[發(fā)明專利]由復(fù)合材料制成的具有燈泡狀根部的渦輪發(fā)動機葉片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380049565.2
• 申請日: 2013-09-17
• 公開（公告）號: CN104685161A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 索恩·勒弘
• 申請（專利權(quán)）人: 斯奈克瑪;海瑞克里茲
• 主分類號: F01D5/30
• 分類號: F01D5/30;F01D11/00;F01D5/28
• 代理公司: 中國商標專利事務(wù)所有限公司 11234
• 代理人: 宋義興;卓霖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種渦輪發(fā)動機葉片的總領(lǐng)域，所述渦輪發(fā)動機由復(fù)合材料制成并且具有燈泡形式的根部，以便于經(jīng)由鳩尾型連接件安裝在轉(zhuǎn)子輪盤上。

所針對的領(lǐng)域是用于航空發(fā)動機或者工業(yè)渦輪機的氣體渦輪機葉片。

背景技術(shù)

已有由復(fù)合材料制成渦輪發(fā)動機葉片的建議。舉例說明，可以參照Snecma和Snecma?Propulsion?Solide聯(lián)合提交的國際專利申請?zhí)朩O2010/061140，其描述了通過三維編織制造纖維預(yù)制件以及通過用基體增加預(yù)制件的密度來制造渦輪發(fā)動機葉片。

而且，為了將這種葉片安裝在轉(zhuǎn)子輪盤上，已知賦予葉片根部燈泡形狀。具有燈泡形狀的葉片根部與形成在轉(zhuǎn)子輪盤的外周中的具有互補形狀的槽相互配合，以便于通過鳩尾型連接件將葉片徑向保持在轉(zhuǎn)子輪盤上。

在由復(fù)合材料制成葉片的情況中，通常在編織纖維坯料期間形成葉片根部的燈泡狀，通過在葉片根部中形成額外的厚度構(gòu)成葉片，這種額外的厚度繼而被機械加工成最終的燈泡狀。在實踐中，通過在編織纖維坯料期間添加插入件獲得額外厚度。

然而，這種制造具有燈泡狀根部的復(fù)合材料葉片的方法具有多種缺陷。具體地，難以在編織用于葉片構(gòu)成操作的纖維坯料期間制造插入件并且將所述插入件放入到適當(dāng)位置中。而且，這種方法需要將葉片根部的額外厚度機械加工成其最終形狀，由此導(dǎo)致產(chǎn)生特別地因切割葉片根部的承載表面中的纖維而損壞復(fù)合材料的固有性能的后果。這導(dǎo)致葉片的附接的機械強度退化。

從文獻FR?2941487還已知一種用于將復(fù)合材料制成的葉片安裝在轉(zhuǎn)子輪盤上的方法，其中，葉片根部被夾持在金屬盤之間，通過焊接樁緊固所述金屬板。利用這種解決方案，樁中的剪切力和針對復(fù)合材料中的孔的壓縮成為將葉片保持在轉(zhuǎn)子輪盤中的主要作用力。然而，盤的金屬和根部的復(fù)合材料之間的膨脹差異在緊固是剛性的情況中產(chǎn)生熱剪切應(yīng)力，或者在緊固松弛的情況中產(chǎn)生了關(guān)于支承表面的定位的不確定性。

發(fā)明目的和內(nèi)容

因此本發(fā)明的主要目的是提出了一種由復(fù)合材料制成的葉片，所述葉片通過鳩尾型連接件附接到轉(zhuǎn)子輪盤，而同時又不存在上述缺陷。

通過由包括纖維增強件的復(fù)合材料制成的渦輪發(fā)動機葉片實現(xiàn)這個目的，通過對紗線進行三維編織并且用基體增強密度獲得所述纖維增強件，所述葉片包括形成為單個部件的葉片根部和翼面，所述葉片根部具有兩個相對的橫向側(cè)面，所述橫向側(cè)面基本是平面，并且其中，根據(jù)本發(fā)明，葉片根部夾持在由復(fù)合材料制成的兩個獨立的襯墊之間，所述襯墊被緊固在葉片根部的橫向側(cè)面上，以便形成燈泡狀的葉片根部。

因此本發(fā)明的葉片根部擁有由復(fù)合材料制成的三個部分，即，板狀根部(具有其平面橫向側(cè)面)和兩個襯墊，所述兩個襯墊重構(gòu)了燈泡的輪廓。這種葉片具有多個優(yōu)勢。

就制造而言，因為較之燈泡狀更易于獲得葉片根部的板狀部分，所以簡化了本發(fā)明的葉片的設(shè)計。這使得能夠提高葉片根部的質(zhì)量并且減小了制造葉片根部的成本。而且，經(jīng)由接觸面提供了葉片根部的多個部分之間的結(jié)合，所述接觸面是平面并且易于準確制造(鑒于制造和檢修而言)。

就附接這種葉片的機械強度而言，可以由復(fù)合材料制造葉片根部的襯墊，所述復(fù)合材料非常適于由根部承受的非常高的機械應(yīng)力。特別地，優(yōu)選地是使用具有最高可行經(jīng)緯比的材料，乃至使用這樣的材料，所述材料是單向(即，100％的經(jīng)紗，其中經(jīng)紗方向沿著葉片的縱向方向延伸)。由這種材料可接受的應(yīng)力水平遠遠高于能夠由傳統(tǒng)編織葉片根部獲得的材料可接受的應(yīng)力。而且，制造襯墊的方式可以便于在外側(cè)獲得“網(wǎng)”狀的面，即，在承受最大機械應(yīng)力的區(qū)域中沒有任何切斷的纖維的面。最后，因為葉片根部的不同部分皆由復(fù)合材料制成，所以在部分之間不存在膨脹差異并且因此在這些部分的接觸面之間不存在熱剪切應(yīng)力。

優(yōu)選地，每個襯墊均包括：大體平面的橫向側(cè)面，用于與葉片根部的橫向側(cè)面接觸；和相對的橫向側(cè)面，所述相對的橫向側(cè)面具有再現(xiàn)葉片根部承載表面的變化輪廓。在這種情況下，可以通過模制纖維預(yù)制件和增加模制的預(yù)制件的密度來獲得襯墊。

可以通過釬焊、共同增強密度或者通過基體沉積將襯墊緊固在葉片根部的橫向側(cè)面上。

葉片根部和襯墊可以由陶瓷基體復(fù)合材料(CMC)制成。優(yōu)選地，襯墊可以由基于碳化硅(SiC)纖維的纖維增強件制成。

本發(fā)明還提供了渦輪發(fā)動機，所述渦輪發(fā)動機包括如上所述的多片葉片。

附圖說明

從以下參照附圖的描述中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢將變得顯而易見，所述附圖示出了不具有限制特征的實施方案。在附圖中：