專利名稱：盤形轉(zhuǎn)子及其制造方法
盤形轉(zhuǎn)子及其制造方法技術(shù)領域本公開涉及盤形轉(zhuǎn)子，并且更具體地涉及用于壓縮機或渦輪機應 用的具有獨特幾何形狀的轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
典型地，在壓縮機或渦輪機應用中， 一個轉(zhuǎn)子或多個轉(zhuǎn)子布置在 圍繞軸流式發(fā)動機軸線而沿周向裝配的外罩中。固定外罩和轉(zhuǎn)子將燃 燒氣體限制到氣流通道中，以便最大效率地利用燃燒氣體來轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子。典型的轉(zhuǎn)子包括附連在盤轂上的多個翼型件(airfoil,即轉(zhuǎn)子葉片)。 對于一些應用，例如在渦輪發(fā)動機中的應用，渦輪機轉(zhuǎn)子要求高 的AN"直。AN"直是用于在特定的渦輪發(fā)動機應用中確定特定的轉(zhuǎn)子 性能的渦輪機轉(zhuǎn)子標準。"A"代表環(huán)面面積，即由盤形轉(zhuǎn)子的翼型件 部分所掃過的面積。"N"表示翼型件的旋轉(zhuǎn)速度。對該旋轉(zhuǎn)速度進行 平方并乘以環(huán)面面積來得到ATsf2值。對于渦輪機應用而言，為了具有 高的ANM直，轉(zhuǎn)子必須具有長的翼型件，并且/或者在高的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分 鐘，即rpm)下被驅(qū)動。在常規(guī)轉(zhuǎn)子中，翼型件機械式附連到盤形轉(zhuǎn)子 的緣邊上。翼型件越長或所需的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越高，該機械式附連就必須 越深?，F(xiàn)有技術(shù)的圖1和圖2顯示了渦輪機盤形轉(zhuǎn)子。現(xiàn)有技術(shù)的圖1 是現(xiàn)有的盤形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子部分10。該轉(zhuǎn)子部分10包括三個區(qū)域緣 邊12、輻板14和盤轂16。翼型件(未示出)機械式附連到緣邊12上， 以完成渦輪4幾轉(zhuǎn)子組裝。如圖1所示，在該》彖邊上^L加工出附連槽18， 以用于翼型件的機械式附連。在附連槽18之間是載荷傳遞肋20，該 載荷傳遞肋20是將翼型件的載荷傳遞到緣邊12上并最終傳遞到轂16上所必需的。如上所述，翼型件越大，附連槽18延伸到緣邊12中就 越深。如圖1所示， 一些非常大的渦輪葉片要求多齒附連。在多齒附 連中，需要多達三個或者更多個布置在附連槽18內(nèi)的齒，以將大翼 型件緊固到緣邊上。附連槽18從緣邊12中去掉材料，該緣邊12通 常將用于承載翼型件的周向載荷。此外，由于附連槽18的數(shù)量和深 度，肋20不能以產(chǎn)生周向(即切向)應力的方式來承載載荷，并且變成 了所謂的"死"載荷或寄生載荷。更進一步，較深的附連槽要求緣邊具 有更多的材料，以容納該槽。換句話說，緣邊必須沿徑向更深，以獲 得附連槽所要求的深度。該增加的材料也不承載載荷。對于以現(xiàn)有的方式所組裝的渦輪機轉(zhuǎn)子，只有附連槽下方的區(qū)域 能夠承受翼型件的周向應力，如圖1中的虛線22所示。該區(qū)域稱為 "有效緣邊(live rim)",并且表示緣邊載荷承載部分的有效的外部徑向 邊界。該有效緣邊的半徑由箭頭24表示，它從轂16延伸到緣邊12 的虛線22。線22之外的范圍中的所有區(qū)域都不能承受載荷應力，并 且因此而被認為是死載荷。通過機械式附連翼型件，尤其是對于高 A]f應用，緣邊的載荷承載能力顯著降低，從而向轉(zhuǎn)子的輻板和轂增 加應力。此外，因為該緣邊被翼型件附連點反復中斷，所以緣邊沿著 圓周方向損失了強度?