CN102958680A - 具有互补的奇数/偶数几何布局的涡轮机组叶片及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种由复合材料制成的涡轮机组叶片（100），该复合材料包括由纱线的三维编织而获得的纤维增强件，并且该纤维增强件通过基质进行致密化，所述叶片包括第一部分，该第一部分构成了叶片翼面（120）和叶根（130）。所述第一部分与构成叶片平台（140）的至少第二部分形成了单一件，那么所述叶片不具有抗摇摆叶片柄脚，或者所述叶片具有抗摇摆叶片柄脚，在这种情况下，该叶片则不具有叶片平台。所述第一部分还与构成了叶根扰流器板（160）的至少第三部分形成了单一件，那么该叶片不具有叶根擦拭器板，或者所述叶片具有叶根擦拭器板，在这种情况下，所述叶片则不具有叶根扰流器板。

Description

具有互补的奇数/偶数几何布局的涡轮机组叶片及其制造方法
技术领域
本发明涉及由包括纤维增强件的复合材料制成的涡轮机组叶片，该纤维增强件通过基质进行致密化。
预期的领域是用于航空发动机或工业涡轮机的燃气涡轮机叶片。
背景技术
已经提出了复合材料的涡轮机组叶片的制造。具体可以参考由SNECMA公司和SNECMA Propulsion Solide共同申请的国际专利申请PCT/FR2009/052309。该申请描述了由包括纤维增强件的复合材料制成的涡轮机组叶片的制造，该纤维增强件通过基质进行致密化。更精确地，该方法展现的特性在于，对通过三维编织制造的纤维坯件进行成形，从而获得具有第一部分和至少一个第二部分的整块的纤维预成型件，该第一部分构成翼面和叶根的预成型件，该至少一个第二部分构成内部平台或叶片外部平台预成型件。因此，在预成型件致密化之后，可以获得的叶片由具有纤维增强件的复合材料制成，并且与整合后的内部平台和/或外部平台形成单一件，该纤维增强件由预成型件构成并且通过基质进行致密化。
通过这种方法获得的叶片具有的缺点在于，其外部平台无法整合对于环绕叶片的壳体的密封功能（由于存在擦拭器）以及空气动力学功能（由于遮罩扰流器的存在，该扰流器对涡轮机中的气流流动路径的外侧进行限定）。
由SNECMA和SNECMA Propulsion Solide共同申请的法国专利申请No.09 58931描述了与整合后的内部平台和外部平台形成单一件的由复合材料制成的叶片的制造，该外部平台既提供密封功能又提供航空动力学功能。
然而，利用法国专利申请No.09 58931中描述的方法制造这种外表平台具体涉及到利用两层纤维结构进行成形和模塑操作，这些操作是完全可行的但是与单层结构相比执行起来会更为复杂。此外，由此制造的叶片并不包含抗倾斜壁。
另外，在损坏根据法国专利申请No.0958931描述的方法制造的叶片的外表平台的情况下，航空动力学功能和密封功能两者都会受到影响，这是因为外部平台在提供两种功能的单一件中形成。
发明内容
因此，对于涡轮机组的压缩机或涡轮机期望能够具有可由复合材料（特别是但并不必须是热结构复合材料，例如CMC）制成的可用的叶片，这些叶片制造起来相对简单，并且整合了所需的功能，特别是密封、流动通道的限定（航空动力学功能）和抗倾斜功能。
为此目的，根据本发明，提出了一种用于制造涡轮机组叶片的方法，该涡轮机组叶片由包括纤维增强件的复合材料制成，该纤维增强件通过基质进行致密化，所述方法包括：
-通过对整块纤维坯件进行三维编织而进行制造，
-对所述纤维坯件进行成形，以获得整块纤维的叶片预成型件，该叶片预成型件具有：
-第一部分，所述第一部分构成了翼面和叶根的预成型件，
-第二部分，该第二部分构成了叶片内部平台预成型件，那么所述叶片预成型件缺少叶片抗倾斜壁预成型件，或者所述第二部分构成了叶片抗倾斜壁预成型件，则所述叶片预成型件缺少叶片内部平台预成型件，以及
-第三部分，该第三部分构成了叶片外部平台扰流器板预成型件，那么所述叶片预成型件缺少叶片外部平台擦拭器板预成型件，或者
-第二部分，该第二部分构成了叶片抗倾斜壁预成型件，则所述叶片预成型件缺少叶片内部平台预成型件，以及
