專利名稱：復(fù)合材料制成的輪葉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在利用流體的能量的各種領(lǐng)域(航空、能量等)中使用的復(fù)合輪葉。更具體地，本發(fā)明涉及一種在渦輪機(jī)中使用的復(fù)合輪葉。本發(fā)明還涉及包括這些復(fù)合輪葉的渦輪機(jī)的一固定層Qtage fixe)或一轉(zhuǎn)子層。本發(fā)明也涉及一種制造復(fù)合材料制成的輪葉的方法。
背景技術(shù)：
同軸壓縮機(jī)本身是為人熟知的并且特別是被使用在渦輪機(jī)中。這些低壓或高壓壓縮機(jī)包括多個轉(zhuǎn)動的輪葉層，也被稱為活動輪葉，輪葉層通過整流器層Qtages redresseurs)相隔開，整流器層的目的在于將從上一層級中出離的流體向下一層級運送前重新調(diào)整其速度向量。這些整流器層基本上由固定輪葉組成，也被稱為整流器輪葉，將一外套圈與一內(nèi)套圈相連接，兩套圈是同心的并且界定空氣流或氣動射流(veine aerodynamique)的區(qū)域?，F(xiàn)今，渦輪機(jī)的整流器輪葉以金屬材料制成，如以鈦合金(TA6V)、鋼或鋁制成。存在復(fù)合材料制成的形狀簡單的輪葉，如出口導(dǎo)流輪葉(0GV，用于Outlet Guide Vane)，位于渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的第二射流中和通過預(yù)浸漬纖維織物的手動沉積方法或通過從編織或織物的干預(yù)型件的RTM(用于Resin Transfer Moulding)方法實施。從專利US 2，859，936也已知一種制造直形輪葉的方法，其中輪葉在其足部包括一金屬嵌入工具，用于定位預(yù)浸漬的樹脂纖維；并且樹脂和短纖維的混合物繼而被添加進(jìn)模子中和覆蓋并圍繞預(yù)浸漬的纖維。從專利申請US 2010/0080710A1中還已知一種制造OGV葉片的方法，其中焊接兩金屬板來形成輪葉的表層和一空間，塑料材料被注入該空間內(nèi)。在輪葉的不同組件之間的黏合通過在表層和中心之間的單體機(jī)械連結(jié)進(jìn)行保證。還從繼前述專利申請之后的專利申請US 2010/0129651A1已知一種制造送風(fēng)器的或定子的輪葉葉片的方法，其中一聚氨酯層插入金屬表層和中心的復(fù)合材料之間，以便保證在中心和表層之間的更好連結(jié)，并從而降低起鱗的風(fēng)險，以及還以便吸收在中心的復(fù)合材料和金屬表層之間的膨脹差。還從專利申請US 2010/0150707已知一種制造復(fù)合材料，如OGV制成的輪葉葉片的方法，其中葉片包括由不同的復(fù)合材料層形成的一凹空外殼和此外包括布置在外殼中和保證外殼壁體的間隔的一波紋形型心(noyau de forme ondul6e)。平臺(plateforme)通過焊接或膠接接合在葉片的端部。每種現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)合葉片的制造方法具有一個或多個以下的弊端-這些方法不允許實施復(fù)雜的形狀；-這些方法允許實施厚度相對較大(15-20mm)的輪葉，如OGV輪葉，但不允許實施厚度較小(小于10mm)的壓縮機(jī)輪葉；-輪葉的該或多個平臺不與輪葉的葉片集成并因此需要在之后進(jìn)行接合；CN 102536326 A
