BR112016019941B1 - Método de fabricar um setor de um estator, setor para um estator de turbina, estator de motor de turbina, compressor de motor de turbina e motor de turbina - Google Patents

Abstract

SETOR DE ESTATOR PARA UM MOTOR DE TURBINA, E UM MÉTODO DE FABRICA-LO. Setor (100) para um estator de turbina, o setor incluindo uma pluralidade de palhetas (110) feitas de material composto, cada uma incluindo um aerofólio (111) se estendendo entre primeira e segunda extremidades (112, 113). O setor também possui primeira e segunda plataformas (120, 130) feitas de material composto, a primeira plataforma (120) tendo aberturas (121) em que as primeiras extremidades (112) das palhetas (110) estão engatadas, e a segunda plataforma (120) tendo aberturas (131) em que as segundas extremidades (113) das palhetas (110) estão engatadas. As aberturas (121) na primeira plataforma (120) apresentam dimensões maiores do que as dimensões das primeiras extremidades (112) das palhetas (110) engatadas em ditas aberturas (121) de modo a deixar a folga (J) entre a primeira extremidade (112) de cada palheta (110) e a abertura (121). Cada primeira extremidade de palheta (112) engatada em uma abertura (121) apresenta dimensões que são menores do que as dimensões do aerofólio (111) de modo a definir um ombro (1121) se estendendo ao redor de dita primeira extremidade (112). O ombro apresenta dimensões que são maiores do que as dimensões das aberturas (121) na primeira plataforma (120).

Description

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

[0001] A invenção relaciona-se a estatores de motor de turbina (turbomáquina). O campo específico é aquele de compressores ou conjuntos de palheta de guia de turbinas a gás para motores aeronáuticos ou turbinas industriais.

[0002] Melhorar o desempenho de motores de turbina e reduzir suas emissões poluentes conduz a enfrentar temperaturas operacionais cada vez mais altas. Para elementos nas porções quentes de motores de turbina, propostas foram, portanto feitas para usar materiais compostos de matriz de cerâmica (CMC). Estes materiais possuem propriedades termoestruturais notáveis, isto é, propriedades mecânicas que os fazem satisfatórios para constituir elementos estruturais, junto com a habilidade para conservar essas propriedades a altas temperaturas. Além disso, materiais de CMC são de densidade que é muito menos que a densidade dos materiais de metal usados tradicionalmente para elementos nas porções quentes de motores de turbina.

[0003] Assim, Documentos WO 2010/061140, WO 2010/116066 e WO 2011/080443 descrevem a fabricação de lâminas para rodas de rotor de motor de turbina fora de CMC com plataformas internas e externas incorporadas. O uso de materiais de CMC para bocais de turbina também foi proposto, em particular no Documento WO 2010/146288.

[0004] Um bocal de turbina convencional ou conjunto de palheta de guia de compressor feito de metal é composto de uma pluralidade de setores que são montados juntos, cada setor tendo uma plataforma interna, uma plataforma externa, e uma pluralidade de palhetas se estendendo entre as plataformas internas e externas e presas a isso. As plataformas internas e externas definem a passagem de fluxo de gás ou ar pelo bocal ou conjunto de palheta de guia. No lado de fora, as plataformas externas dos setores são presas a abas habilitando o bocal de turbina ou estator de compressor ser montado em uma cobertura.

[0005] Documento EP 1 213 484 descreve um estágio de estator de compressor feito de material de metal montando as palhetas entre uma cobertura interna e uma cobertura externa, as extremidades internas e externas das palhetas sendo presas respectivamente à cobertura interna e à cobertura externa por tiras únicas respectivas. Sob tais circunstâncias, travar as palhetas relativas às plataformas internas ou externas por meio de uma tira contínua eleva os problemas de alinhamento entre as palhetas. Especificamente, tal técnica de travamento exige uma grande quantidade de folga entre as palhetas a fim de habilita-las serem alinhadas relativas à tira. Tal folga é inaceitável em um bocal de baixa pressão ou estator desde que conduz a vazamentos excessivos e perdas de carga dentro do motor.

[0006] Documento EP 1 626 163 descreve um estator de compressor feito de material de metal tendo palhetas que são montadas entre uma cobertura interna e cobertura externa, com uma grande quantidade de folga sendo provida em particular entre as aberturas na cobertura interna e as extremidades internas das palhetas. Como para Documento EP 1 213 484, tal folga não pode ser tolerada onde a passagem interna está sendo definida desde que conduz a vazamentos excessivos no motor.

OBJETIVO E RESUMO DA INVENÇÃO

[0007] Um objetivo da invenção é prover um método habilitando que um setor de estator seja fabricado, em particular um bocal de turbina ou um conjunto de palheta de guia de compressor, fora de material composto enquanto reproduzindo as várias funções de um setor de metal, em particular a função de definir a passagem de fluxo de gás ou ar por meio de plataformas internas e externas e a função de fixação dentro de uma cobertura. Outro objetivo da invenção é habilitar tal setor de estator ser feito de maneira simplificada montando juntos elementos elementares, com isto sendo possível sem gerar vazamentos nos locais onde as palhetas e as plataformas são montadas juntas.