-第三部分，该第三部分构成了叶片外部平台扰流器板预成型件，那么所述叶片预成型件缺少叶片外部平台擦拭器板预成型件，或者该第三部分构成了叶片外部平台擦拭器板预成型件，那么所述叶片预成型件缺少叶片外部平台扰流器板预成型件，
-通过基质来对所述预成型件进行致密化，以便获得由具有纤维增强件的复合材料制成的叶片，所述纤维增强件由所述预成型件构成并且通过所述基质进行致密化，并且所述叶片与以下元件中的两个元件一起形成单一件：叶片内部平台、叶片抗倾斜壁、叶片外部平台扰流器，或者所述叶片与以下元件中的两个元件一起形成单一件：叶片抗倾斜壁、叶片外部平台扰流器和叶片外部平台擦拭器。
与专利申请No.0958931中描述的方法相比，本发明构想了第一叶片和第二叶片，所述第一叶片提供了以下功能的两种：径向向内流动路径的限定、径向向外流动路径的限定、密封和抗倾斜，所述第二叶片提供了并未被第一叶片提供的另外两个功能，这些功能的每一者都通过利用单层纹理来制造的叶片的多个不同部分来实现。这样制造的第一和第二叶片呈现了互补的几何布局，其通过依次地插入这些第一和第二叶片而可以提供翼面的面向每一个所述叶片的两个表面上所需的所有功能。
根据所述方法的一个有利特征，在与待制造的叶片的纵向方向相对应的所述纤维坯件的纵向方向上，所述纤维坯件包括第一组数层纱线和第二组数层纱线，所述第一组数层纱线相互连结以构成所述坯件的第一部分，该第一部分对应于所述叶片和叶根的预成型件，所述第二组数层纱线至少局部地相互连结以构成所述坯件的第二部分和所述坯件的第三部分，该第二部分对应于平台预成型件或者抗倾斜壁预成型件，该第三部分对应于叶片外部平台扰流器板预成型件或者擦拭器板预成型件，所述第一组纱线层的纱线并未连结到所述第二组纱线层的纱线，并且所述第一组纱线层在坯件的第二部分或每一个第二部分处被所述第二组纱线层的纱线穿过。
设置分隔区域允许在不切割连结纱线的条件下对所述纤维预成型件进行成形，因为这样的切割可能会降低纤维增强件的机械强度，由此降低制得的叶片的机械强度。
根据所述方法的另一个特征，所述纤维坯件与连续的第二组纱线层进行编织，并且所述纤维坯件的成形包括切除，意即，将位于所述纤维坯件的第二部分以及所述纤维坯件的第三部分外侧的所述第二组纱线层的多个部分切割掉。
根据所述方法的再一个特征，在所述第一组纱线层被所述第二组纱线层的纱线穿过的位置处或至少一个位置处，该第一组纱线层和第二组纱线层之间的交点沿循了并未与所述纤维坯件的纵向方向相正交的直线。
还可以制造由复合材料制成的叶片，其中内部平台和/或外部平台大体上与叶片的纵向方向非垂直地延伸。
根据所述方法的再一个特征，在所述纤维坯件的第一部分中并且在与沿着待制造叶片中的可变厚度的翼面轮廓延伸的方向对应的方向上，所述第一组纱线层在纵向方向中的纱线层数量是恒定的。所述第一组纱线的纱线重量可变和/或支数可变。
有利地，通过三维编织来制造条带，该条带包括一系列纤维坯件。这些纤维坯件接着可以被切割成条带。这些坯件可以被编织为使得待制造叶片的纵向方向处在纬线方向或者经线方向上。
根据本发明，还提出了一种由复合材料制成的涡轮机组叶片，所述复合材料具有纤维增强件，该纤维增强件通过对纱线进行三维编织而获得并通过基质进行致密化，所述叶片包括构成翼面和叶根的第一部分，
其特征在于，所述第一部分至少与以下部分构成了单一件：
-第二部分，该第二部分构成了叶片平台，那么所述叶片缺少叶片抗倾斜壁，或者所述第二部分构成了叶片抗倾斜壁（250），则所述叶片缺少叶片内部平台，以及
-第三部分，该第三部分构成了叶片外部平台扰流器板，那么所述叶片缺少叶片外部平台擦拭器板，或者
-第二部分，该第二部分构成了叶片抗倾斜壁，则所述叶片缺少叶片内部平台，以及
-第三部分，该第三部分构成了叶片外部平台扰流器板，那么所述叶片缺少叶片外部平台擦拭器板，或者该第三部分构成了叶片外部平台擦拭器板，那么所述叶片缺少叶片外部平台扰流器板。
