ES2376836T3 - Procedimiento de fabricación de un álabe hueco - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de fabricación de un alabe hueco (10) para turbomaquina que consiste en formar canales (24) en una pieza en bruto del alabe, en colocar insertos en los canales (24) , en someter a la pieza en bruto a un forjado y en eliminar los insertos por disolución quimica, caracterizado porque el alabe (10) es de aleación de aluminio y los insertos son de aleación de cobre.
Description
Procedimiento de fabricaci6n de un alabe hueco
La presente invenci6n se refiere a un procedimiento de fabricaci6n de un alabe hueco de turbomaquina de acuerdo con el preambulo de la reivindicaci6n 1. Un procedimiento de este tipo es conocido por el documento EP 1 148 754.
En una turbomaquina, los alabes fijos o bien m6viles estan destinados a estar colocados en una vena de circulaci6n de un flujo de aire. Con el fin de reducir la masa de la turbomaquina, ha sido ya propuesto utilizar alabes de materiales compuestos. Sin embargo, estos materiales son muy costosos y los alabes son tecnicamente dificiles de realizar. Otra soluci6n consiste en aligerar el alabe formando en el cavidades internas. Para esto, se forman canales en una pieza en bruto del alabe y despues se rellenan con insertos de un material diferente del material del alabe. Una etapa de forjado, consistente en aplicar una fuerza mecanica a la pieza en bruto provista de los insertos, permite deformar la pieza en bruto para darla la forma final de un alabe de turbomaquina. Los insertos son finalmente eliminados por disoluci6n quimica, siendo los alabes asi obtenidos a la vez ligeros y resistentes a las tensiones mecanicas.
La elecci6n del inserto es particularmente critica puesto que este debe satisfacer imperativamente una doble exigencia concerniente a sus propiedades mecanicas y a sus propiedades quimicas. En efecto, durante la operaci6n de forjado, la pieza en bruto es calentada para permitir su deformaci6n mecanica, la temperatura de fusi6n de los insertos debe ser mayor que la temperatura de forjado. Ademas, el comportamiento reol6gico de los insertos debe ser suficientemente pr6ximo al de la pieza en bruto, a la temperatura y a las velocidades de deformaci6n consideradas, para obtener la forma y la repartici6n de las cavidades internas deseadas en el seno del alabe y evitar el aplastamiento demasiado importante de los insertos o bien la formaci6n de fisuras internas en el alabe. En efecto, si el inserto es demasiado blando, durante la operaci6n de forjado, las cavidades rellenas con los insertos se aplastaran, y por el contrario si el inserto es demasiado duro, pueden formarse grietas en el seno del alabe en la interfaz inserto / alabe, lo que fragiliza el alabe y limita la duraci6n de su vida util de servicio.
Esta tecnica es utilizable para la fabricaci6n de alabes huecos de aleaci6n de titanio, con insertos de acero. Sin embargo, estas aleaciones de titanio son costosas y su utilizaci6n solamente se justifica cuando los alabes son sometidos a tensiones mecanicas importantes y/o a temperaturas elevadas.
La invenci6n tiene por objeto un procedimiento que permita fabricar alabes huecos que sean ligeros y poco costo
sos.
A tal efecto, esta propone un procedimiento de fabricaci6n de un alabe hueco para turbomaquina consistente en formar canales en una pieza en bruto del alabe, en colocar insertos en los canales, en someter a la pieza en bruto a un forjado y en eliminar los insertos por disoluci6n quimica, caracterizado porque el alabe es de aleaci6n de aluminio y los insertos son de aleaci6n de cobre.
La utilizaci6n de aluminio en combinaci6n con cobre, permite, durante el forjado de la pieza en bruto y de los insertos, obtener la deformaci6n deseada puesto que el cobre tiene un comportamiento reol6gico similar al del aluminio a las temperaturas requeridas para el forjado del aluminio.
Los insertos de cobre deformados por la operaci6n de forjado son disueltos a continuaci6n por inmersi6n en una soluci6n de acido nitrico.
De acuerdo con otra caracteristica de la invenci6n, el alabe comprende, despues de la disoluci6n quimica, al menos un canal formado en su espesor y que se extiende sensiblemente en toda su longitud segun el perfil exterior del alabe.