[0008] Este objetivo é alcançado por um método de fabricar um setor de um estator de motor de turbina, o método incluindo: • fazer uma pluralidade de espaços vazios de fibra de palheta de único pedaço; • moldar os espaços vazios de fibra a fim de obter pré-formas de fibra de palheta de único pedaço; • densificar as pré-formas de palheta com uma matriz a fim de obter palhetas de material composto, cada uma incluindo reforço de fibra constituído pela pré-forma e densificado pela matriz; • usinar cada palheta para formar uma primeira extremidade e uma segunda extremidade definindo entre elas um aerofólio, cada primeira extremidade tendo dimensões menores do que as dimensões do aerofólio de modo a definir um ombro se estendendo ao redor da primeira extremidade; • fazer aberturas respectivas ou entalhes na primeira e segunda extremidades das palhetas; • fazer um espaço vazio de fibra para uma primeira plataforma e um espaço vazio de fibra para uma segunda plataforma; • moldar os espaços vazios de fibra para obter uma pré-forma fibra de único pedaço para a primeira plataforma na forma de um arco circular e uma pré-forma de fibra de único pedaço para a segunda plataforma na forma de um arco circular; • densificar as pré-formas para a primeira e segunda plataformas com uma matriz a fim de obter primeira e segunda plataformas feitas de material composto e na forma de arcos circulares incluindo reforço de fibra constituído pela pré-forma e densificado pela matriz; • fazer aberturas na primeira e segunda plataformas, as aberturas da primeira plataforma apresentando dimensões maiores do que as dimensões das primeiras extremidades das palhetas, o ombro se estendendo ao redor de cada primeira extremidade apresentando dimensões maiores do que as dimensões das aberturas na primeira plataforma; • engatar as segundas extremidades das palhetas nas aberturas da segunda plataforma; • colocar um elemento travamento em cada abertura ou entalhe nas segundas extremidades das palhetas; • engatar as primeiras extremidades das palhetas nas aberturas da primeira plataforma; e • colocar um elemento travamento em cada abertura ou entalhe nas primeiras extremidades das palhetas.

[0009] Assim, fazendo aberturas na primeira plataforma que apresentam dimensões maiores do que as dimensões das primeiras extremidades das palhetas e fazendo um ombro que se estende ao redor de cada primeira extremidade que apresenta dimensões maiores do que as dimensões de uma abertura na primeira plataforma, é possível deixar folga entre as extremidades internas das palhetas e as aberturas na plataforma interna de modo a faze-las mais fácil montar juntas. Especificamente, quando as segundas extremidades das palhetas já estão engatadas dentro e presas às aberturas na segunda plataforma que é de forma circularmente curvada, não é mais possível engatar as primeiras extremidades das palhetas nas aberturas na primeira plataforma, a menos que essas aberturas sejam de dimensões suficientes para deixar folga relativa às primeiras extremidades das palhetas. Em contraste, desde que as primeiras extremidades das palhetas estão cercadas por ombros respectivos de dimensões maiores do que as dimensões das aberturas na primeira pré-forma, os ombros servem para mascarar da passagem de fluxo a folga que está presente entre as primeiras extremidades e as aberturas na primeira plataforma, por esse meio habilitando o estator ser estanque a vazamento onde o interior da passagem está definido.

[0010] Além disso, escolher prover folga para facilitar montagem entre as palhetas e as plataformas habilita as palhetas serem produzidas em massa a um projeto comum, e consequentemente torna possível reduzir o número de tipos diferentes de parte necessárias para fazer um setor de estator. Isto serve para reduzir o tempo e o custo de fabricar tal setor de estator.

[0011] De acordo com uma característica particular do método da invenção, as palhetas, a primeira plataforma, a segunda plataforma, e os elementos de travamento são feitos de material composto de matriz de cerâmica (CMC).

[0012] A invenção também provê um setor para um estator de turbina, o setor incluindo uma pluralidade de palhetas de material composto incluindo reforço de fibra densificado por uma matriz, cada palheta tendo um aerofólio se estendendo entre uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, dito setor também incluindo uma primeira plataforma e uma segunda plataforma, as plataformas estando na forma de arcos circulares e feitas de material composto incluindo reforço de fibra densificado por uma matriz, a primeira plataforma tendo aberturas nas quais as primeiras extremidades das palhetas estão engatadas, e a segunda plataforma tendo aberturas nas quais as segundas extremidades das palhetas estão engatadas, o setor sendo caracterizado pelo fato de que as aberturas na primeira plataforma apresentam dimensões que são maiores do que as dimensões das primeiras extremidades das palhetas engatadas em ditas aberturas de modo a deixar folga entre as primeiras extremidades de cada uma das palhetas e as aberturas, e pelo fato de que cada primeira extremidade de palheta engatada em dita abertura apresenta dimensões menores do que as dimensões do aerofólio de modo a definir um ombro se estendendo ao redor de dita primeira extremidade, o ombro apresentando dimensões maiores do que as dimensões das aberturas da primeira plataforma e entrando em contato com a superfície da primeira plataforma.

[0013] De acordo com uma primeira característica do setor da invenção, a porção da segunda extremidade de cada palheta se estendendo além da segunda plataforma inclui pelo menos uma abertura ou entalhe no qual um elemento de travamento está colocado.