，F(xiàn)有技術(shù)的圖2顯示了具有圍繞緣邊圓周而布 置的附連槽52的完整的盤形轉(zhuǎn)子50,并且進一步顯示了螺栓孔54, 在多級設計構(gòu)造中，必須利用該螺栓孔54將單獨的轉(zhuǎn)子級50固定到 轉(zhuǎn)子組件上。與附連槽52類似，螺栓孔54可進一步降低該緣邊的載 荷承載能力。因此，在本領域中，依然需要對用于壓縮機和渦輪機的盤形轉(zhuǎn)子 進行改進，尤其是對翼型件到盤的附連進^f亍改進，這種改進將節(jié)省成 本，提供最大的渦輪機效率，并且可以容易地集成到現(xiàn)有的渦輪機設 計中。發(fā)明內(nèi)容本文公開了盤形轉(zhuǎn)子和制造該盤形轉(zhuǎn)子的方法，該盤形轉(zhuǎn)子能夠比現(xiàn)有的盤形轉(zhuǎn)子獲得更高的AN"直。在一個實施例中，盤形轉(zhuǎn)子包括具有孔的轂和從該轂徑向地延伸的多個輻條段，各個輻條段包括緣 邊部和附連到該轂上的基部，其中，該緣邊部包括一體式地形成于其 上的一個或多個翼型件，該多個輻條段共同形成圈。在另一實施例中，盤形轉(zhuǎn)子包括具有孔的轂和從該轂徑向地延伸 的多個輻條段，各個輻條段包括附連到該轂上的基部和緣邊部，該多 個輻條段共同形成環(huán)形圈，并且， 一個或多個翼型件附連到各個輻條 段的緣邊部上。一種制造盤形轉(zhuǎn)子的方法，包括將多個輻條段附連到具有孔的 轂上，其中，各輻條段包括附連到轂上的基部和緣邊部，其中，該緣 邊部包括一個或多個翼型件，該多個輻條段共同形成圏。通過以下附圖和詳細說明，對上述特征和其它特征進行了示范性 說明。


現(xiàn)在參照附圖，其中，相同的元件具有相同的標號 圖1是帶有用于翼型件機械式附連的附連槽的現(xiàn)有技術(shù)盤形轉(zhuǎn)子 部分的截面圖；圖2是帶有用于翼型件機械式附連的附連槽和螺栓孔的現(xiàn)有技術(shù) 盤形轉(zhuǎn)子的透視圖；圖3是在其上具有一體式翼型件的示范性盤形轉(zhuǎn)子的一段的正透 視圖；圖4是具有一體式翼型件并固定地附連到盤轂上的輻條段的側(cè)透 視圖；和圖5是具有傾斜形狀、帶有整體地形成于其上的翼型件的示范性 輻條段的另一透視圖。零部件清單10轉(zhuǎn)子部分12緣邊'14輻板16盤轂18附連槽20載荷傳遞肋22用于周向支承區(qū)域的虛線24表示有效緣邊半徑的箭頭50盤形轉(zhuǎn)子52附連槽54螺栓孔100轉(zhuǎn)子段102翼型件104輻條段106轂108輻板110緣邊部200輻條段202基部204緣邊部206翼型件208轂300輻條段302翼型件304緣邊部306轂308基部310凸臺具體實施方式
在一個實施例中，公開了具有一體式翼型件的盤形轉(zhuǎn)子。在另一 實施例中，公開了制造盤形轉(zhuǎn)子的方法，其中，翼型件是一體式的， 并且直接附連到該盤的轂上?，F(xiàn)在參照圖3,顯示了用于壓縮機或渦輪機應用的盤形轉(zhuǎn)子的示 范性實施例的轉(zhuǎn)子段100。翼型件(即葉片)102與輻條104是一體式的。 如圖3所示，翼型件102和輻條104形成單個零件，該零件可以焊接 到轂106上。各個輻條在典型的緣邊位置處分開，以將翼型件載荷直 接傳遞到盤形轉(zhuǎn)子的轂上。如上所述，現(xiàn)有的盤形轉(zhuǎn)子包括環(huán)繞輻板的實心緣邊部和盤轂。 然后，翼型件例如通過螺栓連接而機械式地連到在緣邊中形成的附連 槽上。本申請所公開的盤形轉(zhuǎn)子在單獨的零件之間不包括機械式附 連。特別是，翼型件與輻條是一體的，并且這些輻條固定地附連到轉(zhuǎn) 子的轂上。多個輻條段104從圓柱形轂106徑向地延伸，以形成轉(zhuǎn)子 的輻板108和緣邊110區(qū)域。例如，圖3的轉(zhuǎn)子段100包括固定地附 連到轂106上的五個輻條段104。