BR112015010844B1

BR112015010844B1 - Preforma de fibra para uma pá de turbomáquina, pá para turbomáquina, invólucro intermediário para turbomáquina, ventilador para turbomáquina, e, turbomáquina

Info

Publication number: BR112015010844B1
Application number: BR112015010844-0A
Authority: BR
Inventors: Matthieu Gimat; Dominique Marie Christian Coupe
Original assignee: Snecma; Safran
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2021-04-06
Also published as: CA2891293C; JP6367818B2; RU2015122679A; US20160245103A1; EP2919955A1; WO2014076408A1; RU2653823C2; JP2015537149A; CN105026123A; CA2891293A1; EP2919955B1; US10508559B2; BR112015010844A2; CN105026123B

Abstract

preforma e pá de monobloco para turbomáquina preforma fibrosa para uma pá de turbomáquina, preforma esta sendo obtida por um tecelagem tridimensional de uma peça. de acordo com a invenção, a preforma compreende uma primeira parte longitudinal (41), capaz de formar uma raiz da pá, uma segunda parede longitudinal (42) estendendo-se pela primeira parte longitudinal e capaz de formar uma seção de pá, e uma primeira parte transversal (51) estendendo-se transversalmente da junção entre as primeira e segunda partes longitudinais (41, 42) e capaz de formar uma primeira plataforma.

Description

PREFORMA DE FIBRA PARA UMA PÁ DE TURBOMÁQUINA, PÁ PARA TURBOMÁQUINA, INVÓLUCRO INTERMEDIÁRIO PARA TURBOMÁQUINA, VENTILADOR PARA TURBOMÁQUINA, E, TURBOMÁQUINA

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] O presente relatório refere-se a uma preforma de fibra para uma pá de turbomáquina e também para uma pá de uma única-peça, formada usando-se tal preforma, a um invólucro intermediário e a uma turbomáquina incluindo tal pá.

[0002] Tal preforma pode ser usada para produzir uma pá monobloco, tendo plataformas aerodinâmicas. Tais pás podem, em particular, ser pás guias e podem ser incorporadas no invólucro intermediário de um turbojato de avião, por exemplo.

ESTADO DA TÉCNICA ANTERIOR

[0003] Um turbojato com passagem lateral convencional tem um ventilador, ou ventoinha, distribuindo uma corrente de ar que é dividida em tanto uma corrente primária, que é dirigida para os compressores, a câmara de combustão e então para as turbinas da turbomáquina, e também uma corrente secundária ou lateral, que supre a maior fração do empuxo.

[0004] A corrente secundária flui em uma passagem secundária provida entre o invólucro externo do jato e um invólucro interno contendo a parte quente da turbomáquina. Esses dois invólucros são conectados juntos e mantidos em posição por um invólucro intermediário composto de um cubo interno, uma cobertura externa e uma pluralidade de braços estruturais estendendo-se radialmente e conectando o cubo interno à cobertura externa. Além de sua função estrutural de suportar as cargas que resultam do comportamento dinâmico da turbomáquina como um todo, alguns dos braços estruturais são ocos, desse modo possibilitando que instalações sejam passadas, tais como tubulações de fluido, cabos elétricos ou, na verdade, membros para transmitir força mecânica.

[0005] Além disso, tal turbomáquina inclui um bocal guia composto de uma pluralidade de pás estacionárias, comumente referidas como pás guias de saída (OGVs), para a finalidade de retificar a corrente secundária vindo do ventilador.

[0006] A fim de reduzir o peso dos turbojatos e o número de partes compondo-os, propostas têm sido feitas para intermediar invólucros que incorporam a função de bocal, e que alguns dos braços estruturais são substituídos por pás guias. Contudo, tais pás precisam ser providas com elementos adicionais, tais como plataformas aerodinâmicas ou flanges fixadores, elementos estes sendo encaixados na pá e significativamente aumentando seu peso total, o número de partes envolvidas (e particular por causa dos fixadores necessários para prender os elementos na pá) e a complexidade de manutenção.

[0007] A fim de melhorar alguns dos aspectos acima mencionados, propostas foram feitas, e particular no pedido de patente francesa FR 2 956 876, para projetar módulos na forma de caixas compostas de duas pás compósitas, que são aparafusadas nas plataformas interna e externa. Contudo, embora o progresso provido por essa solução já seja significativo, tal solução ainda envolve um grande número de partes, em particular de fixadores, e seria desejável reduzir esse número, a fim de obterem-se mais economias de peso e também economizar tempo durante a montagem e manutenção.

[0008] Tais problemas de reduzir o peso ou o número de partes usadas, de economizar espaço ou de simplificar métodos de manufatura são encontrados não somente com as pás guias, porém eles devem ser encontrados mais genericamente com todos os tipos de pá de um turbojato e, mais particularmente, com as lâminas de ventilador.

[0009] Portanto, existe uma real necessidade de uma preforma de fibra, uma pá, um invólucro intermediário e uma turbomáquina que evitem as desvantagens inerentes aos sistemas conhecidos acima mencionados.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0010] O presente relatório refere-se a uma preforma de fibra para uma pá de turbomáquina, obtida por tecelagem tridimensional de peça única, dita preforma compreendendo um primeiro segmento longitudinal, adequado para formar uma raiz de pá; um segundo segmento longitudinal, estendendo-se pelo primeiro segmento longitudinal e adequado pra formar uma parte de aerofólio; e um primeiro segmento transversal estendendo-se transversalmente da junção entre os primeiro e segundo segmentos longitudinais e adequados para formar uma primeira plataforma.

[0011] No presente relatório, os termos "longitudinal”, "transversal”, "base”, "topo” e seus derivativos são definidos em relação à direção principal da pá em questão; os termos "axial”, "radial”, "tangencial”, "interno, "externo” e seus derivativos são definidos em relação ao eixo geométrico principal do invólucro intermediário e da turbomáquina. Além disso, os termos "a montante” e "a jusante” são usados aqui em relação à direção de avanço da tecelagem (setas T das figuras).