[0014] De acordo com uma segunda característica do setor da invenção, a porção da primeira extremidade de cada palheta se estendendo além da primeira plataforma inclui pelo menos uma abertura ou entalhe no qual um elemento de travamento está colocado.

[0015] De acordo com uma terceira característica do setor da invenção, as palhetas, a primeira plataforma, e a segunda plataforma são feitas de material composto de matriz de cerâmica (CMC).

[0016] De acordo com uma quarta característica do setor da invenção, a primeira plataforma corresponde à plataforma interna do setor de estator e pelo fato de que a primeira extremidade do aerofólio corresponde à extremidade interna de dito aerofólio, a segunda plataforma correspondendo à plataforma externa de dito setor de estator e a segunda extremidade do aerofólio correspondendo à extremidade externa de dito aerofólio.

[0017] A presente invenção também provê: • um estator de motor de turbina tendo uma pluralidade de setores da invenção; • um compressor de motor de turbina tendo um estator da invenção; e • um motor de turbina tendo um compressor da invenção.

DESCRIÇÃO BREVE DOS DESENHOS

[0018] A invenção pode ser melhor entendida partir da descrição seguinte dada por meio de indicação não limitante, e com referência aos desenhos acompanhantes, em que: • Figuras 1A e 1B são vistas de perspectiva de um setor de estator de motor de turbina conforme uma concretização da invenção; • Figura 2 é uma ilustração altamente diagramática de fazer um espaço vazio de fibra tecida de múltiplas camadas para fazer uma palheta do setor de estator mostrado nas Figuras 1A e 1B; • Figura 3 mostra uma pré-forma de fibra feita do espaço vazio de fibra da Figura 2 para uma palheta de setor de estator como mostrado nas Figuras 1A e 1B; • Figura 4 é uma vista de perspectiva de uma palheta feita de material composto para o setor de estator das Figuras 1A e 1B como obtida da pré-forma de fibra da Figura 3; • Figura 5 é uma ilustração altamente diagramática de fazer um espaço vazio de fibra tecida de múltiplas camadas para fazer uma plataforma interna do setor de estator das Figuras 1A e 1B; • Figura 6 mostra uma pré-forma de fibra para uma plataforma interna de • m setor de estator como mostrado nas Figuras 1A e 1B sendo feita do espaço vazio de fibra da Figura 5; • Figura 7 é uma vista de perspectiva da plataforma interna feita de material composto para o setor de estator das Figuras 1A e 1B como obtida da pré-forma de fibra da Figura 6; • Figura 8 é uma vista de perspectiva da plataforma externa feita de material composto para o setor de estator das Figuras 1A e 1B; • Figura 9 é uma vista de perspectiva mostrando a plataforma externa e as palhetas sendo montadas juntas enquanto fazendo o setor de estator das Figuras 1A e 1B; • Figura 10 é uma vista de perspectiva mostrando a plataforma interna e as palhetas sendo montadas juntas enquanto fazendo o setor de estator das Figuras 1A e 1B; • Figura 11 é uma vista de baixo mostrando a folga presente entre as extremidades internas das palhetas e as aberturas na plataforma interna; • Figura 12 é uma vista de seção em linha XII - XII da Figura 11 mostrando a folga presente entre as extremidades internas das palhetas e as aberturas na plataforma interna; e • Figura 13 é uma vista de perspectiva de um estator de motor de turbina formado unindo uma pluralidade de setores de estator das Figuras 1A e 1B.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[0019] A invenção é aplicável a vários tipos de estator de turbina a gás, e em particular bocais de baixa pressão ou conjuntos de palheta de guia de um motor de turbina.

[0020] Figuras 1A e 1B mostram um setor de estator 100 conforme uma concretização e correspondendo a uma porção de um bocal de baixa pressão de um motor de turbina. O estator 100 neste exemplo tem quatro palhetas 110, uma plataforma interna 120, e uma plataforma externa 130, as plataformas internas e externas 120 e 130 estando na forma de arcos circulares.

[0021] Ao longo do relatório, o termo "plataforma externa" ou "plataforma interna" é usado intercambiavelmente para designar tanto uma plataforma de duas funções tendo uma porção formando uma plataforma para constituir uma passagem de fluxo e uma porção formando abas de fixação ou ganchos ou bicos, ou senão uma plataforma de função única que está limitada a só uma destas porções.

[0022] O termo "plataforma para constituir uma passagem de fluxo" é usado para designar um elemento formando uma porção de uma parede externa ou interna definindo a passagem de fluxo de gás em uma turbina por um bocal de turbina ou a passagem de fluxo de ar em um compressor por um conjunto de palheta de guia de compressor.

[0023] Ao longo do relatório presente, os termos "interno" e "externo" são usados com referência à posição ou orientação relativa ao eixo da turbina.

[0024] A plataforma externa 130 inclui uma plataforma 132 constituindo uma passagem de fluxo. No lado de fora da plataforma 132 constituindo uma passagem de fluxo, se projetam uma aba de fixação a montante 133 e uma aba de fixação a jusante 134 na forma de setores angulares de seção substancialmente em forma de S. As abas de fixação 133, 134 se estendem através do mesmo ângulo como a plataforma 132. A porção de extremidade das abas 133, 134 apontam respectivamente a montante e a jusante e são para serem engatadas em ganchos levados por uma cobertura de motor aeronáutico (não mostrada nas Figuras 1A e 1B) de um modo semelhante àquele usado para um bocal de turbina de metal.