來自翼型件的載荷直接傳遞到該輻 條段上，然后，載荷從該輻條段傳遞到轂上。本申請所公開的盤形轉(zhuǎn) 子的載荷通道與現(xiàn)有的盤的載荷通道大不相同。在現(xiàn)有的盤形轉(zhuǎn)子 中，來自翼型件的離心載荷通過徑向應力和切向應力而傳遞到有效緣 邊上，然后傳遞到輻板上，并且最終傳遞到轂上。由于機械式附連槽， 該緣邊部承載切向應力的能力有限。此外，該緣邊要求有足夠的材料， 以便能夠容留并附連翼型件。這就使緣邊重量增加。然而，正如所提 到的，增加了的重量是死載荷或寄生載荷。轉(zhuǎn)子的轂最終必須為整個 緣邊載荷提供支承。本申請所述的盤形轉(zhuǎn)子的改進的載荷通道，允許 盤形轉(zhuǎn)子以更少的材料、更輕的重量，用降低了的成本來處理與常規(guī) 的盤的載荷等量的可變載荷?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4,它顯示了輻條段200的示范性實施例。輻條段200 通常包括基部202和緣邊部204。在一個實施例中，緣邊部204包括 一體式地形成于其上的一個或多個翼型件206。在另一實施例中，一 個或多個翼型件206冶金結(jié)合式地附連到緣邊部204上。在該示例中， 翼型件和緣邊部之間的冶金結(jié)合可以通過鍛造、焊接、釬焊等來實現(xiàn)。 雖然圖4中僅顯示了一個翼型件，但是為了制造效率，各個輻條l殳200都能夠包括多個翼型件。在各個輻條上的翼型件的數(shù)量將取決于成品盤形轉(zhuǎn)子所意圖的應用?？梢詫⑤棗l段200附連(例如焊接)到單獨的 盤轂208上，以提供從輻條段200到轉(zhuǎn)子的轂208的直接的載荷通道。 輻條段200可以在基部202處附連到轂208上。圖5中顯示了傾斜的輻條段300的一個示范性實施例。輻條段300 的傾斜形狀(beveled shape)可有助于使翼型件302保持穩(wěn)定。輻條段 300的傾斜形狀可以從輻條段300的緣邊部304處開始，其中，傾斜 的邊不垂直于輻條段300的其它部分。緣邊部304將與具有大致相同 的緣邊部的多個其它輻條對齊，以形成整個盤形轉(zhuǎn)子的緣邊。各個輻 條段與相鄰的輻條段共同形成環(huán)形圈，最終形成轉(zhuǎn)子的緣邊。 一旦將 該多個輻條段附連到轂306上，緣邊部304的傾斜形狀就為所形成的 緣邊提供額外的穩(wěn)定性。該傾斜形狀從輻條段300的緣邊部304向下 延續(xù)到基部308。圖3顯示了各輻條段104的傾斜形狀如何與相鄰的 輻條相對應以形成緣邊110和輻板108,以及在徑向運動和才莫態(tài)振動 下，各個輻條如何對相鄰的輻條進行導向。各個輻條段300的傾斜的 邊提供了機械互鎖和連續(xù)性，以保證在離心載荷的作用下，相鄰的輻 條段(未示出)的徑向位移將一致。同樣地，傾斜的特征使得輻條段相 對于側(cè)向運動、切向運動而保持穩(wěn)定，以保證輻條段僅有徑向運動。 簡而言之，輻條段的傾斜形狀使得這些單獨的段作為一個連續(xù)單元(即 連續(xù)結(jié)構(gòu))。轂306可具有適用于盤形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的任何形狀。例如，轂306 可具有大致圓柱形的形狀。轂306可包括孔(未示出)。該孔可位于轂 306內(nèi)，以便平衡盤形轉(zhuǎn)子。在一個示例中，孔定位于穀306的中心。 盤的孔還可以包括軸、軸承、轂殼等。轂306還可以包括多個凸臺310， 這些凸臺310有助于在將輻條段300焊接到轂306前，對該輻條段300 進行定位。凸臺310可以繞圓柱形轂的外徑而等距地布置。凸臺310 為輻條段的安置提供了標記或標繪(map),并且可大大地有助于在將各 輻條段永久附連到轂上之前各個輻條段的正確對齊。各個凸臺310具有獨特的非圓形的幾何形狀，該幾何形狀與機加工或鑄造到輻條段的 基體中的相匹配凹部(未示出)相配。