本发明还提出了包括根据本发明的叶片的第一叶片和第二叶片的叶片组，所述第一叶片的第二部分构成了叶片内部平台，那么所述第一叶片缺少叶片抗倾斜壁，所述第一叶片的第三部分构成了叶片外部平台扰流器板，那么所述第一叶片缺少叶片外部平台擦拭器板，所述第二叶片的第二部分构成了叶片抗倾斜壁，则所述第二叶片缺少叶片内部平台，所述第二叶片的第三部分构成了叶片外部平台擦拭器板，那么所述第二叶片缺少叶片外部平台扰流器板。
根据实施方案的一个变型，本发明还提出了包括根据本发明的叶片的第一和第二叶片的叶片组，所述第一叶片的第二部分构成了叶片抗倾斜壁，那么所述第一叶片缺少叶片内部平台，所述第一叶片的第三部分构成了叶片外部平台扰流器板，那么所述第一叶片缺少叶片外部平台擦拭器板，所述第二叶片的第二部分构成了叶片内部平台，则所述第二叶片缺少叶片抗倾斜壁，所述第二叶片的第三部分构成了叶片外部平台擦拭器板，那么所述第二叶片缺少叶片外部平台扰流器板。
所述叶片可以由陶瓷基质的复合材料制成。
根据所述叶片的一个特征，构成纤维增强件的对应于叶片的第二部分的那个部分的纱线延伸穿过了纤维增强件的对应于叶片的第一部分的那个部分。
所述叶片的翼面能够具有可变厚度轮廓，所述纤维增强件的与所述叶片的第一部分对应的那部分在所述叶片的纵向方向上沿着该可变厚度轮廓具有恒定数量的纱线层（这些纱线层具有可变重量和/或支数），或者具有可变数量的纱线层。
本发明还涉及涡轮机组转子或者盘片，以及配备了多个诸如之前限定的叶片组的涡轮机组。
附图说明
通过以下参考所附附图以显示方式而非限制性地给出的描述将更好地理解本发明，在这些附图中：
-图1是具有整合的内部平台和外部平台扰流器的涡轮机组叶片的立体图；
-图2是具有整合的抗倾斜壁和外部平台擦拭器板的涡轮机组叶片的立体图；
-图3极为示意性地显示了三维编织纤维坯件中的两组纱线层的布置，该三维编织的纤维坯件旨在用于制造诸如如图1所示的叶片的纤维预成型件；
-图4和图5显示了以图3的纤维坯件开始来制造用于例如图1所示的叶片的纤维预成型件的连续的制造步骤；
-图6和图7显示了以图3的纤维坯件开始来制造用于例如图2所示的叶片的纤维预成型件的连续的制造步骤；
-图8是显示例如图1或图2中的叶片翼面的扁平轮廓的截面图；
-图9是可以获得例如图8中的轮廓的一组经纱层的截面图；
-图10A和10B是显示了对图1中的纤维坯件进行编织的一个方法的经线截面图；
-图11A为图3中的纤维坯件的一部分在平行于经线方向和纬线方向的平面中的局部截面图，该纤维坯件的一部分对应于翼面和叶片内部平台或者叶片抗倾斜壁之间的接合位置；
-图11B是图3中的纤维坯件的一部分的局部纬线截面图，该纤维坯件的一部分对应于翼面和叶片内部平台或者叶片抗倾斜壁之间的接合位置；
-图12A是图3中的纤维坯件的一部分在平行于经线方向和纬线方向的平面中的局部截面图，该纤维坯件的一部分对应翼面和叶片外部平台扰流器板或者叶片外部平台擦拭器板之间的接合位置；
-图12B是图3中的纤维坯件的一部分的局部截面图，该纤维坯件的一部分对应于翼面和叶片外部平台扰流器板或者擦拭器板之间的接合位置；
-图13A为显示在纤维坯件的一部分中的纬纱布置实例的纬线截面视图，该部分对应于翼根的一部分；
-图13B至13D为显示用于在图13A的纤维坯件部分中进行三维（多层）编织的实例的经线平面的纬线截面图；
-图14为显示与翼根对应的坯件的一部分的另一个实施方案的局部示意性截面图；
-图15和16极为示意性地显示了通过三维编织获得的编织成的纤维条带的两个实施方案，其包含了多个如图3中那样的纤维坯件；
-图17显示了用于根据本发明的涡轮机组叶片的制造方法的一个实施方案中的连续步骤；
-图18显示了用于根据本发明的涡轮机组叶片的制造方法的另一个实施方案中的多个连续步骤；
-图19显示了将与图1和图2中的叶片相似的多个叶片组装到涡轮机组转子。
具体实施方式
本发明可应用于具有整合的内部平台和/或外部平台的不同类型的涡轮机组，特别是不同燃气涡轮机本体的压缩机和涡轮机叶片，例如像图1和图2所示的低压（BP）涡轮机转子叶片。