[0025] Ao longo do relatório, os termos "a montante" e "a jusante" são usados relativos à direção de fluxo do corrente de gás pelo motor de turbina.

[0026] A plataforma externa 120 tem uma plataforma 122 constituindo uma passagem de fluxo. No lado de dentro da plataforma interna 120 se projetam ganchos a montante e a jusante 123 e 124 que estão na forma de setores anulares de seção substancialmente em forma de C, e eles estão dobrados respectivamente a jusante e a montante.

[0027] Os ganchos 123 e 124 são para apoiar e reter axialmente em posição um sistema de vedação para os discos de rotor adjacentes no motor (não mostrado nas Figuras 1A e 1B).

[0028] Cada palheta inclui um aerofólio 111 que se estende entre uma extremidade interna 112 e uma extremidade externa 113. A plataforma interna 120 tem aberturas 121 nas quais as extremidades internas 112 das palhetas 110 estão engatadas, enquanto a plataforma externa 130 tem aberturas 131 nas quais as extremidades externas 113 das palhetas 110 estão engatadas. A plataforma interna 120 é presa às extremidades internas 112 das palhetas 110 por conexões do tipo de encaixe e pino feitas por elementos de travamento ou chavetas 140, cada uma inserida em uma abertura ou entalhe 1120 formado na porção de cada extremidade interna 112 que está situada além da plataforma interna 120 (Figura 1B). A plataforma externa 130 é presa às extremidades externas 113 das palhetas 110 por uma conexão do tipo de encaixe e pino provida por elementos de travamento ou chavetas 150, cada uma inserida em uma abertura ou entalhe 1130 formado na porção de cada extremidade externa 113 que está situada além da plataforma interna 120 (Figura 1A).

[0029] Conforme a invenção, as palhetas 110, a plataforma interna 120, a plataforma externa 130, e os elementos de travamento 140 e 150 são cada um feito independentemente um do outro.

[0030] Figura 2 é uma vista altamente diagramática de um espaço vazio de fibra 200 do qual uma pré-forma de fibra de palheta pode ser formada de modo que depois de ser densificada com uma matriz e usinada, uma palheta de material composto seja obtida tais como as palhetas 110 mostradas nas Figuras 1A e 1B.

[0031] Neste exemplo, o espaço vazio 200 é obtido por tecelagem tridimensional ou tecelagem de múltiplas camadas entre uma pluralidade de fios de urdidura e trama. Depois de formar, o espaço vazio de fibra 200 é para constituir uma pré-forma de palheta. O espaço vazio 200 pode apresentar espessura variada que é determinada como uma função da espessura do perfil da palheta que é para ser feita.

[0032] Uma pré-forma de fibra 300 da lâmina que é para ser feita é então obtida moldando, com o espaço vazio 200 sendo deformado de modo a reproduzir o perfil curvado da palheta, como mostrado na Figura 3. Depois de densificação inicial servindo para obter uma pré-forma que é capaz de conservar sua forma, a pré-forma 300 é usinada de modo a formar uma porção de pré-forma constituindo o aerofólio, uma porção de pré-forma constituindo a extremidade interna da palheta apresentando dimensões menores do que as dimensões da porção de pré-forma para o aerofólio e incluindo uma abertura ou entalhe, e uma porção de pré-forma para a extremidade externa da palheta apresentando dimensões menores do que aquelas da porção de pré-forma para o aerofólio e incluindo uma abertura ou entalhe. Como mostrado na Figura 4, uma palheta 110 é assim obtida que inclui o aerofólio 111 que se estende entre uma extremidade interna 112 e uma extremidade externa 113, cada uma tendo uma abertura respectiva 1120, 1130. Embora a extremidade interna 112 seja de uma forma semelhante àquela do aerofólio 111, não obstante é de dimensões que são menores do que as dimensões do aerofólio de modo a definir um ombro 1121 que se estende ao redor da extremidade interna 112. Igualmente, embora a extremidade externa 113 seja de uma forma semelhante à forma do aerofólio 111, não obstante apresenta dimensões que são menores do que aquelas do aerofólio de modo a definir um ombro 1131 que se estende todo ao redor da extremidade interna 113.

[0033] Em uma concretização, os fios que são usados podem ser fios de carboneto de silício (SiC) que são adquiríveis sob o nome "Nicalon" do fornecedor japonês Nippon Carbon e apresentando uma contagem de filamento de 0,5K (500 filamentos).

[0034] Naturalmente, dependendo das contagens de filamento dos fios disponíveis, várias combinações de números de camadas de fios e variações de compactação e de contagem de filamento podem ser adotadas para o perfil que é para ser obtido.

[0035] Por meio de exemplo, para tecer o espaço vazio de fibra 200, a tecelagem usada pode envolver tecer múltiplas camadas com uma textura do tipo cetinosa ou de multi-cetim. Outros tipos de tecelagem de múltiplas camadas poderiam ser usados, por exemplo, tecelagem de múltiplas camadas com uma textura de multi-lisa ou com uma textura intertravada. Uma textura intertravada é uma textura na qual cada camada de fios de trama interliga uma pluralidade de camadas de fios de urdidura com todos os fios em uma dada coluna de trama tendo o mesmo movimento no plano de textura.