說明 -在輪葉的組成部分之間的黏合通過機(jī)械連結(jié)進(jìn)行保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種能夠消除現(xiàn)有技術(shù)的弊端的技術(shù)方案。本發(fā)明從而旨在實施復(fù)雜形狀的輪葉，和這限制之后的機(jī)加工或精整操作。本發(fā)明此外旨在以較大范圍的可能厚度來實施輪葉。本發(fā)明還旨在用成一體件的一葉片和一平臺來實施輪葉。本發(fā)明此外旨在實施這樣的輪葉，其中在不同組成部分之間的黏合借助于化學(xué)連結(jié)進(jìn)行保證。本發(fā)明的主要特征元件本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料制成的渦輪機(jī)輪葉，所述渦輪機(jī)輪葉括一葉片，其特征在于，所述輪葉包括被長纖維加強(qiáng)的第一樹脂和被短纖維加強(qiáng)的第二樹脂，所述第一樹脂和所述第二樹脂在化學(xué)上是相兼容的或相同的，所述長纖維用于硬化輪葉，而所述短纖維分布在所述第二樹脂中，用于填充輪葉沒有被長纖維加強(qiáng)的部分和賦予輪葉基本上最終的形狀。根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式
，輪葉包括以下特征的至少一個或以下特征的至少一適當(dāng)?shù)慕M合-輪葉在葉片的一端部包括將所述輪葉固定在一外部元件上的一固定部件而所述固定部件集成在輪葉的葉片上；-長纖維被布置在輪葉的外表層或在外表層和輪葉的中心之間的中間位置；-長纖維被布置以使得同樣的長纖維可以被同時布置在輪葉的外表層和同時布置在外表層和輪葉的中心之間的中間位置；-長纖維在葉片和固定部件之間是連續(xù)的；-固定部件是一平臺或一燕尾球形體(bulbeen queue d，aronde)；-葉片和平臺形成一L或一 T ；-短纖維和長纖維在由玻璃纖維和碳纖維組成的組中進(jìn)行選擇；-長纖維是單向的或編織的而短纖維的長度小于數(shù)個毫米；-第一樹脂和第二樹脂是熱塑性樹脂；-第一樹脂和第二樹脂是熱固性樹脂；-輪葉的表層此外是被防腐蝕保護(hù)的；-第一樹脂和/或第二樹脂包括保證輪葉的防腐蝕保護(hù)(protectioncontre 1，erosion)的填料。本發(fā)明還涉及一種用于制造復(fù)合材料制成的渦輪機(jī)輪葉的方法，所述渦輪機(jī)輪葉包括一葉片和固定到一外部元件的一固定部件，所述固定部件與所述葉片形成單體構(gòu)件， 所述輪葉包括布置在輪葉的表層的至少一部分上的長纖維和此外包括填充輪葉沒有被長纖維填充的部分的短纖維，所述方法相繼地包括至少以下步驟a)制造預(yù)加固板，預(yù)加固板包括預(yù)浸漬有第一熱塑性樹脂的長纖維；b)按照所要求的尺寸切割預(yù)加固板；C)成形預(yù)加固板；
5
d)利用填充有短纖維的第二熱塑性樹脂，對葉片的中心和固定部件的中心進(jìn)行注模，第二樹脂與第一樹脂是相同的或在化學(xué)上與第一樹脂相兼容，所述預(yù)成形板承擔(dān)在注入模中的復(fù)合嵌入工具的作用。本發(fā)明也涉及包括如上文所述的復(fù)合輪葉的渦輪機(jī)的一整流器層或一定子層。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的輪葉的葉片的示意性橫向剖視圖。圖2示出集成有根據(jù)本發(fā)明的一平臺的輪葉的葉片的示意性縱向剖視圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的輪葉的示意性正視圖。圖例(1)輪葉(2)葉片(3)輪葉的平臺或球形體，更通常地，用于將輪葉固定在一外部元件上的固定部件⑷長纖維(5)短纖維