[0012] Por meio desta preforma, é possível projetar uma pá de uma peça, composta de uma raiz de pá, uma parte de aerofólio e uma plataforma: este projeto de uma-peça torna possível reduzir grandemente o número de partes que necessitam ser projetadas e montadas juntas. Em particular, há consideráveis economias de prendedores e, assim, de peso e de custo associados com eles.

[0013] Além disso, incorporar a plataforma no projeto da própria pá dá origem a partes que são melhor otimizadas, não requerendo espessuras extras ou partes adicionais para fixar os vários elementos da pá juntos. Tais pás são, portanto, mais leves e, portanto, proveem significativas economias em operação. A escolha de materiais compósitos também provê uma economia significativa de peso, e comparação com partes semelhantes feitas de metal ou cerâmicas.

[0014] Naturalmente, a manutenção de tal pá de uma única peça é também tornada mais fácil, uma vez que operações requeridas para desmontagem são reduzidas: em particular, é possível iniciar trabalho diretamente sob a asa, porque os fixadores são menos numerosos e mais acessíveis.

[0015] Em certas formas de realização, a preforma inclui ainda um segundo segmento transversal estendendo-se transversalmente da junção entre os primeiro e segundo segmentos longitudinais estendendo-se pelo primeiro segmento transversal e indo para longe dele, adequado para formar uma segunda plataforma. É com frequência vantajoso prover-se a pá com uma plataforma lateral de pressão e com uma plataforma lateral de sucção, a fim de prover-se uma inteira parede aerodinâmica para a passagem do fluxo de ar em um ou outro lado da pá.

[0016] Em certas formas de realização, o primeiro segmento transversal é formado por pelo menos uma parte de uma cauda livre, dita cauda livre e dito segundo segmento longitudinal sendo tecidos simultaneamente de uma maneira não-interligada, a não-interligação começando na junção entre os primeiro e segundo segmentos longitudinais.

[0017] Tal não-interligação provê a vantagem de a tecelagem da cauda livre corresponder ao segmento transversal continuamente com o primeiro segmento longitudinal, desse modo estruturalmente associando-o com ela, o primeiro segmento longitudinal formando a raiz de pá que serve para suportar a pá como um todo, enquanto também assumindo a espessura de jusante ao longo do segundo segmento longitudinal, que é para formar a parte de aerofólio e que, portanto, necessita ser mais fino. Tal limite entre os primeiro e segundo segmentos longitudinais assim torna possível separar a tecelagem da parte que é pra tornar-se a parte estrutural da parte que é para tornar-se a parte aerodinâmica: a transição da espessura requerida entre aquelas duas partes é tornada muito mais fácil, na medida em que, separando-se a cauda livre já se provê uma considerável contribuição para esta mudança de espessura.

[0018] Em certas formas de realização, o segundo segmento transversal é feito de maneira análoga.

[0019] Em outras formas de realização, o segundo segmento transversal e dito primeiro segmento longitudinal são tecidos conjuntamente de maneira não-interligada, dita não-interligação terminando na junção entre os primeiro e segundo segmentos. A tecelagem desta maneira vantajosamente torna possível reduzir o número de camadas devotadas à tecelagem das plataformas, enquanto conservando as camadas necessárias para fazer o primeiro segmento transversal no segmento longitudinal.

[0020] Em outras formas de realização, o primeiro segmento transversal é formado por pelo menos partes das primeira e segunda caudas livres dobradas uma sobre outra, dita primeira cauda livre e dito primeiro segmento longitudinal sendo tecidos conjuntamente, porém de maneira não-interligada, dita segunda cauda livre e dito segundo segmento longitudinal sendo tecidos conjuntamente, porém de maneira não-interligada, um cruzamento de camada sendo provido na junção entre os primeiro e segundo segmentos longitudinais de tal maneira que os fios da primeira cauda livre estendem-se no segundo segmento longitudinal e os fios da segunda cauda livre vêm do primeiro segmento longitudinal. O segundo segmento transversal pode ser feito de maneira análoga.

[0021] Em certas aplicações, é desejável ter-se uma raiz de pá que seja muito fina, a fim de possibilitar que ela seja inserida em espaços estreitos, por exemplo, ou uma parte de aerofólio que retenha um certo grau de espessura, p. ex., a fim de realizar um papel estrutural adicional: sob tais circunstâncias, a transição da espessura necessária entre a raiz de pá e a parte de aerofólio, isto é, entre os primeiro e segundo segmentos longitudinais, pode ser pequena ou mesmo não-existente. Tal cruzamento de camada então vantajosamente serve para prover tal continuidade de espessura entre os primeiro e segundo segmentos longitudinais.

[0022] Em certas formas de realização, o número de camadas de fios do segundo segmento longitudinal e, assim, sua espessura, variam. Isto torna possível fazer a parte de aerofólio mais fina, a fim de melhorar seu desempenho aerodinâmico.

[0023] Em certas formas de realização, a preforma inclui um terceiro segmento transversal e um quarto segmento transversal, estendendo-se transversalmente sobre um ou outro lado da extremidade a montante do primeiro segmento longitudinal e adequados para formar flanges fixadores da pá; ditos terceiro e quarto segmentos transversais são tecidos conjuntamente de maneira não-interligada, dita não-interligação terminando na extremidade a montante do primeiro segmento longitudinal. Por meio desta preforma, flanges são incorporados no projeto e na manufatura da pá que serve para fixar a pá na turbomáquina: isto amplifica as vantagens acima mencionadas. Além disso, os flanges são tecidos diretamente para estender a raiz, de modo que sua conexão estrutural com eles é reforçada, desse modo assegurando resistência mecânica total aumentada.

[0024] Em certas formas de realização, a preforma compreende ainda um terceiro segmento transversal estendendo o segundo segmento longitudinal e adequado para formar uma cabeça de pá; e um quinto segmento transversal, estendendo-se transversalmente da junção entre os segundo e terceiro segmentos longitudinais e adequado para formar uma terceira plataforma. Certas pás são estacionárias e estendem-se por todo caminho através de uma passagem de fluxo de fluido: sob tais circunstâncias, a parede externa da passagem pode também necessitar ter plataformas colocadas nela. Esta preforma serve para incorporar uma tal plataforma de topo igualmente no projeto e produção da pá: isto amplifica as vantagens acima mencionadas.