因為翼型件與輻條是一體式的， 所以必須控制翼型件相對于流體流的定向。除了提供對翼型件定向的控制，在隨后的冶金結(jié)合或焊接工序中，凸臺310還可保持輻條段300 的定位。在連結(jié)工序中，凸臺310的獨特的非圓形幾何形狀防止輻條 段旋轉(zhuǎn)，并且，在連結(jié)工序中，凸臺與相應的輻條凹部互鎖的特性可 保持軸向和切向的定位。在一個實施例中，當對轂自身進行成形時， 凸臺310可以在該轂的外徑上一體式地形成。在另一實施例中，該凸 臺可以;陂固定地附連到圓柱形轂的外徑上。仍然參看圖5，翼型件302可具有適合于預期應用的任何尺寸和 形狀。運動的流體可作用于翼型件302之上，或者翼型件302反作用 于該流體流，以便使得翼型件302旋轉(zhuǎn)，并且將能量賦予轉(zhuǎn)子。翼型 件302可以具有可變的幾何形狀，該幾何形狀使得允許其對于流體流 動狀態(tài)的范圍可高效地運行。在一個示范性實施例中，翼型件302可 具有曲線形狀，以更好的捕^l足流體經(jīng)過翼型件的流動，并且轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子。 如上所述，翼型件302的尺寸將取決于盤形轉(zhuǎn)子所需的AN^直。例如， 在轉(zhuǎn)子低速(N值低)轉(zhuǎn)動(例如，速度小于5000rpm)的應用中，其翼型 件將比轉(zhuǎn)子以15，000 rpm的速度(N值高)轉(zhuǎn)動的應用(例如在飛行器發(fā) 動機中)中的翼型件具有更長的長度。此處所描述的焊接式盤形轉(zhuǎn)子特 別適于要求高AN"的翼型件的應用。現(xiàn)有的盤形轉(zhuǎn)子能夠獲得約600 x 109到700 x 1(^平方英寸-轉(zhuǎn)/分鐘(in、rpm)的AN"直。緣邊的額外重 量，以及由翼型件的深機械式附連所導致的死載荷，嚴重限制了利用 以常規(guī)方式設計的盤形轉(zhuǎn)子來獲得更高的AN"直。此處所述的焊接式 盤形轉(zhuǎn)子能夠獲得大于或等于約1000x 10"n、rpm的AN"直;有時候， 能獲得大于或等于1200x 10"n、ipm的AN"直。焊接輻條盤形轉(zhuǎn)子的 獨特的幾何設計，使得允許在要求高A1SP值的應用中(例如渦輪機轉(zhuǎn) 子)，以及目前超出現(xiàn)有盤形轉(zhuǎn)子能力的應用中使用該轉(zhuǎn)子。用于焊接式盤形轉(zhuǎn)子的合適的耐高溫材料是這樣的高溫材料，即，它們可以承受高溫，該高溫由在例如燃氣輪機的應用中可見的運 行的熱液體流動通道來提供。示范性的材料包括但不限于超合金和 鋼。適用的超合金典型地是鎳基合金、鐵基合金或鈷基合金，其中， 超合金中的鎳、鐵或鈷是唯一的以重量計算含量最多的元素。示例性的鎳基超合金至少包括鎳(Ni),以及選自下列元素中的至少一種元素 鈷(Co),鉻(Cr)，鋁(A1)，鎢(W)，鉬(Mo),鈦(Ti),鉭(Ta)，鋯(Zr)， 鈮(Nb)，錸(Re)，碳(C)，硼(B)，鉿(Hf)和鐵(Fe)。鎳基超合金的一些 示例由下列商標來指定由Haynes International, Inc. 7>司生產(chǎn)的 Haynes⑧和Hasteloy , 由Special Metals Corp.公司生產(chǎn)的Incoloy 、 Inconel 、 Nimonic⑧和Udimet , 由Reade 乂>司生產(chǎn)的Rene⑧(例^口 Rene 80合金、Rene 95合金、Rene 142合金和Rene N5合金)； 并且包括定向凝固超合金和單晶超合金。示例性的鈷基超合金包括 Co,以及選自下列元素中的至少一種元素Ni, Cr， Al, W, Mo, Ti和Fe。 