子的系统。该系统包括至少一个环部件，其中该至少一个环部件进一步包括至少一种金属基体复合物；和多个径向向外面向的叶片圆锥形或者角形表面；至少一个翼片部件，其中该至少一个翼片部件进一步包括：多个单独的翼片叶片；其中该多个翼片叶片的每个进一步包括径向向内面向的叶片圆锥形或者角形表面；和惯性焊接装置，以在轴向施加的焊接载荷下摩擦地接合该至少一个环部件和该至少一个翼片部件，以沿圆锥形表面在其之间实现惯性焊接。

依据另一示范性的实施例，提供整体带叶片转子。该转子包括至少一个环部件，其中该至少一个环部件进一步包括至少一种金属基体复合物和多个径向向外面向的叶片圆锥形或者角形表面；至少一个翼片部件，其中该至少一个翼片部件进一步包括：多个单独的翼片叶片；其中该多个翼片叶片的每个进一步包括径向向内面向的叶片圆锥形或者角形表面；且其中该至少一个环部件和该至少一个翼片部件已经由惯性焊接装置沿圆锥形表面彼此摩擦地接合。

在又一示范性的实施例，提供用于制造整体带叶片转子的方法。该方法包括提供至少一个环部件，其中环部件进一步包括：至少一种金属基体复合物；和多个径向向外面向的叶片圆锥形或者角形表面；提供至少一个翼片部件，其中该至少一个翼片部件进一步包括：多个单独的翼片叶片；其中该多个翼片叶片的每个进一步包括径向向内面向的叶片圆锥形或者角形表面；且使用惯性焊接装置，以在轴向施加的焊接载荷下摩擦地接合该至少一个环部件和该至少一个翼片部件，以沿圆锥形表面在其之间实现惯性焊接。该方法也包括给组装的整体带叶片转子足够的热处理以释放由惯性焊接产生的内部应力的步骤。

在燃气涡轮发动机中使用BLING转子能够展现比其他设计的显著的优势。例如，将翼片部件和转子环组合到单个结构一般地改善强度-重量比和燃气涡轮发动机性能。在阅读并理解以下示范性的实施例的详细描述后，本发明的附加特征和方面将对于本领域普通技术人员而言成为显而易见的。可以理解的是，本发明进一步的实施例是可能的而不偏离本发明的范围和精神。因此，附图和相关的描述本质上被认为是示意性的而不是限制性的。

附图说明