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的輪葉可以被使用在需要輪葉——無論是活動的還是靜止的——的各種領(lǐng)域中。在航空領(lǐng)域中，輪葉可以例如作為壓縮機(jī)輪葉和作為出口導(dǎo)流輪葉(OGV)被使用。根據(jù)本發(fā)明，輪葉以復(fù)合材料制成并且包括連續(xù)纖維制成的加強(qiáng)體，連續(xù)纖維也被稱為長纖維，和短纖維制成的加強(qiáng)體。一有機(jī)基體與每個加強(qiáng)體相連，以使得所有基體是相同的或在化學(xué)上相兼容的，以保證在不同組件之間的化學(xué)連結(jié)。有機(jī)基體可以是熱塑性樹脂或熱固性樹脂。連續(xù)纖維制成的加強(qiáng)體用于保證輪葉的結(jié)構(gòu)剛性，而與其樹脂相連的短纖維制成的加強(qiáng)體被使用于實施容積的填充和賦予輪葉最終的或幾乎最終的形狀。這兩種材料的組合從而允許實施輪葉可能具有的復(fù)雜形狀和直接獲得輪葉的最終形狀，即在制造后在離開模子時集成有葉片和固定部件。優(yōu)選地，連續(xù)纖維是單向的或編織的而短纖維的長度為數(shù)個毫米或更短。典型地， 對于Imm的最大長度，短纖維的直徑在Iym到15μπι之間。根據(jù)本發(fā)明，短纖維和連續(xù)纖維可以是相同性質(zhì)的或不同性質(zhì)的。例如，長纖維和短纖維可以分別是碳纖維或玻璃纖維。 在短纖維內(nèi)或長纖維內(nèi)的纖維也可是不同性質(zhì)的；例如，長纖維可包括玻璃纖維和碳纖維。優(yōu)選地，短纖維被布置在輪葉的中心而連續(xù)纖維被布置在外表層，在此情形下，連續(xù)纖維貼合輪葉的外表面，或位于在外表層和中心之間的中間位置。在后一情形中，與樹脂混合的短纖維還填充在中間位置和外表層之間的空間。本發(fā)明還延伸到這樣的實施方式 其中，根據(jù)纖維的長度，同樣的長纖維連續(xù)地布置在輪葉的外表層和中間位置。作為選擇，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合輪葉的表面是被防腐蝕保護(hù)的。本發(fā)明在下文中進(jìn)行詳細(xì)描述，作為非限定性示例，用于在一渦輪機(jī)中使用的一輪葉，并更為確切地說，用于在渦輪機(jī)的第一部分中使用的一輪葉，所述第一部分稱為低壓的部分。根據(jù)本發(fā)明和如在圖2上所示，輪葉1包括一葉片2和在葉片足部包括一平臺3， 或通常地，保證將輪葉固定到一外部元件的一固定部件。在壓縮機(jī)的一整流器輪葉的特定情形中，葉片在其第一端部包括一足部，用于接合在壓縮機(jī)的一外套圈上，而另一端部，葉片的頭部，用于組裝到壓縮機(jī)的一內(nèi)套圈。如果足部是平臺類型的，足部可以形成一T，如在圖2上所示，一 L或各種其它合適的形狀。在圖3上示出的示例中，葉片的足部，代替一平臺，包括一燕尾球形體3。該球形體從而具有兩斜面，所述兩斜面從葉片的足部向垂直于葉片的平面的第三面擴(kuò)大。本發(fā)明還延伸到僅僅包括一葉片的一復(fù)合輪葉的實施方式。圖1到圖3示意性地示出長纖維4和短纖維5在葉片的橫截面內(nèi)部、在具有集成的平臺的葉片的足部的縱剖面內(nèi)部和總體上輪葉內(nèi)部的布置。長纖維4制成的加強(qiáng)體布置在輪葉的表層或表層附近而輪葉的余下部分用短纖維5制成的加強(qiáng)體進(jìn)行填充。如圖1到圖 3所示，表層的僅僅一部分可以由長纖維制成的加強(qiáng)體組成，輪葉的不由長纖維制成的加強(qiáng)體組成的表層從而用短纖維制成的加強(qiáng)體進(jìn)行填充。因此，在迎流緣和逸流緣處的葉片的表層可以沒有長纖維而僅僅包括短纖維。同樣地，長纖維制成的加強(qiáng)體可以在輪葉的縱向方向上在表層從輪葉的平臺延伸到基本等于葉片的一半高度的一距離，當(dāng)然該距離可以進(jìn)行調(diào)整。如圖2所示，長纖維優(yōu)選地在葉片和平臺之間，或通常地，在葉片和將輪葉固定到一外部元件的固定部件之間是連續(xù)的。根據(jù)本發(fā)明的輪葉可以借助于在下文中作為非限定性示例給出的一方法進(jìn)行實施，用于制造具有一集成式固定部件一一例如一平臺——的一熱塑性輪葉。