[0036] Vários modos de tecelagem de múltiplas camadas são descritos em particular em Documento WO 2006/136755, o conteúdo de qual está incorporado aqui por meio de referência.

[0037] O espaço vazio de fibra que é para formar o reforço de fibra da palheta também pode ser obtido empilhando uma pluralidade de camadas de: • tecido unidimensional (UD); • tecido bidimensional (2D); • trança; • tecido tricotado; • feltro; e/ou • folha unidirecional (UD) de fios ou estopas ou folhas multidirecionais (nD) obtidas sobrepondo uma pluralidade de folhas de UD em direções diferentes e interligando as folhas de UD, por exemplo cosendo, por um agente de união química, ou através de inserção de agulhas.

[0038] As camadas são interligadas, por exemplo, cosendo, implantando fios ou elementos rígidos, ou através de inserção de agulhas.

[0039] Figura 5 é uma vista altamente diagramática mostrando um espaço vazio de fibra 400 para formar o reforço de fibra da plataforma interna e de qual é possível formar uma pré-forma de fibra de plataforma interna depois de uma densificação inicial com uma matriz servindo para obter uma pré-forma capaz de conservar sua forma, e então usinando dita pré-forma densificada a fim de obter uma plataforma interna 120 como mostrada nas Figuras 1A e 1B.

[0040] No exemplo agora descrito, o espaço vazio de fibra 400 é obtido, como mostrado diagramaticamente na Figura 5, por tecelagem de múltiplas camadas sendo uma pluralidade de camadas de fios de urdidura e uma pluralidade de camadas de fios de trama. A tecelagem de múltiplas camadas pode em particular envolver uma textura intertravada, isto é, uma textura na qual cada camada de fios de trama interliga uma pluralidade de camadas de fios de urdidura com todos os fios de uma dada coluna de trama tendo os mesmos movimentos no plano de textura.

[0041] O espaço vazio 400 tem primeira e segunda porções 410 e 420 que são para formar respectivamente a plataforma 122 constituindo a passagem de fluxo e os ganchos 123 e 124. Durante tecelagem, primeira e segunda linhas 401 e 402 de não interligação são feitas dentro do espaço vazio de fibra entre duas camadas sucessivas de fios de urdidura situadas ao limite entre as porções 410 e 420 e através de duas zonas respectivas 403 e 404 de não interligação. As porções 410 e 420 estão interligadas em uma zona de interligação 405 situada entre as duas zonas 403 e 404 de não interligação. A não interligação começando nas linhas 401 e 402 serve para formar duas porções respectivas 421 e 422 que podem ser dobradas enquanto formando o espaço vazio a fim de acabar formando os ganchos 123 e 124.

[0042] O espaço vazio de fibra que é para formar a plataforma interna também pode ser obtido montando juntos dois tecidos de fibra correspondendo respectivamente à primeira e segunda porções 410 e 420 do espaço vazio de fibra 400 descrito acima. Sob tais circunstâncias, os dois tecidos de fibra são interligados, por exemplo cosendo ou por agulhas, só na zona de interligação 405 de modo a formar duas porções 421 e 422 que podem ser dobradas enquanto o espaço vazio está sendo formado a fim de acabar formando os ganchos 123 e 124. Os dois tecidos de fibra correspondendo respectivamente à primeira e segunda porções 410 e 420 pode cada um em particular ser obtido de uma camada ou uma pilha de uma pluralidade de camadas de: • tecido unidimensional (UD); • tecido bidimensional (2D); • trança; • tecido tricotado; • feltro; e/ou • folha unidirecional (UD) de fios ou estopas ou folhas multidirecionais (ND) obtidas sobrepondo uma pluralidade de folhas de UD em direções diferentes e interligando as folhas de UD, por exemplo cosendo, por um agente de união química, ou através de inserção de agulhas.

[0043] Ao empilhar uma pluralidade de camadas, elas são interligadas, por exemplo, cosendo, implantando fios ou elementos rígidos, ou através de inserção de agulhas.

[0044] Figura 6 é uma vista altamente diagramática de uma pré-forma de fibra 500 para a plataforma interna que é para ser feita, e que é obtida subsequentemente moldando e deformando a pré-forma inteira a fim de obter uma forma geral circularmente curvada, com a porção 410 sendo deformada de modo a reproduzir formas semelhantes àquelas da superfície interna para reconstituir a passagem de fluxo, e com as porções 421 e 422 da porção 420 sendo dobrada de modo a reproduzir formas semelhantes àquelas das porções de prendedor do gancho.

[0045] Depois de densificação inicial, a pré-forma 500 é usinada a fim de formar uma abertura de forma e dimensões equivalentes àquelas da plataforma interna que é para ser feita.

[0046] Como mostrado na Figura 7, isto produz uma plataforma interna 120 de forma circularmente curvada tendo uma plataforma 122 constituindo uma passagem de fluxo, ganchos 123, 124, e aberturas 121 de forma equivalente à forma das extremidades internas 112 das palhetas 110, mas de dimensões que são maiores do que as dimensões das extremidades internas 112, como explicado abaixo.