De acuerdo con otra caracteristica de la invenci6n, el alabe es recubierto, antes de la eliminaci6n de los insertos, por una pelicula de protecci6n resistente a la disoluci6n quimica, los insertos restantes libres de cualquier pelicula de protecci6n.
Si la soluci6n utilizada para la disoluci6n quimica esta prevista solamente para eliminar los insertos de cobre, es preferible proteger el alabe de aleaci6n de aluminio. Para esto, se puede utilizar una cera, un barniz o un material adhesivo resistente al agente quimico de disoluci6n de los insertos.
De acuerdo con otra caracteristica de la invenci6n, la pieza en bruto del alabe es realizada por forjado en un plano de aluminio, despues se forman canales en la pieza en bruto por perforaci6n de esta.
La invenci6n se comprendera mejor y otros detalles, ventajas y caracteristicas de la invenci6n se pondran de manifiesto con la lectura de la descripci6n que sigue hecha a titulo de ejemplo no limitativo, refiriendose a los dibujos anejos, en los cuales:
la figura 1 es una vista en perspectiva de un alabe hueco realizado por forjado de acuerdo con la invenci6n y que presenta una pluralidad de canales;
la figura 2 es una vista esquematica en corte transversal de una variante del alabe hueco que presenta un unico canal.
Se hara referencia en primer lugar a la figura 1 que representa un alabe hueco 10 de turbomaquina obtenido por el procedimiento de acuerdo con la invenci6n. Un alabe 10 de este tipo comprende un pie 12 empalmado a una pala
5 14, cuyas superficies exteriores denominadas extrad6s 16 e intrad6s 18 estan unidas por un borde de ataque 20 y un borde de fuga 22. El pie 12 esta destinado a quedar insertado en una ranura correspondiente de un disco (no representado) de rotor de la turbomaquina mientras que la pala 14 esta destinada a quedar colocada en la vena de circulaci6n de un flujo de aire frio de la turbomaquina.
El procedimiento de acuerdo con la invenci6n permite realizar un alabe 10 tal como esta representado en la figura 1,
10 que sea ligero y resistente. Para esto, el procedimiento propone utilizar un alabe 10 de aleaci6n de aluminio y realizar las partes huecas 24 utilizando insertos de aleaci6n de cobre.
El procedimiento consiste en realizar por perforaci6n canales en una pieza en bruto de alabe de aluminio.
Por razones de coste, la pieza en bruto del alabe es realizada preferentemente por forjado en un plano de un bloque de aluminio. No obstante, para realizar la pieza en bruto pueden utilizarse otras tecnicas, tales como el mecanizado.
15 A continuaci6n, se introducen en los canales insertos de cobre de forma sensiblemente identica a la de los canales. La pieza en bruto de aluminio provista de los insertos es calentada despues a una temperatura de aproximadamente 400 °C y deformada por tecnicas de forjado conocidas por el especialista en la materia, con el fin de obtener la forma de alabe 10 deseada.
Durante la deformaci6n en caliente, los comportamientos reol6gicos sensiblemente similares del cobre y del aluminio
20 aseguran la obtenci6n de la forma y de la repartici6n deseadas de los insertos en el seno del alabe 10 sin anomalias en las interfaces aluminio / cobre. Despues del forjado, los insertos se extienden a lo largo de lineas curvas 26 correspondientes al perfil del alabe 10.
Los canales y los insertos tiene inicialmente una forma cilindrica recta de secci6n circular, que pasa a ser curva de secci6n eliptica despues del forjado.
25 Los insertos de cobre son disueltos a continuaci6n por inmersi6n en una soluci6n a base de acido nitrico. Una soluci6n de este tipo presenta la ventaja de disolver preferentemente el elemento de cobre con respecto a la aleaci6n de aluminio y por tanto unicamente a los insertos. La disoluci6n de los insertos puede obtenerse tambien dirigiendo chorros de acido nitrico en direcci6n a cada uno de los emplazamientos de los insertos.