所述方法連續(xù)地包括至少以下步驟a)制造預(yù)加固板，即已經(jīng)受至少局部密實化，預(yù)加固板包括長纖維4和第一熱塑性樹脂；b)按照所要求的尺寸切割預(yù)加固板；c)成形預(yù)加固板；d)利用填充有短纖維的第二熱塑性樹脂，對葉片2的中心和固定部件3的中心進(jìn)行注模，第二樹脂與第一樹脂是相同的或在化學(xué)上與第一樹脂相兼容，預(yù)成形板承擔(dān)在注入模中的復(fù)合嵌入工具的作用。根據(jù)本發(fā)明，輪葉的最終形狀可以在離開模子時直接獲得。在注模步驟d)后，構(gòu)件也可以經(jīng)受其它操作，如機(jī)加工操作或設(shè)置防腐蝕保護(hù)所需的任何其它操作。防腐蝕保護(hù)還可以通過在制造時在第一樹脂和/或第二樹脂中添加填料直接集成在構(gòu)件上。如已述及的，通過在步驟a)和d)使用相同的樹脂或在化學(xué)上相兼容的樹脂，輪葉的不同組成部分通過化學(xué)連結(jié)相連接。所述方法延伸到熱塑性或熱固性輪葉的實施方式，所述輪葉具有至少部分地以長纖維制成的表層和至少部分地以短纖維制成的中心，所述方法的步驟能夠相應(yīng)地適應(yīng)。還明確指出，優(yōu)選地，如果實施熱塑性基體的復(fù)合輪葉，連續(xù)纖維制成的加強(qiáng)體是預(yù)浸漬的，而如果實施熱固性基體——例如環(huán)氧化物類型的基體——的復(fù)合輪葉，這涉及干的或預(yù)浸漬的加強(qiáng)體。借助于復(fù)合材料的使用，如此實施的輪葉相對于現(xiàn)有技術(shù)在質(zhì)量上獲益。
借助于在制造方法中的步驟數(shù)的減少，如此實施的輪葉還獲益受限的制造成本， 最終形狀可在離開模子時直接獲得。對于連續(xù)纖維和短纖維，相同的樹脂或可兼容的樹脂的使用允許獲得在不同組件之間(在葉片內(nèi)部和在葉片和固定部件之間)的化學(xué)連結(jié)和利用一連續(xù)基體最終獲得一復(fù)合輪葉。根據(jù)本發(fā)明的輪葉從而允許制造質(zhì)量較小和成本較低的固定輪葉或活動輪葉。根據(jù)本發(fā)明的方法允許在較大范圍的厚度內(nèi)實施復(fù)雜的形狀。
權(quán)利要求
1.復(fù)合材料制成的渦輪機(jī)輪葉(1)，所述渦輪機(jī)輪葉包括一葉片O)，其特征在于，所述渦輪機(jī)輪葉(1)包括被長纖維(4)加強(qiáng)的第一樹脂和被短纖維( 加強(qiáng)的第二樹脂，所述第一樹脂和第二樹脂在化學(xué)上是相兼容的或相同的，所述長纖維(4)用于硬化所述渦輪機(jī)輪葉(1)，而所述短纖維( 分布在所述第二樹脂中，用于填充所述渦輪機(jī)輪葉沒有被所述長纖維(4)加強(qiáng)的部分和賦予所述渦輪機(jī)輪葉(1)基本上最終的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)輪葉(1)，其特征在于，所述渦輪機(jī)輪葉在所述葉片 (2)的一端部包括將所述渦輪機(jī)輪葉(1)固定在一外部元件上的一固定部件(3)；并且，所述固定部件(3)集成在所述渦輪機(jī)輪葉的葉片(2)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)輪葉(1)，其特征在于，所述長纖維(4)被布置在所述渦輪機(jī)輪葉(1)的外表層或被布置在所述外表層和所述渦輪機(jī)輪葉(1)的中心之間的中間位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)輪葉(1)，其特征在于，同樣的長纖維(4)在其長度上被布置在所述渦輪機(jī)輪葉(1)的外表層和被布置在所述外表層和所述渦輪機(jī)輪葉(1)的中心之間的中間位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2到4中任一項所述的渦輪機(jī)輪葉(1)，其特征在于，所述長纖維(4) 在所述葉片( 和所述固定部件C3)之間是連續(xù)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪機(jī)輪葉(1)，其特征在于，所述固定部件C3)是一平臺或一燕尾球形體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪機(jī)輪葉(1)，其特征在于，所述葉片( 和所述平臺形成一 L 或一 T。