[0025] Em certas formas de realização, o quinto segmento transversal é obtido por não-interligação análoga àquela realizada para o primeiro segmento transversal.

[0026] Em outras formas de realização, o quinto segmento transversal é obtido por cruzamento de camada análogo àquele realizado para o primeiro segmento transversal.

[0027] Em certas formas de realização, a preforma inclui, de maneira análoga, um sexto segmento transversal, adequado para formar a segunda plataforma de topo: isto provê um par de plataformas de topo, uma no lado de pressão e a outra no lado de sucção.

[0028] Em certas formas de realização, a preforma inclui sétimo e oitavo segmentos transversais análogos aos terceiro e quarto segmentos transversais, e adequados para formar flanges de topo.

[0029] Em certas formas de realização, os fios usados para tecer a preforma compreendem fibras de carbono. Contudo, eles podem ser qualquer outro tipo de fio, por exemplo, fios compreendendo fibras de vidro ou fibras kevlar.

[0030] Em certas formas de realização, a fiação usada para a tecelagem tridimensional da preforma pode ser uma fiação tipo entrelaçamento 3D. Contudo, a tecelagem das superfícies externas da passagem pode ser essencialmente bidimensional, p. ex., sendo tecidas com uma fiação tipo cetim.

[0031] O presente relatório também se refere a uma pá de turbomáquina compreendendo uma raiz, uma parte de aerofólio e uma plataforma estendendo-se transversalmente da parte de aerofólio, na junção entre a raiz de pá e a parte de aerofólio, dita pá sendo feita como uma única peça de material compósito por meio de uma preforma de fibra, de acordo com qualquer uma das formas de realização acima, dita preforma sendo conformada em um molde e embutida em uma matriz.

[0032] Por meio desta configuração de uma-peça, incorporando pelo menos uma raiz de pá, uma parte de aerofólio e uma plataforma, as vantagens acima descritas são obtidas em termos de resistência mecânica, peso, custo, adequabilidade à desmontagem e facilidade de manufatura.

[0033] Em certas formas de realização, a matriz é do tipo orgânico. Em particular, ela pode ser uma resina epóxi.

[0034] Em outras formas de realização, a matriz pode ser do tipo cerâmico.

[0035] A presente invenção também provê um invólucro intermediário para uma turbomáquina, compreendendo uma pluralidade de pás, de acordo com qualquer uma das formas de realização acima descritas, que são dispostas angularmente entre um cubo interno e uma cobertura externa.

[0036] A presente descrição também provê um ventilador de turbomáquina tendo uma pluralidade de pás, de acordo com qualquer uma das formas de realização acima descritas.

[0037] Finalmente, o presente relatório refere-se a uma turbomáquina incluindo pelo menos uma pá ou um invólucro intermediário ou ventilador, de acordo com qualquer uma das formas de realização acima.

[0038] As características e vantagens acima especificadas e outras surgem ao ler a seguinte descrição detalhada das formas de realização da preforma proposta, da pá, do invólucro intermediário e da turbomáquina. Esta descrição detalhada faz referência aos desenhos acompanhantes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0039] Os desenhos anexos são diagramáticos e procuram, acima de tudo, ilustrar os princípios da invenção.

[0040] Nos desenhos, de uma figura para outra, elementos (ou partes de um elemento) que são idênticos são identificados pelos mesmos sinais de referência. Além disso, os elementos (ou partes de um elemento) formando partes de diferentes formas de realização, porém tendo funções que são análogas, são identificados nas figuras por referências numéricas que são incrementadas por 100, 200 etc.

[0041] A Figura 1 é uma vista em elevação em seção de uma turbomáquina da invenção.

[0042] A Figura 2 é uma vista de frente de um invólucro intermediário em uma forma de realização.

[0043] A Figura 3 é uma vista em perspectiva de uma pá de uma primeira forma de realização.

[0044] As Figuras 4A e 4B são diagramas mostrando a preforma correspondendo a esta primeira forma de realização de uma pá e de como ela é moldada.

[0045] A Figura 5 é uma vista simplificada de uma zona não-interligada.

[0046] A Figura 6 é uma vista fragmentar e diagramática da tecelagem desta preforma, correspondendo à caixa VI da Figura 4A.

[0047] As Figuras 7A e 7B são diagramas mostrando uma segunda forma de realização de uma preforma e de como ela é moldada.

[0048] As Figuras 8A e 8B são diagramas mostrando uma terceira forma de realização de uma preforma e de como ela é moldada.

[0049] As Figuras 9A e 9B são digramas simplificados de cruzamento de camadas.

[0050] As Figuras 10A e 10B são diagramas mostrando uma quarta forma de realização de uma preforma e de como ela é moldada.

[0051] As Figuras 11A e 11B são diagramas mostrando possíveis organizações de camadas da quarta forma de realização de uma preforma.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO

[0052] A fim de tornar a invenção mais concreta, as formas de realização são descritas em detalhes abaixo, com referência aos desenhos acompanhantes. Deve ser lembrado que a invenção não é limitada a estas formas de realização.

[0053] A Figura 1 é uma vista em seção de um plano vertical contendo o eixo geométrico principal A de um turbojato de passagem lateral 1 da invenção. Indo de montante para jusante na direção do fluxo da corrente de ar ele compreende: um ventilador 2; um compressor de baixa pressão 3; um compressor de alta pressão 4; uma câmara de combustão 5; uma turbina de alta pressão 6; e uma turbina de baixa pressão 7. Em sua parte a montante, este turbojato 1 tem um invólucro externo 8 e um invólucro interno 9 definindo duas passagens concêntricas, uma passagem primária I e uma passagem secundária II. Um invólucro intermediário 10 conecta os invólucros externo e interno 8 e 9 entre si.