Con el fin de garantizar una protecci6n 6ptima del alabe 10, se deposita una pelicula de protecci6n sobre el alabe de
30 manera que le recubra, con la excepci6n de los emplazamientos correspondientes a los insertos de cobre con el fin de permitir su disoluci6n.
La pelicula de protecci6n puede ser cera o un barniz o bien una pelicula adhesiva, por ejemplo.
El alabe asi obtenido puede comprender una pluralidad de cavidades o de canales que se extienden cada uno sensiblemente a lo largo de una linea central curva 26, segun el perfil del alabe 10 de manera que las cavidades y los 35 canales no desemboquen ni en las superficies extrad6s 16 e intrad6s 18, ni sobre los bordes de ataque 20 y de fuga
22. Los canales pueden ser desembocantes a la vez en la extremidad radialmenteexterna de la pala y a nivel del pie de alabe o bien ser desembocantes solamente a nivel del pie de alabe o en la extremidad radialmente externa de la pala. Los espesores de material que rodea a las cavidades son variables y resultan de un compromiso entre el aligeramiento del alabe y su resistencia mecanica, y son, por ejemplo, del orden de dos milimetros.
40 Las cavidades o los canales 24 pueden presentar una secci6n transversa no constante a lo largo de la linea central curva con el fin de, ventajosamente, adaptar su diametro al espesor local del alabe 10, de manera que se obtenga una reducci6n 6ptima de la masa del alabe 10. Asimismo, es posible que las secciones de los canales 24 varien en una direcci6n transversal de manera que se tengan secciones mas importantes en el centro del alabe 10 donde el espesor es mayor y secciones menos importantes hacia el borde de fuga 22 y el borde de ataque 20.
45 Es igualmente posible realizar un unico canal 28, lo que permite obtener una ganancia de masa todavia mas importante (vease la figura 2).
Ventajosamente, la utilizaci6n de alabes huecos 10 de acuerdo con la invenci6n permite disminuir aproximadamente un 20% la masa de una etapa de alabes fijos de turbomaquina.
En un ejemplo particular de realizaci6n de la invenci6n, los alabes 10 son de aleaci6n de aluminio y de cinc y los
50 insertos presentan un contenido de cobre superior al 99,90%, presentando la soluci6n quimica de disoluci6n una relaci6n entre el volumen de una soluci6n de acido nitrico al 68% y el volumen de agua comprendida entre el 25% y el 80%. La temperatura de la soluci6n de disoluci6n esta comprendida entre 20 °C y 60 °C.
El procedimiento de acuerdo con la invenci6n puede ser utilizado, tanto para alabes m6viles, como para alabes fijos en las diferentes secciones de una turbomaquina, en particular aquellas por las que pasan gases frios o a temperatura poco elevada.
Asi, en el caso de un turborreactor de doble flujo, los alabes fijos de guia del flujo de aire secundario que circula alrededor del motor pueden ser realizados de aluminio hueco utilizando el procedimiento de acuerdo con la invenci6n.
Claims (5)
- REIVINDICACIONES1. Procedimiento de fabricaci6n de un alabe hueco (10) para turbomaquina que consiste en formar canales (24) en una pieza en bruto del alabe, en colocar insertos en los canales (24), en someter a la pieza en bruto a un forjado y en eliminar los insertos por disoluci6n quimica, caracterizado porque el alabe (10) es de aleaci6n de aluminio y los5 insertos son de aleaci6n de cobre.
-
- 2.
- Procedimiento de acuerdo con la reivindicaci6n 1, caracterizado porque la disoluci6n quimica es realizada por inmersi6n en una soluci6n de acido nitrico.
-
- 3.
- Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el alabe (10) comprende, despues
de la disoluci6n quimica, uno o varios canales (24) formados en su espesor y que se extienden en toda su longitud 10 segun el perfil exterior del alabe (10). -
- 4.
- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el alabe (14) es recubierto, antes de la eliminaci6n de los insertos, con una pelicula resistente a la disoluci6n quimica, los insertos restantes libres de cualquier pelicula de protecci6n.
-
- 5.
- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la pieza en bruto
15 del alabe es realizada por forjado en un plano de aluminio, y despues se forman canales (24) en la pieza en bruto por perforaci6n de esta.
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