[发明专利]制造具有MMC环形构件和整体式翼型构件的转子的系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于气体涡轮发动机内的一体成形的装有叶片的转子，尤其涉及一种制备叶片环(BLING)转子的方法，其将至少一种金属基复合物结合到转子的环形构件内或转子的翼型构件内。

背景技术

转子，比如与气体涡轮发动机一起使用的转子典型地包括基本的转子体以及多个附接于其上的转子叶片。转子叶片可固定到形成于转子体内的特定凹槽内，或者转子叶片可以与转子体自身一体成形。如果采用盘形基本转子体，那么一体成形的装有叶片的转子被称为叶片盘(BLISK)，如果采用环形基本转子体，那么一体成形的装有叶片的转子被称为叶片环(BLING)。叶片环转子相对于叶片轮盘转子提供了明显的优点，因为叶片环设计产生比叶片盘设计可能典型地产生的内部腔体更大的内部腔体。该腔体在发动机内提供了空间，该空间可用于额外的装备，比如嵌入式发电机和/或热交换器。与传统的金属盘相比，甚至与一体成形的叶片盘转子相比，叶片环设计也可以提供改善的转子动态阻尼及更高的E/rho(最多可达70％)。叶片环设计也使将金属基复合物用于基本的转子体成为可能。在气体涡轮发动机的情况下，高强度及低密度的金属基复合物(MMC)可以比整体的金属合金提供显著的优点，包括发动机构件重量的显著减小。

已知的用于制造金属基复合物加强的叶片环转子的方法，典型地利用热等静压(HIP)，其包括多种构件的扩散接合。热等静压工艺将金属基复合物整合成具有更高密度、均匀及精细颗粒的结构。然而，将金属基复合物结合到多负载路径结构内，即转子到叶片，具有技术挑战性并且要求大量的工艺控制，以确保在结构形成之后不存在内部缺陷。在金属基复合物环与用于叶片的整体材料之间的热膨胀系数的不匹配可沿着接合表面而产生残余压缩应力区域。作为结果的内部缺陷无法使用无损检测技术检测到。因此，必须执行严格的工艺控制。结果，与传统的锻造机械加工形成的叶片盘转子的成本相比，使用金属基复合物及热等静压扩散连接来形成具有适当质量的叶片环转子所涉及的费用相当可观。

因此，需要一种可靠的、经济合理的用于制造结合有金属基复合物的叶片环转子的方法，其中所完成的转子可被处理以便消除残余压缩应力，并且接合表面的完整性可使用传统的、用于检测内部缺陷的无损方法所检测到。

发明内容

以下提供示例性实施例的概要。概要不是详尽的概括，因此并不意图标示本发明的重要或关键的方面或元件，或并不意图解释其范围。

根据一个示例性实施例，提供一种用于制造一体成形(integrally)的装有叶片的转子的系统。系统包括至少一个环形构件，其中至少一个环形构件进一步包括：至少一个金属基复合物；以及连续的径向向外朝向的叶片锥形表面；至少一个翼型构件，其中至少一个翼型构件已经由单片材料形成，并且其进一步包括：多个单独的翼型叶片；以及连续的径向向内朝向的叶片锥形表面；以及惯性焊接装置，用于在轴向施加的焊接负载下，将至少一个环形构件及至少一个翼型构件接合起来，以便沿着锥形表面而在两者之间实现惯性焊接。

根据另一个示例性实施例，提供一种一体成型的装有叶片的转子。该转子包括至少一个环形构件，其中至少一个环形构件进一步包括：至少一个金属基复合物；以及连续的径向向外朝向的锥形表面；至少一个翼型构件，其中至少一个翼型构件已经由单片材料形成，并且其进一步包括：多个单独的翼型叶片；以及连续的径向向内朝向的锥形表面；其中该至少一个环形构件及至少一个翼型构件借助惯性焊接装置而沿着锥形表面互相接合起来。

在另一个示例性实施例中，提供一种制造一体成型的装有叶片的转子的方法。该方法包括提供至少一个环形构件，其中该环形构件进一步包括：至少一个金属基复合物；以及连续的径向向外朝向的锥形表面；至少一个翼型构件，其中该至少一个翼型构件已经由单片材料形成，并且其进一步包括：多个单独的由单片材料形成的翼型叶片；以及连续的径向向内朝向的锥形表面；并且使用惯性焊接装置，用于在轴向施加的焊接负载下，将至少一个环形构件及至少一个翼型构件摩擦地接合起来，以便沿着锥形表面而在两者之间实现惯性焊接。该方法也包括让装配后的一体成形的装有叶片的转子经受热处理的步骤，该热处理足以消除由惯性焊接所产生的内部应力。