[0054] Em operação, o invólucro intermediário 9 divide a corrente de ar acelerada pelo ventilador 2 tanto em uma corrente primária, que segue a passagem primária I e alimenta os compressores 3, 4, a câmara de combustão 5 e as turbinas 6, 7, e como também em uma corrente secundária, que segue a passagem secundária ou "lateral” II que é ejetada para fora do turbojato, desse modo suprindo a maior parte de seu empuxo.

[0055] A Figura 2 é uma vista de frente diagramática de tal invólucro intermediário 10. Ela compreende um cubo interno 11 fixado ao invólucro intermediário 9 e uma cobertura externa 12 fixada no invólucro externo 8. O cubo interno 11 e a coberta externa 12 são conectados juntos, radialmente primeiramente pelos braços estruturais 13 e em segundo lugar pelas pás guias de saída (OGVs) 20.

[0056] Os braços estruturais 13 são ocos e servem para passar instalações entre o núcleo do jato incluído no invólucro intermediário 9 e na periferia do jato 1. Tais instalações incluem, em particular, tubulações hidráulicas, tubos pneumáticos, cabos elétricos e, sem dúvida, eixos de transmissão de força mecânica. Estes braços estruturais são preferivelmente situados a 6 horas e 12 horas em relação ao eixo geométrico A do turbojato 1, isto é, no plano vertical, onde a maior parte das cargas mecânicas exercidas pelo peso do turbojato acumula-se.

[0057] A Figura 3 mostra uma primeira forma de realização de uma pá de bocal 20 para tal invólucro intermediário 10. Tal pá 20 tem uma raiz de pá 21, uma parte de aerofólio 22 e uma cabeça de pá 23. A parte de aerofólio 22 serve principalmente para realizar a função aerodinâmica da pá 20, enquanto que a raiz e cabeça de pá 21 e 23 servem, principalmente, para fixar a pá 20 e retê-la mecanicamente.

[0058] Em sua extremidade de base, a raiz de pá 21 tem flanges fixadores de base 33 e 34 estendendo-se substancialmente ortogonais à raiz de pá 21 e providos com furos 39, possibilitando que a pá 20 seja fixada no cubo interno 11 do invólucro intermediário 10.

[0059] Em sua extremidade de topo, a cabeça de pá 23 tem flanges fixadores de topo 37 e 38 estendendo-se substancialmente ortogonalmente para a cabeça de pá 23 e providos com furos 39’, possibilitando que a pá 20 seja fixada à cobertura externa 12 do invólucro intermediário 10.

[0060] A pá 20 também tem plataformas de base lateral de pressão e de sucção 31 e 32, estendendo-se substancialmente ortogonalmente para a parte de aerofólio 22, em cada um de seus lados, no limite entre a raiz de pá e a parte de aerofólio 22. Estas plataformas de base 31 e 32 servem para mascarar os elementos fixadores, em particular parafusos ou pernos, usados para prender os flanges de base 33, 34 e, assim, a pá 20, desse modo reconstituindo uma parede interna para a passagem II, que é lisa e aerodinâmica.

[0061] Igualmente, a pá 20 tem plataformas de topo lateral de pressão e lateral de sucção 35 e 36 estendendo-se substancialmente ortogonal à parte de aerofólio 22, em cada seu lado, no limite entre a cabeça de pá 23 e a parte de aerofólio 22. Estas plataformas de topo 35 e 36 servem para mascarar os elementos fixadores, em particular parafusos ou pernos, servindo para prender os flanges de topo 37 e 38 e, assim, a pá 20, desse modo reconstituindo uma parede externa para a passagem II que é lisa e aerodinâmica.

[0062] Nesta forma realização, a pá 20 tem quatro plataformas 31, 32, 35 e 36 e quatro flanges fixadores 33, 34, 37 e 38, contudo, em outros exemplos, certas plataformas e/ou certos flanges poderiam estar ausentes, a fim de atender certos detalhes locais específicos do invólucro intermediário 10 ou a fim de facilitar certos aspectos de montagem e de manutenção.

[0063] A Figura 4A mostra a preforma tecida tridimensionalmente (3D) 40, usada para produzir esta forma realização de primeira pá 20. A Figura 4B mostra a mesma preforma 40, após ela ter sido conformada. A preforma 40 é descrita abaixo a partir de montante para jusante na direção de tecelagem T, isto é, da base para o topo das figuras. Contudo, deve ser entendido que a tecelagem poderia ser realizada desde a outra extremidade e ocorrer na direção oposta. A Figura 6 mostra, de maneira diagramática, as estruturas essenciais para tecer esta preforma 40 na caixa VI da Figura 4A.

[0064] Nesta forma realização, a preforma 40 é tecida 3D de fibras de carbono, empregando-se entrelaçamento 3D. Somente as superfícies da preforma 40 são bidimensionalmente (2D) tecidas usando-se uma tecelagem tipo cetim.

[0065] Na extremidade a montante, a tecelagem começa com uma primeira zona não-interligada D1, e cujos terceiro e quarto segmentos transversais 53 e 54 são tecidos conjuntamente e de maneira não-interligada em lados opostos de um plano não-interligado 61. Deve ser entendido que os termos "transversal” e "longitudinal” são usados aqui em função da posição final do segmento em questão, o segmento transversal necessariamente sendo tecido longitudinalmente antes de ser dobrado transversalmente.

[0066] A jusante da primeira zona não-interligada D1, começa uma primeira zona interligada L1, em que as duas tiras acima 53 e 54 são unidas como um primeiro segmento longitudinal 41, que forma a raiz 21 da pá 20.

[0067] Métodos de tecelagem, que possibilitam tal não-interligação ser realizada, são hoje em dia bem conhecidos no campo de tecelagem 3D. Como ilustração, a Figura 5 mostra tal tecelagem não-interligada de maneira simplificada. Na zona interligada L, todas as camadas de fios de urdidura c (ortogonal ao plano da figura) são presas entre si por fios de trama t (movendo-se no plano da figura), desse modo formando uma única tira b0. Contrariamente, na zona não-interligada D, duas tiras b1 e b2 são tecidas conjuntamente, porém de maneira não-interligada, isto é, os fios de trama t são independentes em cada uma das tiras b1 e b2, de modo que um plano não-interligado p é deixado entre as duas tiras b1 e b2. Naturalmente, tal interligação pode ser realizada igualmente bem na direção da urdidura ou na direção da trama e, assim, igualmente bem com fios de urdidura e com fios de trama.

