[發明專利]復合材料渦輪機組發動機葉片及其制造方法

有效

• 申請號: 200980147538.2
• 申請日: 2009-11-26
• 公開（公告）號: CN102232020A
• 公開（公告）日: 2011-11-02
• 發明（設計）人: D·庫普;C·魯西耶;J·戈林;J·馬泰奧;N·埃貝林-富克斯;G·勒農
• 申請（專利權）人: 斯奈克瑪動力部件公司;斯奈克瑪公司
• 主分類號: B29C70/24
• 分類號: B29C70/24;D03D25/00;F01D5/28;B29D99/00
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;趙占元

技術領域

本發明涉及由復合材料制成的渦輪機組葉片，該復合材料包括通過基質(matrix)而致密化的纖維增強件。

預期的技術領域是用于航空發動機或工業渦輪機的氣體渦輪機葉片領域。

背景技術

已經提出多種方案來利用復合材料制造渦輪機組葉片。作為實例，可以參考文獻EP?1?526?285，其描述了通過制造纖維預型件(fiber?preform)來制造風機葉片，該纖維預型件是通過三維編織并利用有機基質對該預型件進行致密化而制成的。

此外，為了制造在工作中暴露于高溫下渦輪機組的結構部分，已經提出了使用熱結構復合材料(thermostructural?composite?materials)，特別是使用陶瓷基復合(CMC)材料。與金屬合金相比，這種材料可以呈現增強的抗高溫能力并具有較小的重量。特別是對于航空發動機的氣體渦輪機而言，希望既要減少重量又要減少由于溫度提高而導致污染排放。

發明內容

因此，希望具有由復合材料制成的可用的渦輪機組葉片，特別而言但并不是必須的，由諸如CMC的熱結構復合材料制成，其用于渦輪機組的渦輪機或者壓縮機，它們的葉片需要呈現所需的機械性能同時還具有相對復雜的形狀。

為此，本發明提供了一種利用復合材料來制造渦輪機組的葉片的方法，所述復合材料包括通過基質而被致密化的纖維增強件，所述方法包括：

·通過三維編織來制成一整件的纖維坯體；

·對所述纖維坯體加工成形，以獲得一整件的纖維預型件，該纖維預型件具有第一部分和至少一個第二部分，所述第一部分形成了葉片翼面(blade?airfoil)和根部預型件(root?preform)，所述至少一個第二部分形成了用于內葉片平臺或者外葉片平臺(inner?or?outer?blade?platform)的預型件；并且

·利用基質來對所述預型件進行致密化，以獲得具有纖維增強件的復合材料葉片，該復合材料葉片由所述預型件構成并被所述基質進行了致密化，從而形成了帶有結合一體的內緣板(inner?platform)和/或外緣板(outer?platform)的單一部分。

通過從坯體中來制造葉片的纖維增強件(該坯體是通過三維編織而而獲得的單一部分)，可以確保在纖維增強件的多個部分之間具有具有至少局部的相互交織，所述纖維增強件的多個部分對應于形成翼面和根部的葉片部分以及對應于形成內緣板或外緣板的部分或形成內緣板或外緣板的每個部分。

這有助于為具有結合一體的內和/或外緣板的葉片提供所需的機械性能，特別是在形成翼面和根部的部分以及形成內緣板或外緣板的該部分或形成內緣板或外緣板的每個部分之間的連接處提供所需的機械性能。

根據所述方法的有利的特征，在與待被制造的葉片的縱向方向相對應的所述纖維坯體的縱向方向上，所述纖維坯體包括第一組多個紗線層(layers?of?yarns)和第二組多個紗線層，該第一組多個紗線層一起聯接起來形成了坯體的第一部分，該第一部分對應于用于所述葉片翼面和根部的預型件，所述第二組多個紗線層至少局部地聯接起來以形成至少一個坯體的第二部分，該坯體的第二部分對應于用于內葉片平臺或外葉片平臺的預型件，其中所述第一組紗線層的紗線不與所述第二組紗線層的紗線聯接，并且其中所述第二組紗線層的紗線在所述坯體的該第二部分或每個第二部分的水平高度上交叉穿過所述第一組紗線層。

這種非聯接區域的布置使得不需要對聯接的紗線進行切割就能夠對纖維預型件加工成形，其中這種切割會降低纖維增強件的機械強度并因此降低所產生的葉片的機械強度。

根據所述方法的另一個特征，所述纖維坯體利用第二組連續的紗線層來進行編織，并且對所述纖維坯體的加工成形包括：通過切除，將在所述纖維坯體的所述第二部分或者每個第二部分的之外的第二組紗線層的部分去除。

根據所述方法的再一個特征，在所述第二組紗線層的紗線交叉穿過所述第一組紗線層的位置處或至少一個位置處，第一組紗線層和第二組紗線層的相交點沿著一條線排列，該線并不正交于所述纖維坯體的縱向方向。這樣，就能夠利用復合材料來制造出具有內緣板和/或外緣板的葉片，該內緣板和/或外緣板大體上并不垂直于葉片的縱向方向而延伸。

根據所述方法的再一個特征，在所述纖維坯體的第一部分中，并且在與沿著待被制造的葉片當中的具有變化厚度的翼面的輪廓延伸的方向相對應的方向上，所述第一組紗線層中的紗線層數量是恒定的。那么，該第一組紗線的多個紗線可以具有變化的重量和/或支數(counts)。