图1中显示的第一叶片100以公知方式包括翼面120、由厚度更大的部分构成的根部130，该根部例如具有球形截面并通过柄脚132相连。翼面120在其根部130和其尖端121之间的纵向方向上延伸，并且在横截面中具有限定两个表面122和123的可变厚度的中凹轮廓，这两个表面分别对应于翼面120的上表面和下表面，并且每一个表面均连接翼面120的前缘120a和后缘120b。
叶片100通过将根部130插入到设置在转子周边处的形状匹配的凹口而组装在涡轮机转子（未示出）上。
根据本发明的一个实施方案，翼面120还包括叶片内部平台140和叶片外部平台扰流器板160。
更精确地，在其径向向内端部处，翼面120连接到叶片内部平台140，该叶片内部平台140的外表面（或上表面）142径向向内限定了气流f的流动通道。在其上游和下游端部部分中（在气流的流动方向f上），内部平台140以包覆扰流器144和146而终止。此外，在其上游端部部分和下游端部部分之间，内部平台140在其位于翼面120的表面123的侧面上的边缘上展现了凹进部分147，该凹进部分147的形状被限定成与以下将要描述的叶片200的表面222（上表面）相协作，并且叶片100被设计成与该表面222相协作。在其相对的边缘上，也就是存在于翼面120的侧面122上的边缘上，内部平台140展现出突起部分148，该突起部分148的形状被限定成与以下描述的翼面200的表面223（下表面）协作，并且叶片100被设计成与该表面223协作。
在所示的实例中，内部平台的表面142大致垂直于叶片的纵向方向。取决于气流的流动通道的内表面的所需轮廓，内部平台的表面142还可以倾斜，从而相对于叶片纵向方向的法向形成大致非零的角度。根据气流流动路径的内表面的期望轮廓，角度可以为零，或者表面142可以具有大致非直线的轮廓，例如为中凹的。
叶片120还在其径向向外端部处连接到叶片外部平台扰流器板160，该叶片外部平台扰流器板160在其内表面（下表面）161上径向向外限定气流f的流动通道。在其上游和下游端部部分处，叶片外部平台扰流器板160以包覆扰流器162和163而终止。
此外，在其上游端部部分和下游端部部分之间，叶片外部平台扰流器板160在其位于翼面120的表面123的侧面上的边缘上展现了凹进部分164，该凹进部分164被限定成与以下将要描述的翼面200的表面222（上表面）相协作，并且翼面100被设计成与该表面222相协作。在其相对的边缘上，也就是存在于翼面120的侧面122上的边缘上，叶片外部平台扰流器板160展现出突起部分165，该突起部分165的形状被限定成与以下描述的翼面200的表面223（下表面）协作，并且翼面100被设计成与该表面223协作。
在所示的实例当中，叶片外部平台扰流器板160的表面161大致垂直于叶片的纵向方向延伸。作为变型，取决于气流的流动通道的外表面的所需轮廓，表面161可以倾斜，从而相对于叶片纵向方向的法向形成大致非零的角度，或者表面161可以具有大致非直线的轮廓，例如为中凹的。
进一步地，翼面120在其径向内端部处缺少抗倾斜壁并且在其径向外端部处缺少叶片外部平台擦拭器。
图2显示了第二叶片200，该第二叶片200被设计成与叶片100相协作并且包括翼面220、由厚度更大的部分构成的根部230，该根部例如具有球形截面并通过柄脚232相连。翼面200在其根部230和其尖端221之间的纵向方向上延伸，并且在横截面中呈现了限定两个表面222和223的可变厚度的中凹轮廓，这两个表面分别对应于翼面200的上表面和下表面，并且每一个表面均连接翼面200的前缘220a和后缘220b。叶片200通过将根部230插入到设置在转子周边处的形状匹配的凹口而安装在涡轮机转子（未示出）上。
根据本发明的一个实施方案，在其径向端部处，翼面220连接到抗倾斜壁250，该抗倾斜壁250在其上游端部和下游端部处包括侧翼251和252，其能够在叶片安装在涡轮机转子上的时候防止叶片倾斜。
