渦輪機(jī)的壓縮機(jī)復(fù)合環(huán)形殼體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軸向渦輪機(jī)的復(fù)合外部環(huán)形殼體。更精確地說,本發(fā)明涉及一種軸向渦輪機(jī)的具有圓形壁、徑向環(huán)形凸緣以及在它們接合處的尖銳邊緣的復(fù)合環(huán)形殼體;該復(fù)合件包括纖維預(yù)型件。本發(fā)明還涉及一種包括復(fù)合環(huán)形殼體的軸向渦輪機(jī)。本發(fā)明還涉及一種制造軸向渦輪機(jī)的復(fù)合環(huán)形殼體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以減輕渦輪機(jī)為目的,其某些通常由金屬制造的組件可以由復(fù)合材料制造。結(jié)構(gòu)組件比如支撐件和殼體可以由復(fù)合材料制造。具體地,壓縮機(jī)(特別是低壓)的外部殼體可以由復(fù)合材料制造。
[0003]這樣的殼體通常具有支撐環(huán)形排葉片的圓筒部,以及徑向延伸的環(huán)形安裝凸緣。該凸緣允許將壓縮機(jī)殼體組裝在中間鼓風(fēng)機(jī)殼體上并且安裝環(huán)形分離鼻。殼體的內(nèi)表面使得環(huán)狀流沿著壓縮機(jī)被引導(dǎo),并且為此必須具有平滑的表面;而沒有突起。此約束要求尖銳邊緣被制造在安裝凸緣的區(qū)域中。
[0004]壓縮機(jī)的復(fù)合外部殼體可以由通過基質(zhì)而致密化的預(yù)型件制造。該預(yù)型件可以由相互堆疊在頂部上的一疊纖維片形成,這些片在圓筒部和安裝凸緣上延伸。一旦定位在模具中,該預(yù)型件就被布置在具有旨在重新制造所需形式殼體的邊緣的注射模具中。堆疊的預(yù)制件在模具的邊緣區(qū)域中形成圓角,并且在該位置留有空的空間。在注射過程中,該空間由沒有通過纖維得到加強(qiáng)的樹脂占據(jù)。因此,復(fù)合殼體在該位置具有弱點(diǎn)。
[0005]成形渦輪機(jī)復(fù)合殼體的預(yù)型件的工具在文獻(xiàn)GB 2486231 A中是公知的,該殼體在其上游和下游末端具有徑向環(huán)形凸緣。該預(yù)型件包括形成在成形工具中的一疊褶皺,以便制造環(huán)形凸緣。為了在成型過程中限制凸緣下方的預(yù)型件圓角的外觀,該工具包括形成凸緣的移動(dòng)塊;預(yù)型件預(yù)先布置在其中創(chuàng)建抽吸的膜中。這種方法使得有可能更接近所希望的幾何形狀,盡管這的確需要昂貴的工具。此外,由預(yù)型件所占據(jù)的圓角取決于更低褶皺的厚度。圓角可能因?yàn)槌槲で?br>[0006]文獻(xiàn)EP I 900 502 Al公開了一種渦輪機(jī)的環(huán)形復(fù)合組件。該組件具有環(huán)形體和在其末端的環(huán)形凸緣,以及在該凸緣內(nèi)部中的環(huán)形尖銳邊緣。該復(fù)合組件包括多個(gè)纖維加強(qiáng)件,其中之一在邊緣區(qū)域磨破,使得將纖維分配在凸緣和環(huán)形體之間的接合處。本文獻(xiàn)的方法能夠?qū)⒗w維分配在接合處,但產(chǎn)生了不均勻的纖維密度。這種不均勻性降低了復(fù)合部件的機(jī)械強(qiáng)度,特別是響應(yīng)于施加至凸緣的彎曲作用力。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]摶術(shù)問是頁
[0008]本發(fā)明的目的是克服由現(xiàn)有技術(shù)所提出的問題中的至少一個(gè)。本發(fā)明的目的還在于加強(qiáng)安裝凸緣和渦輪機(jī)復(fù)合外部環(huán)形殼體的圓形壁之間的環(huán)狀接合。本發(fā)明的目的還在于盡可能地加強(qiáng)渦輪機(jī)復(fù)合外部環(huán)形殼體的環(huán)形凸緣下方的尖銳邊緣。
[0009]技術(shù)方案
[0010]本發(fā)明涉及一種渦輪機(jī)特別是低壓壓縮機(jī)的復(fù)合環(huán)形殼體,包括:壁,其大致為圓形或者圓??;安裝凸緣,其從所述壁的一側(cè)沿徑向延伸,與所述壁一起形成邊緣;主纖維加強(qiáng)件,其以連續(xù)的方式沿著所述壁和凸緣延伸,形成同樣在所述邊緣的區(qū)域中是圓形的傾斜部分;以及輔助纖維加強(qiáng)件,其沿著所述邊緣延伸;基質(zhì)(matrix);其特征在于,所述輔助加強(qiáng)件包括芯,所述芯沿著所述邊緣延伸,以占據(jù)所述邊緣與主加強(qiáng)件的傾斜部分之間的體積。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述輔助加強(qiáng)件的芯包括優(yōu)選編織或紡織的束,在適當(dāng)情況下以三維方式。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述輔助加強(qiáng)件的芯的橫截面具有大致三角形形式的輪廓,在適當(dāng)情況下,直角三角形的直角布置在尖銳邊緣的區(qū)域中。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述主加強(qiáng)件和輔助加強(qiáng)件在所述壁的整個(gè)徑向厚度上和/或在所述安裝凸緣的整個(gè)軸向厚度上基本接觸。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述輔助加強(qiáng)件的芯包括纖維,所述纖維從所述邊緣徑向延伸直至所述主加強(qiáng)件,所述輔助加強(qiáng)件的芯優(yōu)選地具有垂直于其延長部的均勻纖維密度。