鈷基超合金的一些示例由下列商標指定由General Electric公司生產(chǎn) 的Haynes 、 Nozzaloy ,由Deloro Stellite Co7^司生產(chǎn)的Stellite , 以及Ultimet⑧材料。示例性的鐵基超合金包括Fe,以及選自下列元素 中的至少一種元素Ni, Co, Cr， Al， W, Mo, Ti和錳(Mn)。鐵基超合金 的示例通過由G. O. Carlson, Inc乂A司生產(chǎn)的Haynes , Incoloy , Nitronic⑧商標來指定。適用的鋼包括不銹鋼，例如美國鋼鐵學會(AISI) 命名的鋼AISI304不銹鋼，310不銹鋼，AISI347不銹鋼，AISI410 不銹鋼，Alloy 450不銹鋼等。在制造焊接式盤形轉(zhuǎn)子構(gòu)件(即翼型件、輻條段、轂等等)時，這 些構(gòu)件中的一個或多個構(gòu)件首先可通過鍛造(例如通過閉合鍛造，無縫 環(huán)形鍛造及其變型等等)由耐高溫材料制成的預形成件來形成。不意圖 對用于形成坪接式盤形轉(zhuǎn)子構(gòu)件的特定的方法進行限制。 一旦構(gòu)件形 成，就可以將輻條段固定地附連到轂的外徑上。耐高溫材料的附連可 以通過任何方式來完成，并且包括例如焊接、帶極堆焊(strip cladding)、 釬焊等技術(shù)。其中 一個或者所有的焊接式盤形轉(zhuǎn)子零件可以由 一個或多個金 屬錠毛坯來形成。在一個實施例中，使用壓力機，或者由壓縮空氣、 電力、液壓或蒸汽提供動力的錘，對圓柱形金屬錠加壓。當對錠加壓 時，其直徑增加，并且金屬從其初始的圓柱形而成形為盤形。然后， 可以對該盤形錠進行熱處理和機加工，以形成所需的零件。對盤形錠 的熱處理的類型將取決于正在加工的零件，因為不同的零件可要求不 同的材料特性，以便在高應力和高溫環(huán)境中工作。例如，可以對輻條 段進行熱處理，以便為金屬提供具有高的抗蠕變強度性能的晶粒結(jié) 構(gòu)，而對盤轂可以進行不同的熱處理，以便使得金屬具有高的強度。因為氣體通道流過單獨的翼型件，所以翼型件暴露在最高的溫度 下。此外，因為翼型件存在于盤形轉(zhuǎn)子的外圍，所以它們還承受最大 的離心力。因此，對于緣邊的材料而言，抗蠕變強度是一個重要的特 性。"蠕變"這個用語，用于描述材料永久移動或永久變形以釋放應 力的傾向。因此，對于盤形轉(zhuǎn)子的緣邊部和翼型件部分而言，重要的 是具有高的抗蠕變強度性能，即，在渦輪機或壓縮機環(huán)境的熱和應力 下不發(fā)生蠕變的傾向。在金屬中獲得高的抗蠕變強度性能的一種方法 是對金屬進行熱處理。金屬材料包括"晶粒"或微晶的小晶體的微結(jié) 構(gòu)稱為。晶粒的性質(zhì)(即晶粒尺寸和晶粒成分)決定了金屬的總體機械 特性。熱處理提供了通過控制微結(jié)構(gòu)內(nèi)的擴散速率和冷卻速率來控制 金屬性能的高效方式。細的晶粒微結(jié)構(gòu)將改善金屬的抗蠕變強度特 性。或者，對盤形轉(zhuǎn)子的轂而言，承載強度比抗蠕變強度性能更重要。 由于焊接式盤形轉(zhuǎn)子的獨特的載荷通道，轂部分承載了從其本身沿徑 向地延伸的所有材料的載荷。因為強度對于該構(gòu)件而言是一個重要的 因素，所以可以使用不同的熱處理或者甚至完全不同的材料。具有粗 晶粒微結(jié)構(gòu)的金屬典型地具有適用于轂的足夠的承載強度。在鍛造成盤形轉(zhuǎn)子的過程中，輻條段和轂可以由各自的金屬錠進 行壓制和熱處理，或者這兩個構(gòu)件可以由一個經(jīng)鍛壓的金屬毛坯來形成，該毛坯可經(jīng)歷雙重熱處理(dual heat treatment)。然后，可以對該構(gòu) 件(或多個構(gòu)件)進行機加工，以形成該盤的特征，例如轂部分或者盤 的輪廓。制造盤形轉(zhuǎn)子的方法還包括使多個輻條段固定地附連到轂上， 其中，輻條段和翼型件是一體的零件。在另一實施例中，翼型件冶金 附連到輻條段上，并且，該翼型件和輻條一起附連到盤轂上。