在其上游端部和下游端部之间，抗倾斜壁250在其位于翼面220的表面223的侧面上的边缘上呈现了凹进部分253，该凹进部分253的形状被限定成与之前所述的翼面100的表面122（上表面）相协作，并且叶片200被设计成与该凹进部分253协作。在其相对边缘上，亦即位于翼面220的侧面222上的边缘上，抗倾斜壁250呈现了突起部分254，该突起部分254的形状被限定成与以下描述的翼面100的表面123（下表面）相协作，并且叶片200被设计成与该突起部分254协作。
此外，在其径向外端部处，翼面220连接到叶片外部平台擦拭器板270部分。在其外表面（上表面）272上，叶片外部平台擦拭器板270限定了凹陷部或浴盆部273。沿着浴盆部273的上游和下游边缘，板270承载具有齿形轮廓的擦拭器274和275，这些擦拭器的尖端可以穿透到涡轮机环部（未显示）的可磨蚀材料层内，以便减小叶片尖端和涡轮机环部之间的间隙。
抗倾斜壁250的中心部分和叶片外部平台擦拭器板270的中心部分大致垂直于叶片的纵向方向延伸。作为变型，取决于气流的流动通道的外表面的所需轮廓，这些元件的中心部分可以倾斜，从而相对于叶片纵向方向的法向形成大致非零的角度，或者这些中心部分可以具有大致非直线的轮廓，例如为中凹的。
并且，翼面220在其径向内端部处缺少内部平台并且在径向外端部处缺少叶片外部平台扰流器板，这两个元件在翼面200组装到翼面100期间被组装到了翼面200上，其将会在以下进行解释。
因此，通过其内部平台140和其叶片外部平台扰流器板160，叶片100提供了限定通道的功能，通过其抗倾斜壁250和其叶片外部平台擦拭器板270，叶片200提供了抗倾斜和密封功能。
图3极为示意性地显示了纤维坯件300，能够通过该纤维坯件开始对纤维叶片预成型件进行成形，以便在通过基质进行致密化并且可能的机加工之后获得由复合材料制成的叶片，该叶片与图1所示的叶片100那样带有整合的内部平台和外部平台扰流器板。
坯件300由通过三维编织或多层编织而获得的两个部分302、304构成，图3中只是显示了这两个部分的外壳。部分302在成形之后被设计为构成纤维叶片预成型件的与翼面和叶根预成型件对应的一部分。该部分呈现出的表面302a被设计用于构成了翼面的下表面，并且呈现出的表面302b被设计用于构成了翼面的上表面。部分304在成形之后被设计用于构成纤维预成型件的对应于内部平台和叶片外部平台扰流器板预成型件的部分。
两个部分302、304的形式为基本在与待制造的叶片的纵向方向对应的方向X上延伸的条带。纤维条带302在其设计为形成叶片预成型件的部分中呈现出根据待制造叶片的翼面轮廓厚度而确定的可变厚度。在其设计为构成根部预成型件的部分中，纤维条带302呈现出根据待制造叶片的根部厚度确定的额外厚度303。
纤维条带302的宽度l根据待制造翼面的和叶根的已发展出的（扁平）轮廓的长度来选定，而纤维条带304的宽度L均大于根据待制造的叶片内部平台和外部平台扰流器板的已发展出的长度（或者是根据待制造的抗倾斜壁的已发展出的长度和叶片外部平台擦拭器板的已发展出的长度）而选定的l。
纤维条带304具有根据待制造的叶片内部平台和外部平台扰流器板的厚度（或者是根据抗倾斜壁和叶片外部平台擦拭器板的厚度）而确定的基本恒定的厚度。条带304包括第一部分304a、第二部分304b和第三部分305a，该第一部分沿着条带302的第一表面302a（下表面）且邻近该第一表面而延伸，该第二部分沿着条带302的第二表面302b（上表面）且邻近该第二表面而延伸，该第三部分沿着条带302的第一面302a且邻近该第一面而延伸。
部分304a和304b通过连接部分304c而连接，该连接部分在与待制造叶片的内部平台的位置对应的位置处相对于条带302横向地延伸。连接部分340c大致垂直于纤维坯件的纵向方向而延伸穿过条带。部分304b和305a通过连接部分350c而连接，该连接部分350c在于待制造的外部平台扰流器板的位置对应的位置处沿循波状轮廓而相对于条带302横向地延伸。取决于叶片的外部平台扰流器板的所需的几何布局，连接部分340c和/或连接部分350c可以穿过条带302，该条带302相对于坯件的纵向方向X的法向形成了非零角度。此外，连接部分340c和/或连接部分350c的轮廓可以是曲线而并非是如图所示的直线。