[0068] A jusante desta primeira zona de interligação L1 começa uma segunda zona não-interligada D2, em que uma primeira cauda livre 50a, um segundo segmento longitudinal 42 e uma segunda cauda livre 50b são tecidos conjuntamente de maneira não-interligada, sendo separados por respectivos planos não-interligantes 62 e 63.

[0069] Além disso, dentro desta segunda zona não-interligada D2, as saídas de camada são formadas progressivamente ao longo da tecelagem T, entre o segundo segmento longitudinal 42 e cada uma das caudas livres 50a e 50b. Estas camadas são subsequentemente progressivamente reincorporadas antes da extremidade a jusante do segundo segmento longitudinal 42.

[0070] Os métodos de tecelagem que possibilitam tais saídas de camada serem realizadas são hoje em dia bem conhecidos no campo de tecelagem 3D. Especificamente e como pode ser visto na Figura 6, os fios de trama t são feitos deixarem certos fios de urdidura c’ livres, referidos como fios "flutuantes”, porque, uma vez que eles não são fixados a qualquer fio de trama t, eles "flutuam” e podem subsequentemente ser eliminados por cisalhamento. É possível, desta maneira, eliminar as camadas completamente ou em parte, desse modo, possibilitando que a espessura de certas zonas da preforma seja reduzida. Nesta forma realização, isto serve para tornar o segundo segmento longitudinal 42 mais fino e, assim, tornar mais fina a parte de aerofólio 22, que é derivada dele.

[0071] Deve ser observado neste tópico que essas saídas de camada são formadas nesta forma realização dentro da preforma 40, enquanto a tecelagem está ocorrendo: os fios de urdidura c’ são assim incluídos, isto é, escondidos, entre o segundo segmento longitudinal 42 em um lado e a cauda livre 50a ou 50b no outro lado.

[0072] A jusante desta segunda zona não-interligada D2, as três tiras acima mencionadas 50a, 42 e 50b são reunidas dentro de uma segunda zona interligada L2, a fim de formar um terceiro segmento longitudinal 43, que é para formar a cabeça 23 da pá 20.

[0073] Finalmente, a jusante desta segunda zona interligada L2, começa uma terceira zona não-interligada L3 em que sétimo e oitavo segmentos transversais são tecidos conjuntamente de maneira não-interligada, a fim de apresentar um plano não-interligado 64.

[0074] Uma vez a tecelagem tenha sido terminada, as caudas livres 50a e 50b são recortadas, a fim de formar, respectivamente, primeira e quinta caudas transversais 51 e 55, e segunda e sexta caudas transversais 52 e 56. Estas quatro caudas transversais 51,55, 52 e 56 são então dobradas para fora, como representado pelas setas, a fim de ocupar suas posições transversais finais: elas são usadas para formar, respectivamente, as plataformas de base de lado de pressão e de lado de sucção 31 e 32 e as plataformas de topo de lado de pressão e de lado de sucção 35 e 36.

[0075] Uma vez as caudas livres 50a e 50b tenham sido recortadas, os fios de urdidura flutuados c’ situando-se na superfície do segundo segmento longitudinal 42, torna-se acessíveis, podendo ser cisalhados.

[0076] Finalmente, o terceiro, quarto, sétimo e oitavo segmentos transversais 53, 54, 57 e 58 são dobrados para fora como representado pelas setas, a fim de ocupar suas posições transversais finais: eles são usados, respectivamente, para formar os flanges de base 33 e 34 e os flanges de topo 37 e 38. Tal configuração final para a preforma 40 é mostrada na Figura 4B.

[0077] A preforma 40 pode ser umedecida a fim de torná-la mais flexível e tornar mais fácil fabricar as fibras. A preforma é então inserida em um molde de moldagem de espaço interno, que corresponde à configuração desejada para a preforma 40.

[0078] A preforma 40 é então secada a fim de tornar-se rígida, desse modo mantendo a configuração imposta durante a moldagem. A performa 40 é finalmente colocada em um molde de injeção tendo as dimensões desejadas para a pá final 20, e uma matriz é injetada nela, nesta forma de realização uma resina epóxi. Como exemplo, tal injeção pode ser realizada pela técnica de moldagem de transferência de resina (RTM). No final desta etapa, uma pá de material compósito 20 é obtida que é composta de uma preforma tecida 40 de fibras de carbono embutidas em uma matriz de epóxi. Os estágios de usinagem podem opcionalmente ser usados para terminar a técnica e finalizar a pá 20.

[0079] A Figura 7A mostra uma segunda forma realização de uma preforma tecida 3D 140 para produzir uma segunda forma realização de pá, que é inteiramente análoga à primeira forma realização de pá 20, exceto que não tem quaisquer plataformas de topo. A Figura 7B mostra a mesma preforma 140 após ela ter sido conformada.

[0080] A tecelagem desta preforma 140 é em grande parte análoga àquela do processamento de ferramenta e não é, portanto, descrito totalmente mais uma vez.

[0081] Assim, indo de montante para jusante na direção da tecelagem T, a tecelagem começa com uma primeira zona não-interligada D1, um primeira zona interligada L1 e uma segunda zona não-interligada D2, análogo ao da primeira forma realização. Ao contrário, a segunda zona não-interligada D2 é estendida por uma terceira zona não-interligada D3’, em que a tecelagem não-interligada das caudas livres 150a e 150b é continuada, enquanto um terceiro segmento longitudinal 143 estende a segunda passagem longitudinal 142. Consequentemente, o terceiro segmento longitudinal 143 é naturalmente não tão espesso quanto na primeira forma realização. É possível compensar este efeito utilizando-se técnicas de transição de espessura, que são be conhecidas no campo de tecelagem 3D.