在又一 實施例中，輻條段位于帶有焊接凸臺的盤轂上，以便保證輻條圍繞轂 圓周的合適間隔與分布。如上所述，可以由高溫材料制成的單個毛坯來鍛造和機加工翼型 件和輻條段。單個翼型件-輻條構(gòu)件的優(yōu)點是不需要機械式附連手段， 并且對于盤形轉(zhuǎn)子而言，不存在作為潛在失效點的接合或連結(jié)。然而， 有時，可能需要分別形成翼型件和輻條段，并且隨后固定地附連到彼 此之上。輻條段和翼型件的附連可以通過能夠形成冶金結(jié)合的任何方 式來完成，并且包括例如焊接組合、帶極堆焊、釬焊等技術(shù)。具有作 為分開的構(gòu)件的翼型件和輻條段的 一個優(yōu)點是，在過度磨損或損壞 時，易于更換翼型件。另外，正如在某些應用中所需要的那樣，這兩 種構(gòu)件可以由具有不同特性(例如抗蠕變強度、承載強度等)的不同高 溫材料來形成。輻條到轂的附連可以通過能夠形成冶金結(jié)合的任何方式來實現(xiàn)， 并且包括例如焊接、釬焊等技術(shù)。類似于輻條段和翼型件，輻條和轂 也可以由不同的材料形成。因此，與現(xiàn)有的盤形轉(zhuǎn)子不同，本申請所 述的盤形轉(zhuǎn)子可以由多達三種或者更多種不同的耐高溫材料來形成。 這就有利地使得盤形轉(zhuǎn)子能夠在該轉(zhuǎn)子的不同區(qū)域中具有不同的材 料性能。在一個實施例中，盤形轉(zhuǎn)子的冶金結(jié)合可以是焊接?？梢圆捎酶?種焊接工藝，例如電子束、激光和鵠極惰性氣體保護(TIG),以形成冶 金結(jié)合。例如，可以使用聚焦電子束(EB)來熔化適用于冶金結(jié)合的金 屬或合金。EB焊接通過相對于待連結(jié)的零件轉(zhuǎn)移電子束并局部熔化金屬材料來完成。不需要焊接填料或焊材，并且基本上不管材料厚度 如何都可在一道焊接中完成。結(jié)果，可獲得的焊接質(zhì)量和特性僅由金 屬材料的成分來控制。鎳合金、鎳、鎳/銅合金和鎳/鐵合金，可以使用EB焊接工藝來進 行冶金結(jié)合。對于本申請所述的盤形轉(zhuǎn)子，可以使用EB焊接工藝對 以上所提到的、設計成具有良好的抗高溫蠕變性能的高溫合金進行焊 接。有時，因為EB工藝引起的低的熱應變和最小的冶金干擾 (metallurgical disturbance), EB焊接可以優(yōu)選弧焊接。應當留心，以在 焊接期間避免熱影響區(qū)(HAZ)熔析，并在耐高溫合金的焊后熱處理中 避免形成裂紋。在另一示例中，可以使用激光焊接來形成冶金結(jié)合。激光焊接使 用激光來生成光能，該光能可被吸收到材料中并被轉(zhuǎn)換成熱能。通過 使用電磁波譜的可見部分和紅外部分中的光束，可以使用光學傳輸器件將能量從其來源傳遞到材料上，該光學傳輸器件可以將能量聚焦并 且指向一個非常小的精確的點。因為激光發(fā)出相干輻射，所以能量束的發(fā)散最小，并且能夠傳輸長距離而該束的質(zhì)量或能量不會有明顯損 失。激光焊接是將熱能高效地施加到小面積上的示例。激光焊接有兩 種不同的方法。 一種是低功率方法，其用于比較薄的材料。另一種是 高功率方法。在兩種情況下，因為很少使用填料材料，待焊接的零件 (在盤形轉(zhuǎn)子的情況下是輻條段-轂，或翼型件-輻條段)之間必然會有 緊湊的對接。TIG焊接(即鵠極電弧惰性氣體保護焊)是能夠形成冶金結(jié)合的方 式的另 一個示例。可以使用氣體保護工藝，如TIG(鴿極電弧惰性氣體)， 來熔焊鎳合金。該工藝能夠進行無飛濺并且具有較小零件變形的焊 接?？梢允褂没虿皇褂锰盍辖饘賮磉M行這種焊接。TIG焊接使用由鴒 制成的永久非熔電極。填料金屬分開地填加，這就使得該工藝更加靈 活。交流(AC)TIG焊接常使用氬作為保護氣體。AC TIG焊接工藝是 多用途的工藝，該工藝還提供了額外的靈活性。通過改變鎢電極的直徑，在不同的材料厚度下，可以在相當寬的熱輸入范圍中進行焊接。帶負電極的直流(DC)TIG焊接用于大于4毫米(mm)的焊接厚度。