正如之后要更加详细描述的那样，通过三维编织而不在条带302和条带304的部分304a、304b和305a之间形成连结，并且通过在X方向上同时对多个连续坯件300进行连续编织，从而同时对条带302和304进行了编织。
图4至图6极为示意性地显示了如何能够由纤维坯件300开始来获得形状接近待制造叶片形状的纤维预成型件。
纤维条带302在一端处切穿了额外厚度303，并且在另一端处被切割成略微超过连接部分350c，以便获得对应于待制造叶片的纵向尺寸的条带320，其中膨胀部分330由额外厚度303的一部分构成并且位于与待制造叶片的根部位置对应的位置处。条带320展现了表面320a和表面320b，该表面320a被设计用于构成翼面的下表面侧，该表面320b被设计用于构成翼面的上表面侧。
此外，在条带304的部分304a和305a的端部处并在其部分304b中进行切断，从而留下了存留在连接部分340c任意侧上的区段340a和340b，以及留下了存留在连接部分350c的任一侧上的区段350a和350b，如图4所示。区段340a、340b和350a、350b的长度根据待制造叶片中的内部平台和外部平台扰流器板的长度来确定。
由于一方面在纤维坯件的条带302和部分304a、304b和305a之间缺乏连结，另一方面区段340a、340b、350a和350b能够在不切割纱线的条件下垂直于条带302折回，从而形成如图5所示的多个板件340、360。
随后通过利用条带302的变形而进行的模塑来获得待制造叶片的纤维预成型件400，以便再现叶片翼面的中凹轮廓。板件340、360也进行变形以再现与内部平台的形状和叶片外部平台扰流器板的形状相似的形状，如图6所示。由此获得的预成型件具有翼面预成型件部分420、根部预成型件部分430（带有柄脚预成型件）和内部平台预成型件和外部平台预成型件部分440、460。
图7极为示意性地显示了纤维预成型件500，其通过基质进行致密化并且可能的机加工之后可以获得由复合材料制成的叶片，与图2所示的叶片200那样，该叶片具有整合的抗倾斜壁和外部平台擦拭器板。通过在三个部分中进行三维编织或多层编织并且将这些部分切成区段（其已经在之前结合图3至图5进行了描述），并且通过利用条带的变形了来进行模塑从而再现了叶片翼面的中凹轮廓和以及利用上板和下板的变形来再现类似于抗倾斜壁和外部平台擦拭器板的形状，从而而获得了预成型件500，如图7所示。这样获得的预成型件500带有翼面预成型件部分520、根部预成型件550（带有柄脚预成型件）和抗倾斜壁预成型件以及外部平台擦拭器板预成型件部分550、570。
如下文所述，有利地，在对坯件的纤维进行处理并且使其渗透了固结复合物之后执行以纤维坯件开始制造叶片预成型件的各步骤。
下面将更为具体地描述用于纤维坯件300的三维编织方法。
可以设想利用在坯件的纵向方向X上延伸的经纱来进行编织，要指出的是，也可以利用在该方向上的纬纱进行编织。
通过使用重量可变的经纱来获得条带302的厚度在其宽度上的变化。作为变型或者作为补充，可以改变经纱的支数（在纬线方向上的每单位长度的纱线数目），在通过模塑而对预成型件进行成形的过程中，支数越少则越薄。
因此，为了获得如图8中的扁平突出部所示的叶片翼面轮廓，可以使用具有如图9所示的可变重量和支数的3层经纱。
在实施方案的一个实例中，所用纱线可以是由日本公司NipponCarbon提供的名为“Nicalon”的碳化硅（SiC）纱线，其重量（丝线数目）为0.5K（500根丝线）。
经线被制作为带有通过组合两根0.5K纱线而获得的0.5K SiC纱线和1K SiC纱线，这两根纱线通过包覆而组合。有利地利用能够在编织之后消除掉的临时性质的纱线来执行包覆，例如利用能够通过溶解于水中来消除的聚乙烯醇（PVA）制成的纱线。
下面的表I对于每一列经纱给出了支数（在轮廓长度上的纱线数目/cm）、0.5K纱线的数目、1K纱线的数目以及以mm计的轮廓厚度，后者在大约1mm和2.5mm之间变化：
表I