[0082] Finalmente, a jusante desta terceira zona não-interligada D3’, uma quarta zona não-interligada D4’ começa, em que a tecelagem não-interligada das caudas livres 150a e 150b é continuado, enquanto a tira derivada do terceiro segmento longitudinal 143 é dividida em uma maneira análoga àquela da primeira forma realização, a fim de formar os sétimo e oitavo segmentos transversais 157 e 158.

[0083] A moldagem desta segunda forma realização de preforma 140 e o método de formar a pá final são igualmente análogos àqueles da primeira forma realização. A configuração final da preforma 140 é mostrada na Figura 7B.

[0084] A Figura 8A mostra uma terceira forma realização de uma preforma tecida 3D 240, adequada para produzir uma pá análoga à primeira forma realização de pá 20. A Figura 8B mostra a mesma preforma 240, após a moldagem. Esta preforma 240 compartilha um grande número de características com a forma realização da primeira preforma 40; estas características com a forma realização de primeira preforma 40; estas características não são descritas novamente. A preforma 240 é descrita de montante a jusante na direção de tecelagem T, isto é, da base em direção ao topo das figuras. Contudo, deve ser entendido que a tecelagem poderia ser realizada a partir da outra extremidade e na direção oposta.

[0085] Na extremidade a montante, a tecelagem começa com uma primeira zona não-interligada D1”, em que uma primeira cauda livre 251a, do primero segmento transversal 251, do terceiro segmento transversal 253, do quarto segmento transversal 254 e uma primeira cauda livre 252a, do segundo segmento transversal 252, são todas tecidas juntas, de maneira não-interligada, com os respectivos planos de não-interligação 265, 261 e 266.

[0086] A jusante da primeira zona não-interligada D1” começa uma segunda zona não-interligada D2, em que a tecelagem não-interligada das primeiras caudas livres 251a, 252a, dos primeiro e segundo segmentos transversais 251 e 252, continua, enquanto as tiras derivadas dos terceiro e quarto segmentos transversais 253 e 254 são unidas em um primeiro segmento longitudinal 241, que é para formar a raiz 21 da pá 20.

[0087] A jusante desta segunda zona de não-interligação D2”, uma primeira zona de cruzamento de camada C1” forma uma interface com a terceira zona não-interligada D3”, em que uma primeira cauda livre 250a, um segundo segmento longitudinal 222 e uma segunda cauda livre 250b são tecidos conjuntamente de maneira não-interligada junto com correspondentes planos não-interligantes 262 e 263.

[0088] Na primeira zona de cruzamento de camada C1”, as camadas são cruzadas de tal maneira que as camadas de fios das primeiras caudas livres 251a e 252a, dos primeiro e segundo segmentos transversais 251 e 252, estendem-se para o segundo segmento longitudinal 242, enquanto as camadas de fios compondo as caudas livres 250a e 250b são derivadas do primeiro segmento longitudinal 241.

[0089] Os métodos de tecelagem, possibilitando que as camadas a serem cruzadas desta maneira sejam, hoje em dia, bem conhecidas no campo de tecelagem 3D. Como ilustração, A Figura 9A é um diagrama simplificado de tal cruzamento de camada. Na zona de cruzamento de camada C os fios de trama c, de uma tira de topo a montante, são desviados para baixo, a fim de serem presos a jusante pela camada cruzando a zona C comas camadas dos fios de urdidura c de uma tira de base a jusante v2, enquanto os fios de trama t2 prendendo as camadas de uma tira de base a montante m2 são desviados pra cima, a fim de prender juntas as camadas de uma tira de topo a jusante v1. Assim, os fios de trama t1 e t2 cruzam-se na zona de cruzamento de camada C. Quando associada com a técnica de não-interligação, esta técnica de cruzamento de camada torna possível tecer duas caudas m2 e v2, que não são interligadas, de modo que elas estendam-se entre si, enquanto assegurando que sejam presas com segurança à folha principal m1, v1.

[0090] No exemplo precedente, uma pluralidade de fios t1 e t2 de cada camada é envolvida no cruzamento de camada; entretanto, em outros exemplos, como o da figura 9B, somente um fio c1, c2 de cada camada pode ser envolvido no cruzamento de camadas. Este outro exemplo também ilustra que um cruzamento de camada pode ser realizado igualmente bem com fios urdidura c1, c2 e com fios de trama t1, t2.

[0091] Retornando às figuras 8A e 8B e à tecelagem da preforma 240, dentro da terceira zona não-interligada D3”, as saídas de camada são formadas progressivamente ao longo da tecelagem T, entre o segundo segmento longitudinal 242 e cada uma de três causas 250a e 250b. Estas camadas são subsequentemente reincorporadas progressivamente antes da extremidade a jusante do segundo segmento longitudinal 242.

[0092] A jusante desta terceira zona não-interligada D3”, uma segunda zona de cruzamento de camada C2” forma uma interface com uma quarta zona não-interligada D4”, em que uma segunda cauda livre 255b, do quinto segmento transversal 255, do terceiro segmento longitudinal 243 e uma segunda cauda livre 256b do sexto segmento transversal 256 são tecidos conjuntamente de maneira não-interligada, com respectivos planos de não-interligação 267, 264 e 268.

[0093] Na segunda zona de cruzamento de camada C2” as camadas cruzam-se, de modo que as camadas de fios das caudas livres 250a e 250b são estendidas em direção ao terceiro segmento longitudinal 243, enquanto as camadas de fios, compondo as segundas caudas livres 255b, 256b, dos primeiro e segundo segmentos transversais 255, 256, vêm do segundo segmento longitudinal 242.

[0094] Finalmente, a jusante da quarta zona não-interligada D4”, começa uma quinta zona não-interligada D5”, em que a tecelagem não-interligada das segundas caudas livres 255b, 256b, dos primeiro e segundo segmentos transversais 255, 256, continua, enquanto a tira vindo do terceiro segmento longitudinal 243 divide-se em uma maneira análoga à primeira forma realização, a fim de formar os sétimo e oitavo segmentos transversais 257 e 258.