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述安裝凸緣是環(huán)形安裝凸緣和/或軸向安裝凸緣,所述環(huán)形殼體優(yōu)選的是在半圓上延伸的環(huán)形半殼,其包括橫向地布置在圓筒部上的軸向凸緣和布置在所述圓筒部的軸向末端的相對(duì)環(huán)形凸緣。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述輔助加強(qiáng)件的芯的纖維原則上平行于所述邊緣延伸,所述輔助加強(qiáng)件的纖維的每個(gè)部分優(yōu)選地相對(duì)于所述邊緣以小于40°、更優(yōu)選的是小于20°的角度傾斜。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述輔助加強(qiáng)件的芯包括纖維,所述纖維具有與所述主加強(qiáng)件相同的性質(zhì),所述主加強(qiáng)件的纖維和所述輔助加強(qiáng)件的芯的纖維優(yōu)選的是具有相同的長度和/或相同的直徑。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述主加強(qiáng)件的纖維和所述輔助加強(qiáng)件的芯的纖維在主加強(qiáng)件和輔助加強(qiáng)件之間的交界面相互交織,所述加強(qiáng)件的纖維優(yōu)選地布置在所述交界面上相互交織的纖維束中。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述主加強(qiáng)件和所述輔助加強(qiáng)件的芯各自具有均勻的纖維密度,所述加強(qiáng)件的纖維的密度的比值優(yōu)選地在0.5和1.50之間;優(yōu)選地在0.80和1.20之間;更優(yōu)選地在0.95和1.05之間。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述芯的截面是對(duì)稱的。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述芯的纖維的每個(gè)部分以50°和130°之間、優(yōu)選的是60°和120°之間、更優(yōu)選的是75°和105°之間的角度相對(duì)于所述殼體的延長部的軸線是傾斜的。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述芯在芯的徑向高度的大部分上,優(yōu)選的是在全部徑向高度上采用所述主加強(qiáng)件的形式。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述殼體具有在所述安裝凸緣和壁之間的材料的連續(xù)性。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述芯的包絡(luò)線限定的空間占據(jù)在所述環(huán)形殼體的凸緣和壁之間的接合處的至少15%、優(yōu)選的是至少25%、更優(yōu)選的是至少35%。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述基質(zhì)和芯形成尖銳邊緣。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述殼體包括垂直于壁延伸的凸緣。
[0027]本發(fā)明還涉及一種特別是渦輪機(jī)的復(fù)合部件,包括:結(jié)構(gòu)壁;安裝凸緣,其從所述結(jié)構(gòu)壁的一側(cè)垂直地延伸,并且與所述壁形成邊緣;基質(zhì);主纖維加強(qiáng)件,其以連續(xù)的方式沿著所述壁和凸緣延伸,形成同樣在所述邊緣的區(qū)域中是圓形的傾斜部分;以及輔助纖維加強(qiáng)件,其沿著所述邊緣延伸;其特征在于,所述輔助加強(qiáng)件包括具有纖維的芯,所述芯在結(jié)構(gòu)壁的厚度的大部分上,優(yōu)選的是在結(jié)構(gòu)壁的厚度的全部上沿徑向延伸,并且/或者所述芯沿著所述邊緣延伸,以占據(jù)所述邊緣與主加強(qiáng)件的傾斜部分之間的體積。
[0028]本發(fā)明還涉及一種包括復(fù)合環(huán)形殼體的渦輪機(jī),其特征在于,所述復(fù)合環(huán)形殼體是根據(jù)本發(fā)明所述的復(fù)合環(huán)形殼體,所述基質(zhì)優(yōu)選的是基于聚醚酰亞胺、環(huán)氧樹脂或聚醚醚酮的有機(jī)基質(zhì);所述主加強(qiáng)件(38)是包括具有碳纖維和玻璃纖維的一疊纖維褶皺(46)的纖維預(yù)型件,每個(gè)纖維褶皺包括在至少兩個(gè)方向上布置在紡織纖維束中的纖維。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式,所述渦輪機(jī)包括中間鼓風(fēng)機(jī)殼體、具有環(huán)形排固定葉片和分離鼻的低壓壓縮機(jī),所述環(huán)形殼體在每個(gè)軸向末端包括環(huán)形安裝凸緣,其中一個(gè)是上游凸緣,一個(gè)是下游凸緣,所述環(huán)形殼體在下游方向上其半徑減少,所述環(huán)形殼體優(yōu)選的是各排葉片所連接至的壓縮機(jī)的外部主體結(jié)構(gòu),所述分離鼻通過所述上游凸緣被連接,所述中間鼓風(fēng)機(jī)殼體通過所述下游凸緣被連接,所述環(huán)形殼體還包括耐磨材料的環(huán)形層和用于安裝葉片的環(huán)形表面的夾層結(jié)構(gòu),所述環(huán)形殼體由通過沿軸向延伸的平面而分開的半殼形成。
[0030]本發(fā)明還涉及一種制造渦輪機(jī)的復(fù)合環(huán)形