[发明专利]制造涡轮发动机鼓的方法

说明书

本发明涉及制造涡轮发动机鼓的方法，以及这样的鼓，其形成低压涡轮的一部分。

现有技术中，低压涡轮鼓包括位于公共轴线上的至少两个转子盘，转子盘通过大体上圆柱形或截头圆锥形的壁互相连接，该壁形成和公共轴线共轴的旋转体。每个鼓具有上游凸缘和下游凸缘，分别用于将该鼓固定至上游鼓和下游鼓。每个盘的径向外部边缘具有槽，该槽用于轴向容纳并径向保持转子叶片的根部。

在壁的外表面上形成有径向延伸的刮件，这些刮件与可磨材料块摩擦合作，形成迷宫式密封。这些材料块由插入在转子叶片之间的静子叶片的径向内部边缘承载。

低压涡轮鼓可以通过利用惯性摩擦焊接将上游盘焊接至承载有壁的下游盘来制成。第一步骤包括在上游盘的外部边缘中形成槽，然后第二步骤包括使承载有壁的上游盘旋转，并对第二盘施加轴向力，使得壁的自由端通过惯性摩擦焊接被焊接至第一盘。在最后一步骤中，通过推削在第二盘的外部边缘中形成槽。

为改善涡轮的性能，降低其声音发出，已知可以在连续的两组转子叶片之间建立多级空气动力学耦合，所述连续的两组转子叶片通过一组静子叶片隔开（即公知的“时序”（clocking）技术）。该耦合包括，相对于上游转子上的叶片组，以一定的角度对下游转子上的叶片组进行定位，使得上游叶片的后缘处形成的尾迹以某一指定的公差撞击下游叶片的前缘。因此，迄今为止，就鼓而言，这导致下游盘中的槽以如下方式推削，即，它们在圆周方向上相对于上游盘中的槽偏差一定角度。这种空气动力学耦合在本申请人的在先专利申请FR07/08710中有详细描述。

然而，鼓的两个盘的这种以确定的角度进行定位只有在以下情况下才是可行的，即，下游盘的外部边缘的直径远大于上游盘的直径，由此能够在焊接后在其中进行推削。在两个盘具有基本相同直径的配置中，由于推削工具的长度，不可能在焊接第二盘之后在该第二盘中进行推削。在这种情况下，推削操作必须在摩擦焊接之前进行，并且不再可能实现第二盘中的槽相对于第一盘中的槽以一定角度精确定位。

此外，在现有技术中，形成旋转体的壁使用和盘相同的材料制成，例如NC19FeNb，这意味着不可能实现精确控制焊接区中的材料的崩塌（即，在温度效应下变型的材料的数量）。这导致两个盘的相对轴向定位的不精确性。

本发明的一个具体目的是提供解决至少某些上述问题的方案，该方案简单，有效且便宜。

该方法提供制造鼓的方法，能够实现鼓的两个盘以预定角度定位，而不受盘的径向尺寸影响。

为此，本发明提供制造涡轮发动机鼓的方法，该鼓包括位于公共轴线上的至少两个转子盘，每个转子盘在其外部边缘中具有用于容纳叶片根部的槽，该方法特征在于其包括以下步骤：

将两个盘定位在公共轴线上，使它们彼此隔开，并相对彼此位于预定的角位置上；

在两个盘之间围绕它们的公共轴线共轴地设置一壁，该壁形成旋转体；

驱动壁绕其轴线旋转；及

将盘相对彼此保持在它们的预定角位置上的同时使盘向壁轴向移动，以使盘同壁的端部接触，由此通过惯性摩擦焊接将盘焊接至壁。

与现有技术不同的是，只有构成旋转体的壁被驱动旋转，由此使两个盘能够相对彼此以一定角度非常精确地定位，并能够被保持在该角位置上。由此能够不用考虑盘的径向尺寸，特别是当两个盘具有相似的径向尺寸时，实现鼓的盘之间的空气动力学耦合。

有利地，焊接步骤包括第一阶段，其中在焊接区达到其锻造温度所需的时间期间，盘同旋转壁的端部摩擦，以及第二阶段，其中对每个盘施加轴向推力以进行焊接。

该两级焊接步骤能够首先通过壁的端部摩擦盘而加热焊接区域，然后通过施加轴向推力将壁固定至盘上。用这种方法，能够获得优于现有技术的对盘的相对轴向定位的控制。

根据本发明的另一特征，该方法包括在盘焊接之后对焊接区进行加工，以使焊接区的厚度恢复至预定值。

根据本发明的另一特征，该方法在未安装叶片的盘上实施。

本发明还提供涡轮发动机鼓，例如低压涡轮鼓，其包括通过形成旋转体的壁彼此连接的并位于公共轴线上的两个转子盘，该鼓特征在于所述壁的端部通过惯性摩擦焊接固定至转子盘，惯性摩擦焊接通过上述方法实现，使得盘相对彼此位于预定位置。

有利地，壁由与转子盘的材料不同的材料制成。这是可能的，因为构成旋转体的壁在最开始不固定至两个盘中的任意一个。这样壁就能够用比制造盘所用材料便宜的材料制成，例如镍基合金，相较制造盘所用的合金而言，该镍基合金满足了不那么严格的机械标准。

根据本发明的另一特征，盘和壁由镍基金属合金制成。