然而， 與AC TIG或金屬-惰性氣體(MIG)焊接工藝相比，該負電極提供的氧 化物清理較差。因此，必須對連結(jié)表面進行專門的清理。DC TIG焊 接工藝可以使用氦保護氣體。氦保護氣體可以在更厚的材料斷面中提 供更好的熔深。此處所公開的焊接技術(shù)僅僅是示范性的而非限制性的。所選的用 于形成盤形轉(zhuǎn)子的冶金結(jié)合的工藝可變，并且可以取決于例如但不限 于這些因素材料特性、零件厚度、零件幾何形狀等。如上所述，本申請所述的盤形轉(zhuǎn)子能夠獲得比現(xiàn)有的盤形轉(zhuǎn)子更 高的AN"值。此外，本申請所公開的焊接式盤形轉(zhuǎn)子包括與輻條段成 一體的翼型件，輻條段固定地附連到轂上。因此，來自翼型件的載荷 能夠直接傳遞到輻條上，然后，該載荷在此傳遞到盤轂上。該緣邊的 有效載荷承載部分與現(xiàn)有的盤形轉(zhuǎn)子相比得到了改進，因為緣邊不要 求用于翼型件的深的機械式附連槽。因為沒有多附連槽來中斷緣邊的 連續(xù)性，所以，本發(fā)明公開的緣邊使用更少的材料為轉(zhuǎn)子提供了更大 的離心載荷承載能力。同樣，緣邊處的死載荷或寄生載荷低于現(xiàn)有的 盤形轉(zhuǎn)子，并且焊接式盤形轉(zhuǎn)子有利地能夠使用更少的材料來處理等 量的或者更大量的可變外部栽荷(即翼型件載荷)。通過單位盤形轉(zhuǎn)子 使用更少的材料，可以比現(xiàn)有的盤形轉(zhuǎn)子降低材料成本、鍛造和工藝 成本以及甚至工廠基礎設施成本。此外，對于飛行器應用，更輕的盤 形轉(zhuǎn)子通過減少發(fā)動機總體重量而能夠有助于改善燃料消耗，并且提 高飛行器的航程。本申請所公開的范圍是包括性的且可組合的，例如"高達約 25wt。/。(重量百分比)，或者更特別地為約5wt。/。到約20wt%"的范圍包 括端點和"約5wt。/。到約25wt。/。"范圍的所有中間值等。"組合"包括共 混物、混合物、合金、反應產(chǎn)物等。另外，用語"第一"、"第二"等在 本申請中不表示任何順序，數(shù)量或重要性，而是用于使元件彼此區(qū)別，并且，用語"一"和"一個"在本申請中不表示對數(shù)量的限制，而表示存 在至少一個所指項。結(jié)合數(shù)量而使用的修飾語"約"包括了所述值，并 且具有通過上下文而表示的意思(例如包括了與特定量的測量相關(guān)聯(lián) 的誤差度)。本申請中所使用的名詞性技術(shù)術(shù)語，意圖包括單個和多個 它所表示的要素(例如，"著色劑"包括一種或多種著色劑)。在整個 說明書中，對"一個實施例"，"另一實施例"，"實施例"等的引用，表 示結(jié)合該實施例而描述的特定要素(例如特征、結(jié)構(gòu)和/或特性)包含于 本申請所述的至少一個實施例中，并且在其它實施例中可出現(xiàn)或者可 不出現(xiàn)。此外，將理解的是，在各種實施例中，所述元件可以以任何 合適的方式進4亍組合。雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但將理解的是， 可以對其進行各種改變，并且可以對其要素進行等效替換，而不脫離 本發(fā)明的范圍。此外，可以進行許多變化，以使特定的情形或材料適 用于本發(fā)明的教導而不脫離其本質(zhì)范圍。因此，本發(fā)明意圖對作為預 期用于實施本發(fā)明的最佳模式而公開的特定實施例不進行任何限制， 而是，本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種盤形轉(zhuǎn)子(100)，包括具有孔的轂(106，208，306)；從所述轂沿徑向地延伸的多個輻條段(104，200，300)，各個輻條段包括緣邊部(204，304)以及附連到所述轂上的基部(202，308)，所述多個輻條段共同形成環(huán)形圈；和附連到各個輻條段的所述緣邊部上的一個或多個翼型件(102，206，302)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的盤形轉(zhuǎn)子100，其特征在于，所述一個 或多個翼型件(106,206,302)在各個輻條段(104,200,300)的所述緣邊部 (204,304)上一體式地形成。
3. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項權(quán)利要求所述的盤形轉(zhuǎn)子，其特征 在于，所述各個輻條段(104,200，300)是傾斜的。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項權(quán)利要求所述的盤形轉(zhuǎn)子，其特征 在于，所述轂(l06,20S,306)還包括圍繞所述轂的外徑而等距地布置的 多個凸臺(310)。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項權(quán)利要求所述的盤形轉(zhuǎn)子，其特征 在于，所述轂(106,208，306)中所選的一個或所有轂，所述多個輻條段 (104,200,300),以及所述一個或多個翼型件(102,206,302)包括不銹鋼、 鎳基合金、鐵基合金、鈷基合金或者包含至少一種上述金屬的組合。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項權(quán)利要求所述的盤形轉(zhuǎn)子，其特征 在于，所述盤形轉(zhuǎn)子(100)具有大于或等于約1000 x 109in2-rpm的AN2 值。
7. —種制造盤形轉(zhuǎn)子(100)的方法，包括將多個輻條段(104,200,300)附連到具有孔的轂(106,208,306)上，其 中，各個輻條段包括緣邊部(204,304)和附連到所述轂上的基部 (202,308)，其中，所述緣邊部包括一個或多個翼型件(102，206,302)，所述多個輻條^:共同形成圈。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法還包括， 在各個輻條段(104，200，300)的所述緣邊部(204,304)上一體式地形成所 述一個或多個翼型件(102,206,302)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，將所述多個輻條段 (104,200,300)進行附連還包括，使布置在所述輻條段的所述基部 (202,308)上的凹部同圍繞所述轂(l06，208,306)的外徑而等距布置的凸 臺(310)相對準。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，將所述多個輻條 段(104,200，300)附連到所述轂(106，208,306)上包括焊接、帶極堆焊、釬 焊或者包含至少一種前述方式的組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種盤形轉(zhuǎn)子及其制造方法。更具體而言，該盤形轉(zhuǎn)子(100)包括具有孔的轂(106，208，306)，和從該轂沿徑向地延伸的多個輻條段(104，200，300)，各個輻條段包括附連到該轂上的基部(202，308)和緣邊部(204，304)，其中，該緣邊部包括在其上一體式地形成的一個或多個翼型件(102，206，302)，該多個輻條段共同形成圈。
文檔編號F01D5/02GK101403394SQ20081016983
公開日2009年4月8日 申請日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月4日
發(fā)明者P·S·迪馬斯焦, R·R·凱羅 申請人:通用電氣公司