[0095] Uma vez a tecelagem tenha terminado, as caudas livres 250a e 250b são cortadas, a fim de formar respectivamente a segunda cauda livre 251b do primero segmento transversal 251 e a primeira cauda livre 255a do quinto segmento transversal 255, e também a segunda cauda livre 252b do segundo segmento transversal 252 e a primeira cauda livre 256a da sexta passagem transversal 256.

[0096] As primeira e segunda caudas livres de cada um dos segmentos transversais 251, 252, 255 e 256 são então dobradas em direção entre si, como mostrado pelas setas, a fim de assumir suas posições transversais finais. Adesivo ou costura pode ser provido entre cada uma das primeira e segunda caudas livres. Os segmentos transversais 251,252, 255 e 256, respectivamente, formam as plataformas de base do lado da pressão e do lado de sucção 31 e 32 e as plataformas de topo do lado da pressão e lado de sucção 35 e 36 da pá 20.

[0097] Uma vez as caudas livres 250a e 250b tenham sido cortadas, os fios flutuantes c’, que existem na superfície do segundo segmento longitudinal 242, ficam disponíveis e podem ser cisalhados.

[0098] Finalmente, os terceiro, quarto, sétimo e oitavo segmentos transversais 253,254, 257 e 258 sejam dobrados para fora, como mostrado pelas setas, de modo a ocuparem suas posições transversais finais: eles formam, respectivamente, os flanges de base 33 e 34 e os flanges de topo 37 e 38.

[0099] Tal configuração final para a preforma 240 é mostrada na Figura 8B. O método de formar a pá 20 desta preforma 240 é análogo àquele da primeira forma realização.

[0100] A Figura 10A mostra uma quarta forma realização de uma preforma tecida tridimensionalmente 340, que possibilita uma quarta forma realização de uma pá ser realizada. Diferente das primeiras três formas de realização descritas acima, esta quarta forma realização não representa uma pá guia do invólucro intermediário, porém, sem dúvida, uma pá da pá 2. Contudo, o método de tecelagem acima descrito pode igualmente bem ser adaptado a outros tipos de pá e também a outros tipos de pá. Sob tais circunstâncias, é possível, por exemplo, prover flanges fixadores de uma maneira análoga a qualquer uma das primeiras três formas de realização. A Figura 10B mostra a mesma preforma 340 após ela ter sido moldada.

[0101] A tecelagem desta preforma 340 é grandemente análoga àquela da primeira forma realização e não é, portanto, descrito novamente totalmente. A principal diferença reside no uso de não-interligação em uma configuração “relé”, tornando possível devotar somente N camadas de tecelagem para as plataformas, enquanto que 2N camadas são necessárias nas formas de realização acima.

[0102] Assim, de montante para jusante na direção da tecelagem T, a tecelagem começa com uma primeira zona não-interligada D1”’, em que o primero segmento transversal 351 e o primeiro segmento longitudinal 341 são tecidos conjuntamente de maneira não-interligada com um plano não-interligado 365 entre eles. Durante a tecelagem, o primero segmento transversal 351 assim estende-se ao longo de um primeiro lado do primeiro segmento longitudinal 341, o lado direito da figura.

[0103] A jusante da primeira zona não-interligada D1”’, começa uma segunda zona não-interligada D2”’, em que uma cauda livre 350 e um segundo segmento longitudinal 342 são tecidos conjuntamente de maneira não-interligada com um plano não-interligado 363 entre eles. Nesta segunda zona não-interligada D2”’, a cauda livre 350 se estende, assim, ao longo do segundo lado do segundo segmento longitudinal 342, isto é, o lado oposto do primero segmento transversal 351, à esquerda da figura. Assim, as camadas do primero segmento transversal 351 são estendidas no segundo segmento longitudinal 342, enquanto as camadas da cauda livre 350 são tiradas do primeiro segmento longitudinal 341.

[0104] Uma vez a tecelagem tenha sido completada, o segundo segmento transversal 352 é obtido cortando-se a cauda livre 350 de uma maneira análoga às formas de realização acima. Sob tais circunstâncias, o primero segmento transversal 351 e o segundo segmento transversal 352 são dobrados para fora ao longo das setas da Figura 10B, a fim de ocupar suas posições transversais finais: eles formam, respectivamente, as plataformas do lado de pressão e do lado de sucção da pá.

[0105] Outros aspectos da moldagem desta quarta forma realização de uma preforma 340 e do método de formar a pá final são igualmente análogos à moldagem e à formação descritas acima. Uma vez que esta preforma 340 é para uso em produzir uma pá de ventilador, pode ser visto que ela não tem um terceiro segmento longitudinal e que ela não tem terceiro e quarto segmentos transversais.

[0106] Várias transições de camada podem ser providas na interface entre as zonas não-interligadas D1”’ e D2”’. Em uma primeira configuração mostrada na Figura 11A, estas são não-interligações simples, em que as camadas do primero segmento transversal 351 são estendidas linearmente para dentro do segundo segmento longitudinal 342, a fim de formar suas camadas mais externas; igualmente, as camadas da cauda livre 350 são feitas linearmente das camadas mais externas do primeiro segmento longitudinal 341.

[0107] Pode ser observado neste ponto que o primeiro segmento longitudinal 341 pode receber considerável, próximo de sua extremidade de base, e pode, então, ser tornado mais fino indo em direção ao segundo segmento longitudinal 342, em particular fazendo-se uso de saídas de camada. Isto possibilita que a raiz de pá, que é para ser feita usando-se este primeiro segmento longitudinal 341, receba um formato de sambladura, possibilitando que ela seja montada nas fendas de um disco de ventilador, enquanto também assegurando que o aerofólio, que é derivado do segundo segmento longitudinal 342, seja adequadamente fino.