[0047] A plataforma externa 130 mostrada na Figura 8 é obtida da mesma maneira como aquela descrita acima para fazer a plataforma interna 120. As etapas envolvidas em fazer a plataforma externa não são, portanto descritas novamente por motivo de simplicidade. A plataforma externa 130 como obtida deste modo é de forma circularmente curvada e tem a plataforma 132 constituindo uma passagem de fluxo, abas de fixação 133, 134, e aberturas 131 de forma equivalente à forma das extremidades externas 113 das palhetas 110, mas de dimensões maiores do que as dimensões das extremidades externas 113, como explicado abaixo.

[0048] A fim de evitar ter coeficientes diferenciais de expansão térmica entre as palhetas e as plataformas, estes elementos são preferivelmente todos feitos dos mesmos tipos de fibras e matriz.

[0049] Segue uma descrição de fazer um setor de estator montando partes preparadas previamente juntas. Como mostrado na Figura 9, a montagem começa montando as palhetas 110 com a plataforma externa 130. Para este propósito, as extremidades externas 113 das palhetas 110 são engatadas nas aberturas 131 da plataforma externa 130. Um elemento de travamento 150, preferivelmente feito do mesmo material composto como a palheta e a plataforma, é então inserido e unido adesivamente em cada uma das aberturas 1130 das extremidades externas 113 se projetando acima da plataforma externa 130 de modo a prender a montagem entre a plataforma externa 130 e cada uma das palhetas 110.

[0050] Depois disso, a plataforma interna 120 é montada com as palhetas 110 engatando as extremidades internas 112 das palhetas das aberturas 121 da plataforma interna 120, como mostrado na Figura 10. Um elemento de travamento 140, que é preferivelmente feito do mesmo material composto como a palheta e a plataforma, é então inserido e unido adesivamente em cada uma das aberturas 1120 das extremidades externas 112 presentes em baixo da plataforma interna 120 de modo a prender a montagem entre a plataforma interna 120 e as palhetas 110.

[0051] A montagem é então sujeita à densificação que habilita ligações serem criadas entre as partes a suas interfaces de montagem por co-densificação.

[0052] Montagem entre as palhetas 110 e a plataforma interna 120 é possível só por causa da presença de folga entre as extremidades internas 112 das palhetas 110 e as aberturas 121 na plataforma interna. Especificamente, a fim de obedecer a forma circular do estator final, o setor de estator que é para ser feito precisa corresponder a uma porção de um círculo tendo seu raio de curvatura definido pelas plataformas interna e externa. Sob tais circunstâncias, as palhetas 110 são arranjadas radialmente entre as plataformas interna e externa, e uma das duas plataformas não pode ser ancorada com as palhetas em uma direção normal ao eixo das palhetas. Na modalidade agora descrita, é a plataforma externa 130 que é ancorada inicialmente com as palhetas 110. Ancoragem pode assim acontecer ao longo da normal aos eixos das palhetas, assim não há nenhuma necessidade para deixar folga entre as extremidades externas 113 das palhetas e as aberturas 131 na plataforma externa 130. Em contraste, uma vez que as palhetas 110 são montadas e presas à plataforma externa 130 de modo a apresentar uma forma circularmente curvada, não é possível engatar as extremidades internas 112 das palhetas nas aberturas 121 da plataforma interna 120 sem alguma folga sendo provida na direção de ancoragem entre estas aberturas e as extremidades internas das palhetas.

[0053] Como mostrado nas Figuras 11 e 12, desde que as aberturas 121 sejam de dimensões maiores do que as dimensões das aberturas 121, a folga J está presente entre as extremidades internas 112 e as aberturas 121 na direção de ancoragem entre estes elementos. Esta folga J é distribuída como uma função da posição da palheta para ancoragem com a plataforma interna. A folga J é distribuída em ambos os lados das extremidades internas 112 das palhetas 110 situadas no centro da plataforma interna 120, enquanto que está situada principalmente em um só lado das extremidades internas 112 das palhetas situadas nas extremidades da plataforma interna 120.

[0054] A folga J assim presente entre as extremidades internas 112 das palhetas 110 e das aberturas 121 da plataforma interna 120 assim habilita a plataforma ser montada com todas as palhetas que já foram montadas e presas à plataforma externa.

[0055] Além disso, a fim de manter vedação entre as palhetas e a plataforma interna na presença de tal folga, e a fim de evitar perdas de carga, cada uma das palhetas 110 tem um ombro 1121 que se estende ao redor da extremidade interna 112 e que apresenta dimensões que são maiores do que as dimensões das aberturas 121 na plataforma interna 120. Assim, depois que a plataforma interna 112 ancorou e foi presa às palhetas 110, os ombros 1121 entram em contato com a superfície de topo 112a da plataforma 112, assim tornando possível isolar a passagem de fluxo dos espaços presentes entre as extremidades internas 112 e as aberturas 121 (Figuras 11 e 12).