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)輪葉(1)，其特征在于，所述短纖維( 和所述長纖維 (4)在由玻璃纖維和碳纖維組成的組中進(jìn)行選擇。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)輪葉(1)，其特征在于，所述長纖維(4)是單向的或編織的；并且所述短纖維(5)的長度小于數(shù)個毫米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)輪葉(1)，其特征在于，所述第一樹脂和所述第二樹脂是熱塑性樹脂。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)輪葉(1)，其特征在于，所述第一樹脂和所述第二樹脂是熱固性樹脂。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的渦輪機(jī)輪葉(1)，其特征在于，所述渦輪機(jī)輪葉的表層此外是被防腐蝕保護(hù)的。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的渦輪機(jī)輪葉(1)，其特征在于，所述第一樹脂和 /或所述第二樹脂包括保證所述渦輪機(jī)輪葉的防腐蝕保護(hù)的填料。
14.用于制造復(fù)合材料制成的渦輪機(jī)輪葉(1)的制造方法，所述渦輪機(jī)輪葉包括一葉片(2)和固定到一外部元件的一固定部件(3)，所述固定部件(3)與所述葉片( 形成一單體構(gòu)件，所述渦輪機(jī)輪葉(1)包括布置在所述渦輪機(jī)輪葉(1)的表層的至少一部分上的長纖維(4)和此外包括填充所述渦輪機(jī)輪葉未被長纖維(4)填充的部分的短纖維(5)，所述方法連續(xù)地包括至少以下步驟a)制造預(yù)加固板，所述預(yù)加固板包括預(yù)浸漬有第一熱塑性樹脂的長纖維；b)按照所要求的尺寸切割所述預(yù)加固板；c)成形所述預(yù)加固板；d)通過填充有短纖維的第二熱塑性樹脂，對葉片O)的中心和固定部件(3)的中心進(jìn)行注模，第二樹脂與第一樹脂是相同的或在化學(xué)上與第一樹脂相兼容，預(yù)成形板承擔(dān)在注入模中的復(fù)合嵌入工具的作用。
15.包括根據(jù)權(quán)利要求1到13中任一項所述的渦輪機(jī)輪葉的一渦輪機(jī)的整流器層或定子層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料制成的渦輪機(jī)輪葉(1)，所述渦輪機(jī)輪葉包括一葉片(2)，其特征在于，所述渦輪機(jī)輪葉(1)包括被長纖維(4)加強(qiáng)的第一樹脂和被短纖維(5)加強(qiáng)的第二樹脂，所述第一樹脂和所述第二樹脂在化學(xué)上是相兼容的或相同的，所述長纖維(4)用于硬化渦輪機(jī)輪葉(1)，而所述短纖維(5)分布在第二樹脂中，用于填充渦輪機(jī)輪葉沒有被長纖維(4)加強(qiáng)的部分和賦予渦輪機(jī)輪葉(1)基本上最終的形狀。
文檔編號F01D5/00GK102536326SQ20111044841
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者H·格雷林, S·貝拉爾 申請人:高科技空間航空股份有限公司