[0108] A Figura 11B mostra uma variante em que os cruzamentos de camada são providos na interface entre as zonas não-interligadas D1”’ e D2”’. Em tal variante, não são mais somente os fios mais externos do primeiro segmento longitudinal 341 ou do segundo segmento longitudinal 342, respectivamente, que são usados para formar o segundo segmento transversal 352 ou o primero segmento transversal 351, respectivamente: alguns dos fios destes segmentos transversais 351, 352, deste exemplo, são tirados das camadas mais próximas aos núcleos dos segmentos longitudinais 341, 342. O uso de tais teceduras provê melhor atenuação do desequilíbrio que pode ser gerado pela não-interligação D1”’ e D2”’ em uma configuração relé: a transição no nível de plataforma é assim tornada mais suave.

[0109] Uma vantagem específica desta quarta forma realização é reduzir o número de camadas devotadas à tecelagem das plataformas. Se cada plataforma possuir N camadas, somente uma espessura de N-camada é necessária, além das camadas dos segmentos longitudinais para fins de tecelagem de ambas plataformas, enquanto que duas vezes N camadas são necessárias nas primeiras três formas de realização, isto é, N camadas em cada um dos dois lados.

[0110] Uma primeira vantagem que se origina diretamente desta redução no número de camadas é a possibilidade de utilizar-se um tear em uma configuração que seja mais simples ou de se produzir pás que sejam mais espessas ou que sejam mais complexas.

[0111] Além disso, a transição de espessura na interface entre a raiz e o aerofólio é menor e isso é favorável.

[0112] Finalmente, esta técnica de tecelagem dá origem a menos detritos, desse modo naturalmente reduzindo os custos da produção: nesta quarta forma realização, somente uma cauda livre necessita ser cortada, diferente de duas caudas livres nas outras formas de realização.

[0113] As formas de realização descritas acima na presente descrição são dadas como ilustração não-limitante e, à luz desta descrição, uma pessoa hábil na técnica pode facilmente modificar estas formas de realização ou pode imaginar outras, enquanto permanecendo dentro do escopo da invenção.

[0114] Além disso, as várias características destas formas de realização podem ser usadas sozinhas ou em combinação. Quando elas são combinadas, estas características podem ser combinadas como descrito acima ou, de outro modo, a invenção não sendo limitada às combinações específicas descritas no presente relatório. Em particular, a menos que especificado ao contrário, qualquer característica descrita com referência a qualquer forma realização pode ser aplicada de maneira análoga a qualquer outra forma realização.

Claims

Preforma de fibra para uma pá de turbomáquina, obtida por tecelagem tridimensional monobloco, compreendendo:
um primeiro segmento longitudinal (241), adequado para formar uma raiz de pá (21);
um segundo segmento longitudinal (242), estendendo-se do primeiro segmento longitudinal (241) e adequado para formar uma parte de aerofólio (22); e
um primeiro segmento transversal (251), estendendo-se transversalmente da junção entre os primeiro e segundo segmentos longitudinais (241, 242), e adequado para formar uma primeira plataforma (31),
caracterizada pelo fato de que o primeiro segmento transversal (251) é formado por pelo menos partes de primeira e segunda caudas livres (251a, 251b) dobradas uma sobre outra, a dita primeira cauda livre (251a) sendo tecida conjuntamente e de maneira não-interligada com o dito primeiro segmento longitudinal (241), e ainda a dita segunda cauda livre (251b) sendo tecida conjuntamente e de maneira não-interligada com o dito segundo segmento longitudinal (242), um cruzamento de camada (C1”) sendo provido na junção entre os primeiro e segundo segmentos longitudinais (241, 242) de modo que os fios da primeira cauda livre (251a) se estendam no segundo segmento longitudinal (242), e de modo que os fios da segunda cauda livre (251b) venham do primeiro segmento longitudinal (241).
Preforma de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que inclui ainda um segundo segmento transversal (252), estendendo-se transversalmente da junção entre os primeiro e segundo segmentos longitudinais (241, 242), estendendo-se do primeiro segmento transversal (251) e indo para longe dele, adequado para formar uma segunda plataforma (32).
Preforma de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o número de camadas de fios e, assim, a espessura do segundo segmento longitudinal (242) variam.
Preforma de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que inclui um terceiro segmento transversal e um quarto segmento transversal (253, 254) estendendo-se transversalmente em cada lado da extremidade a montante do primeiro segmento longitudinal (241) na direção de tecelagem (T), e adequados para formar flanges de fixação (33, 34) da pá (20); e
em que os ditos terceiro e quarto segmentos transversais (253, 254) são tecidos conjuntamente de maneira não-interligada, a dita não-interligação (D1) terminando na extremidade a montante do primeiro segmento longitudinal (241).
Preforma de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que compreende ainda:
um terceiro segmento longitudinal (243) estendendo-se pelo segundo segmento longitudinal (242) e adequado para formar uma cabeça de pá (23); e
um quinto seguimento transversal (255) estendendo-se transversalmente da junção entre os segundo e terceiro segmentos longitudinais (242, 243) e adequado para formar uma terceira plataforma (35).
Pá para turbomáquina, compreendendo:
uma raiz de pá (21);
uma parte de aerofólio (22); e
uma plataforma (23), estendendo-se transversalmente do aerofólio (22), na junção entre a raiz de pá (21) e a parte de aerofólio (22);
a dita pá (20) sendo caracterizada pelo fato de que é feita de maneira monobloco de material composto, por meio de uma preforma de fibra (40) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, a dita preforma (40) sendo conformada em um molde e embutida em uma matriz.
Invólucro intermediário para turbomáquina, que conecta um invólucro externo (8) e um invólucro interno (9) definindo duas passagens concêntricas, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de pás (20) como definidas na reivindicação 6, arranjadas angularmente entre um cubo interno (11) e um revestimento externo (12).
Ventilador para turbomáquina, caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de pás (2) como definidas na reivindicação 6.
Turbomáquina, caracterizada pelo fato de que inclui pelo menos uma pá (20) como definida na reivindicação 6, ou um invólucro intermediário (10) como definido na reivindicação 7, ou um ventilador (2) como definido na reivindicação 8.