[0056] O setor de estator 100 é feito preferivelmente de material composto de matriz de cerâmica (CMC), isto é, partes compostas de reforço feito de fibras refratárias (fibras de carbono ou cerâmicas) e densificado com uma matriz que é pelo menos parcialmente cerâmica. Exemplos de materiais de CMC incluem compostos de C/SiC (reforço de fibra de carbono e matriz de carboneto de silício), compostos de C/C-SiC (reforço de fibra de carbono e matriz incluindo ambas uma fase de carbono, geralmente mais perto das fibras, e também uma fase de carboneto de silício), compostos de SiC/SiC (ambas fibras de reforço e matriz feitas de carboneto de silício), e compostos de óxido/óxido (ambas fibras de reforço e matriz feitas de alumina). Uma camada de interfase pode ser interposta entre as fibras de reforço e a matriz a fim de melhorar a resistência mecânica do material.

[0057] Densificação da pré-forma de fibra que é para formar o reforço de fibra de cada parte que é para ser feita consiste em encher os poros da pré-forma por todo ou parte de seu volume com o material que constitui a matriz. Esta densificação pode ser executada de maneira conhecida, ou usando uma técnica de líquido ou usando uma técnica de gás tal como infiltração de vapor químico (CVI), ou realmente usando ambas estas técnicas uma depois da outra.

[0058] A técnica de líquido consiste em impregnar a pré-forma com uma composição líquida contendo um precursor para o material da matriz. O precursor está normalmente na forma de um polímero, tal como uma resina de epóxi de alto desempenho, possivelmente diluída em um solvente. A pré-forma é colocada em um molde satisfatório para ser fechada de maneira lacrada de modo a deixar um rebaixo tendo a forma da parte final. Depois disso, o molde é fechado e o precursor líquido para a matriz (por exemplo, uma resina) é injetado ao longo do rebaixo a fim de impregnar toda da porção de fibra da pré-forma.

[0059] O precursor é transformado na matriz, isto é, é polimerizado, aplicando tratamento térmico, geralmente aquecendo o molde, depois de eliminar o solvente, se qualquer, e depois de curar o polímero, com a pré-forma continuando sendo contida no molde de forma casando com a forma da parte que é para ser feita.

[0060] Ao formar uma matriz cerâmica, o tratamento térmico consiste em pirolizar o precursor a fim de transformar a matriz em uma matriz de carbono ou cerâmica dependendo do precursor usado e condições de pirólise. Por exemplo, precursores líquidos de cerâmica, em particular de SiC, podem ser resinas dos tipos seguintes: policarbosilano (PCS), ou polititanocarbosilano (PTCS), ou polosilazano (PSZ). Uma pluralidade de ciclos sucessivos de impregnação para tratamento térmico pode ser executada a fim de alcançar um grau desejado de densificação.

[0061] A pré-forma de fibra também pode ser densificada de maneira conhecida por uma técnica de gás através de infiltração de vapor químico (CVI). A pré-forma de fibra correspondendo ao reforço de fibra da parte que é para ser feita é colocada em um forno no qual uma fase de gás de reação é admitida. A pressão e a temperatura dentro do forno e a composição da fase de gás são selecionadas de modo a habilitar a fase de gás se difundir dentro dos poros da pré-forma a fim de formar a matriz nisso depositando um material sólido no núcleo do material e em contato com as fibras, qual material sólido resulta de um dos componentes da fase de gás decompondo ou de uma reação entre uma pluralidade de componentes, como contrastado com as condições de pressão e temperatura que são específicas a métodos de deposição de vapor químico (CVD), que conduzem a material sendo depositado exclusivamente na superfície do material.

[0062] Uma matriz de SiC pode ser obtida usando metiltricolosilano (MTS) que dá SiC como resultado da decomposição de MTS.

[0063] Densificação combinando a técnica de líquido e a técnica de gás também pode ser usada a fim de facilitar trabalho, custos de limite, e reduzir ciclos de fabricação, enquanto não obstante obtendo características que são satisfatórias para a utilização planejada.

[0064] A primeira densificação executada individualmente em cada pré-forma de fibra para uma palheta, uma plataforma interna, uma plataforma externa, e elementos de travamento ser executada usando a técnica de líquido, a técnica de gás, ou uma combinação de ambas as técnicas.

[0065] Figura 13 mostra um estator 600 obtido unindo uma pluralidade de setores de estator 100 acima descritos, o estator 600 sendo satisfatório para constituir um bocal de baixa pressão para uma turbina de motor aeronáutico.

[0066] No setor de estator 100 acima descrito, folga é deixada entre as extremidades internas e as aberturas na plataforma interna de modo a tornar possível, ao fazer o setor de estator, montar as palhetas com a plataforma interna depois que elas foram montadas com a plataforma externa. Não obstante, a invenção não está limitada à montagem nessa ordem. O setor de estator da invenção poderia ser feito começando montando as palhetas com a plataforma interna e então com a plataforma externa. Sob tais circunstâncias, as aberturas na plataforma externa que são para receber as extremidades externas das palhetas apresentam dimensões maiores do que as dimensões das extremidades externas das palhetas para deixar folga entre as aberturas e as extremidades externas e assim habilitar a plataforma externa ser montada com palhetas que já foram montadas com a plataforma interna e presas a mesma.

