專利名稱：盤形轉子及其制造方法
盤形轉子及其制造方法技術領域本公開涉及盤形轉子，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子。
背景技術：
典型地，在壓縮機或渦輪機應用中， 一個轉子或多個轉子布置在 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動轉子。典型的轉子包括附連在盤轂上的多個翼型件(airfoil,即轉子葉片)。 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子 性能的渦輪機轉子標準。"A"代表環(huán)面面積，即由盤形轉子的翼型件 部分所掃過的面積。"N"表示翼型件的旋轉速度。對該旋轉速度進行 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，轉子必須具有長的翼型件，并且/或者在高的轉速(轉/分 鐘，即rpm)下被驅動。在常規(guī)轉子中，翼型件機械式附連到盤形轉子 的緣邊上。翼型件越長或所需的轉子轉速越高，該機械式附連就必須 越深。現(xiàn)有技術的圖1和圖2顯示了渦輪機盤形轉子?，F(xiàn)有技術的圖1 是現(xiàn)有的盤形轉子的轉子部分10。該轉子部分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的數量和深 度，肋20不能以產生周向(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的完整的盤形轉子50,并且進一步顯示了螺栓孔54, 在多級設計構造中，必須利用該螺栓孔54將單獨的轉子級50固定到 轉子組件上。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)明內容本文公開了盤形轉子和制造該盤形轉子的方法，該盤形轉子能夠比現(xiàn)有的盤形轉子獲得更高的AN"直。在一個實施例中，盤形轉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)有技術盤形轉子 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 盤形轉子的透視圖；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盤形轉子52附連槽54螺栓孔100轉子段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子。在另一 實施例中，公開了制造盤形轉子的方法，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子的示 范性實施例的轉子段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 接傳遞到盤形轉子的轂上。如上所述，現(xiàn)有的盤形轉子包括環(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 子的轂上。多個輻條段104從圓柱形轂106徑向地延伸，以形成轉子 的輻板108和緣邊110區(qū)域。例如，圖3的轉子段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 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子的改進的載荷通道，允許 盤形轉子以更少的材料、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量將取決于成品盤形轉子所意圖的應用?？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)結構)。轂306可具有適用于盤形轉子的旋轉的任何形狀。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，以便平衡盤形轉子。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，在隨后的冶金結合或焊接工序中，凸臺310還可保持輻條段300 的定位。在連結工序中，凸臺310的獨特的非圓形幾何形狀防止輻條 段旋轉，并且，在連結工序中，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，并且將能量賦予轉子。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足流體經過翼型件的流動，并且轉動轉子。 如上所述，翼型件302的尺寸將取決于盤形轉子所需的AN^直。例如， 在轉子低速(N值低)轉動(例如，速度小于5000rpm)的應用中，其翼型 件將比轉子以15，000 rpm的速度(N值高)轉動的應用(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子特 別適于要求高AN"的翼型件的應用?，F(xiàn)有的盤形轉子能夠獲得約600 x 109到700 x 1(^平方英寸-轉/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)方式設計的盤形轉子來獲得更高的AN"直。此處所述的焊接式 盤形轉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 子)，以及目前超出現(xiàn)有盤形轉子能力的應用中使用該轉子。用于焊接式盤形轉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>司生產的 Haynes⑧和Hasteloy , 由Special Metals Corp.公司生產的Incoloy 、 Inconel 、 Nimonic⑧和Udimet , 由Reade 乂>司生產的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 的Haynes 、 Nozzaloy ,由Deloro Stellite Co7^司生產的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子構件(即翼型件、輻條段、轂等等)時，這 些構件中的一個或多個構件首先可通過鍛造(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子構件的特定的方法進行限制。 一旦構件形 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。其中 一個或者所有的焊接式盤形轉子零件可以由 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 構，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 構稱為。晶粒的性質(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構內的擴散速率和冷卻速率來控制 金屬性能的高效方式。細的晶粒微結構將改善金屬的抗蠕變強度特 性?；蛘?，對盤形轉子的轂而言，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 晶粒微結構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，或者這兩個構件可以由一個經鍛壓的金屬毛坯來形成，該毛坯可經歷雙重熱處理(dual heat treatment)。然后，可以對該構 件(或多個構件)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-輻條構件的優(yōu)點是不需要機械式附連手段， 并且對于盤形轉子而言，不存在作為潛在失效點的接合或連結。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。具有作 為分開的構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合的任何方式來實現(xiàn)， 并且包括例如焊接、釬焊等技術。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)有的盤形轉子不同，本申請所 述的盤形轉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子能夠在該轉子的不同區(qū)域中具有不同的材 料性能。在一個實施例中，盤形轉子的冶金結合可以是焊接?？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 金結合。例如，可以使用聚焦電子束(EB)來熔化適用于冶金結合的金 屬或合金。EB焊接通過相對于待連結的零件轉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。結果，可獲得的焊接質量和特性僅由金 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 行冶金結合。對于本申請所述的盤形轉子，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)是能夠形成冶金結合的方 式的另 一個示例?？梢允褂脷怏w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僅僅是示范性的而非限制性的。所選的用 于形成盤形轉子的冶金結合的工藝可變，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子能夠獲得比現(xiàn)有的盤形轉子更 高的AN"值。此外，本申請所公開的焊接式盤形轉子包括與輻條段成 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 盤形轉子，并且焊接式盤形轉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)。通過單位盤形轉子 使用更少的材料，可以比現(xiàn)有的盤形轉子降低材料成本、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、反應產物等。另外，用語"第一"、"第二"等在 本申請中不表示任何順序，數量或重要性，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量的限制，而表示存 在至少一個所指項。結合數量而使用的修飾語"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聯(lián) 的誤差度)。本申請中所使用的名詞性技術術語，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 示結合該實施例而描述的特定要素(例如特征、結構和/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利要求的范圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種盤形轉子(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. 根據權利要求1所述的盤形轉子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. 根據上述權利要求中任一項權利要求所述的盤形轉子，其特征 在于，所述各個輻條段(104,200，300)是傾斜的。
4. 根據上述權利要求中任一項權利要求所述的盤形轉子，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. 根據上述權利要求中任一項權利要求所述的盤形轉子，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. 根據上述權利要求中任一項權利要求所述的盤形轉子，其特征 在于，所述盤形轉子(100)具有大于或等于約1000 x 109in2-rpm的AN2 值。
7. —種制造盤形轉子(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. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 根據權利要求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)明涉及一種盤形轉子及其制造方法。更具體而言，該盤形轉子(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