Figure BDA00002654559900131
自然，根据可获得的纱线重量，对于待获得的轮廓可以采用纱线层数目与支数变化值及重量的不同组合。
图10A、10B在经线截面中显示了编织物的两个连续平面，该编织物能够用于编织额外厚度303外侧的纤维坯件300。
纤维坯件300的条带302包括一组经纱层，层数在此例如等于3（层C11、C12、C13）。经纱通过三维编织而与纬纱t1连结。
条带304还包括一组经纱层，例如等于3（层C21、C22、C23），其通过三维编织而与纬纱t2连结，像条带302那样。
要注意的是，纬纱t1并不延伸到条带304的经纱层内，纬纱t2也并不延伸到条带302的经纱层内，其目的是使得它们不进行连结。
在所示实例中，编织是利用缎纹型或多重缎纹型编织物进行的多层编织。可以使用其它类型的三维编织，例如利用多重平织物的多层编织或者利用“联锁”型编织物的编织。“联锁编织”在此意指这样的编织：每层纬纱连接了若干层经纱，其中同一经线列的所有纱线其在编织物平面中具有相同路径。
特别在文献WO 2006/136755中描述了不同的三维编织方法。
图11A为平行于由图3中的纤维坯件的条带304的连接部分340c横穿条带302处的经线方向和纬线方向的截面图，该连接部分的经纱在截面中进行了观察。在该连接部分340c中，每层经纱在垂直于条带302的纬线方向上延伸。在编织期间，通过使得条带304的每个经纱独立地延伸穿过条带302的所有经纱和纬纱，从而提供了条带304从条带302的一侧到另一侧的通道。
图11B是由图3中的纤维坯件的条带304的连接部分340c横穿条带302处的纬线截面图。在所示的实例当中，如前所述，连接部分340c垂直于条带302的经线方向而延伸。然而，可以具有连接部分350c，取决于叶片外部平台扰流器板（或者外部平台擦拭器板）的所需定向，该连接部分350c进行延伸从而相对于经线方向的法向形成了非零角度。
图12A为平行于由图3中的纤维坯件的条带304的连接部分350c横穿条带302处的经线方向和纬线方向的截面图，该连接部分的经纱在截面中进行了观察。在该连接部分350c中，每层经纱沿循着波状轮廓在垂直于条带302的纬线方向上延伸。
图12B是由条带304的连接部分350c横穿条带302处的纬线截面图。在所示的实例当中，如前所述，连接部分350c沿循着波状轮廓在垂直于条带302的纬线方向上延伸。然而，对于连接部分340c而言，可以具有连接部分350c，取决于叶片外部平台扰流器板（或者外部平台擦拭器板）的所需定向，该连接部分350c直线延伸同时相对于经线方向的法向形成了非零角度。
通过利用具有更大重量和附加纬纱层的纬纱能够获得额外厚度303，例如如图13A所示的那样。
在图13A中，纬纱层的数量在该实例中在条带302的部分3021（对应于叶片的柄脚）和条带302的呈现出额外厚度303的部分3023之间从4变化到7。
此外，使用具有不同重量的纬纱t1、t'1、t"1，纱线t1，例如为重量0.5K（500根丝线）的“Nicalon”SiC纱线，纱线t'1通过组合两根0.5K纱线而获得，纱线t"1通过组合三根0.5K纱线而获得。
在坯件部分3023中，需要对数目大于部分3021的经纱层进行编织。通过组合来自部分3021中的两个经线平面的经纱而在部分3023中构成每一个经线平面，从而减少经线平面的数目，进而在部分3021和部分3023之间过渡的过程中有利地实现了上述目的。图13B和13C显示了在部分3021中两个邻近的经线平面，并且图13D显示了通过组合图13B和13C中的经线平面而在部分3023中获得的经线平面。在图13B、13C和13D中，出于简化的原因而并未显示经纱（如图9所示）或纬纱（如图13A所示）的不同重量。一方面在图13B、13C之间另一方面在和图13D之间，虚线显示了图13B、13C中的不同层的经纱如何形成图13D中的经纱层。
当然，能够选择纬线层数目和纬纱重量的不同组合来形成额外厚度303。
根据图14示意性地显示的另一个实施方案，可以通过在对条带302进行编织的过程中导入插入物而获得额外厚度303。