Claims (10)

1. Método de fabricar um setor (100) de um estator de motor de turbina (600),o método compreendendo: fazer uma pluralidade de espaços vazios (200) de fibra de palheta de único pedaço; moldar os espaços vazios de fibra (200) a fim de obter pré-formas de fibra de palheta de único pedaço (300); densificar as pré-formas de palheta (300) com uma matriz a fim de obter palhetas de material composto (110), cada um incluindo reforço de fibra constituído pela pré-forma e densificado pela matriz; caracterizado pelo fato de que compreende usinar cada palheta (110) para formar uma primeira extremidade (112) e uma segunda extremidade (113) definindo entre elas um aerofólio (111), cada primeira extremidade (112) tendo dimensões menores do que as dimensões do aerofólio (11) de modo a definir um ombro (1121) se estendendo ao redor da primeira extremidade (112); fazer respectivas aberturas ou entalhes (1120; 1130) na primeira e segunda extremidades (112, 113) das palhetas (110); fazer um espaço vazio de fibra (400) para uma primeira plataforma e um espaço vazio de fibra para uma segunda plataforma; moldar os espaços vazios de fibra para obter uma pré-forma de fibra de único pedaço (500) para a primeira plataforma na forma de um arco circular e uma pré-forma de fibra de único pedaço para a segunda plataforma na forma de um arco circular; densificar as pré-formas para a primeira e segunda plataformas com uma matriz a fim de obter a primeira e segunda plataformas (120, 130) feitas de material composto e na forma de arcos circulares incluindo reforço de fibra constituído pela pré-forma e densificado pela matriz; fazer aberturas (121, 131) na primeira e segunda plataformas (120, 130), as aberturas (121) da primeira plataforma (120) apresentando dimensões maiores do que as dimensões das primeiras extremidades (112) das palhetas (110), o ombro (1121) se estendendo ao redor de cada primeira extremidade (112) apresentando dimensões maiores do que as dimensões das aberturas (121) na primeira plataforma (120); engatar as segundas extremidades (113) das palhetas (110) nas aberturas (131) da segunda plataforma (130); colocar um elemento de travamento (150) em cada abertura ou entalhe (1130) nas segundas extremidades (113) das palhetas (110); engatar as primeiras extremidades (112) das palhetas (110) nas aberturas (121) da primeira plataforma (120); e colocar um elemento de travamento (140) em cada abertura ou entalhe (1120) nas primeiras extremidades (112) das palhetas (110).

2. Método, de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as palhetas (110), a primeira plataforma (120), a segunda plataforma (130), e os elementos de travamento (140, 150) são feitos de material composto de matriz de cerâmica (CMC).

3. Setor (100) para um estator de turbina (600), o setor incluindo uma pluralidade de palhetas (110) de material composto incluindo reforço de fibra densificado por uma matriz, cada palheta (110) tendo um aerofólio (111) se estendendo entre uma primeira extremidade (112) e uma segunda extremidade (113), dito setor também incluindo uma primeira plataforma (120) e uma segunda plataforma (130), as plataformas estando na forma de arcos circulares de material composto incluindo reforço de fibra densificado por uma matriz, a primeira plataforma (120) tendo aberturas (121) em que as primeiras extremidades (112) das palhetas (110) estão engatadas, e a segunda plataforma (130) tendo aberturas (131) em que as segundas extremidades (113) das palhetas (110) estão engatadas, o setor sendo caracterizado pelo fato de que as aberturas (121) na primeira plataforma (120) apresentam dimensões que são maiores do que as dimensões das primeiras extremidades (112) das palhetas (110) engatadas em ditas aberturas (121) de modo a deixar a folga (J) entre as primeiras extremidades (112) de cada uma das palhetas (110) e as aberturas (121), e pelo fato de que cada primeira extremidade de palheta (112) engatada em dita abertura (121) apresenta dimensões menores do que as dimensões do aerofólio (111) de modo a definir um ombro (1121) se estendendo ao redor de dita primeira extremidade (112), o ombro apresentando dimensões maiores do que as dimensões das aberturas (121) da primeira plataforma (120) e entrando em contato com a superfície da primeira plataforma (120).

4. Setor, de acordo com reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a porção da segunda extremidade (113) de cada palheta (110) se estendendo além da segunda plataforma (130) inclui pelo menos uma abertura ou entalhe (1130) em que um elemento de travamento (150) é colocado.

5. Setor, de acordo com reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a porção da primeira extremidade (112) de cada palheta (110) se estendendo além da primeira plataforma (120) inclui pelo menos uma abertura ou entalhe (1120) em que um elemento de travamento (140) é colocado.

6. Setor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que as palhetas (110), a primeira plataforma (120), e a segunda plataforma (130) são feitas de material composto de matriz de cerâmica (CMC).

7. Setor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo fato de que a primeira plataforma (120) corresponde à plataforma interna do setor de estator (100) e pelo fato de que a primeira extremidade (112) do aerofólio (111) corresponde à extremidade interna de dito aerofólio, a segunda plataforma (130) correspondendo à plataforma externa de dito setor de estator (100) e a segunda extremidade (113) do aerofólio (111) correspondendo à extremidade externa de dito aerofólio.

8. Estator de motor de turbina (600), caracterizado pelo fato de que possui uma pluralidade de setores (100), tal como definido em qualquer uma das reivindicações 3 a 7.

9. Compressor de motor de turbina, caracterizado pelo fato de que possui um estator, tal como definido na reivindicação 8.

10. Motor de turbina, caracterizado pelo fato de que possui um compressor, tal como definido na reivindicação 9.

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