在图14中，在条带302的部分3021中的对应于叶片柄脚的纬纱层组T1在编织为两个次组T11、T12的过程中通过略去连结而分开，插入物3031被插入到次组T11、T12之间。在所示实例中，部分3021的厚度大于条带302的对应于叶片翼面的部分3022的厚度。按照上述的对于图13A中的部分3021和3023之间的过渡部的同样方式，可以在部分3022和部分3021之间制造过渡部。由条带304在图3的连接部分340c处横穿条带302能够可选地经过具有更大厚度的部分3021来执行。
在插入物303的与部分3021相对的端部处，纬纱层的次组T11、T12再次被编织在一起，从而形成与部分3021厚度相同的部分302'1，随后通过减小厚度而形成与部分3022厚度相同的部分302'2，部分302'2形成对应于用于随后编织坯件的叶片翼面的部分。
插入物3031优选地由一体陶瓷制成，优选为与待制造叶片的复合材料的基质的陶瓷材料为同样的陶瓷材料。因此，插入物3031可以是通过烧结SiC粉末而获得的SiC块。
如图15中极为示意性地所示，通过编织条带300而能够获得多个纤维坯件600，在条带300中形成一排或更多排连续的纤维坯件。在经线方向（只是经纱）上以及在纬线方向（只是纬纱）上设置额外长度区域610、620，以便避免与编织相关的边缘效应，从而在预成型件成形的过程中允许了更大的变形自由度，并且在坯件100之间提供过渡区域。
图16显示了实施方案的变型，根据该变型，条带700利用在垂直于条带的纵向方向的纬线方向上进行编织的一排坯件300而制成。在经线方向上以及在纬线方向上也设置额外长度区域710、720。能够编织数排坯件300，为此目的对条带400的宽度进行调整。
图17中显示了根据本发明的一个实施方案的用于由复合材料制成的叶片的制造方法的连续步骤。
在步骤501中，通过三维编织而编织得到的纤维条带包括多个纤维坯件，例如在经线方向上定向的数行纤维坯件，如图15所示。对于设计为使用在高温下特别是在腐蚀性环境（特别是潮湿环境）下的涡轮机组叶片，用于编织的纱线由陶瓷纤维制成，特别是由碳化硅（SiC）纤维制成。
在步骤502中，对纤维条带进行处理，以消除纤维上存在的油污以及纤维表面上存在的氧化物。通过酸处理，特别是通过浸入氢氟酸浴中而实现氧化物的消除。如果通过酸处理无法消除油污，则执行用于消除油污的在先处理，例如通过简易热处理来分解油污。
在步骤503中，通过化学气相渗透或CVI而在纤维条带的纤维上形成一薄层界面涂层。界面涂层的材料例如为热解碳或高温碳（PyC）、氮化硼（BN）或者掺硼碳（BC，其中例如B的原子百分比（以%计）占到5至20%，其余部分为C）。薄层界面涂层优选地具有较小厚度，例如至多等于100纳米，甚或至多等于50纳米，从而维持纤维坯件的良好变形性。优选地，该厚度至少等于10纳米。
在步骤504中，利用固结复合物浸渍具有涂覆有薄的界面涂层的纤维的纤维条带，该固结复合物典型地为树脂，其可以在溶剂中进行稀释。可以使用碳前体树脂（例如酚醛树脂或呋喃树脂）或者陶瓷前体树脂（例如SiC的聚硅氨烷或聚硅氧烷树脂前体）。
在通过在树脂中除去溶剂（如果有的话）而干燥（步骤505）之后，可以执行树脂的预固化（步骤506）。预固化或部分交联可以使得硬度增大，由此使得强度增大，同时仍然保留制造叶片预成型件所需的可变形性。
在步骤507中，对纤维坯件进行切割，如图4所示。
在步骤508中，对由此切割的纤维坯件进行成形（如图5至图7所示）并将其置于模具中（该模具例如由石墨制成），用于形成翼面和根部的预成型件部分以及内部平台部分和外部平台预成型件部分。
此后，完成树脂的交联（步骤509），并且对交联后的树脂进行热解（步骤510）。交联和热解可以通过在模具中逐渐升高温度而接连进行。
在热解之后，获得通过热解残余物固结的纤维预成型件。固结树脂的量选择为使得热解残留物充分地连结预成型件的纤维，以便能够在不借助工具而保持其形状的同时对其进行处理，要指出的是，所选择的固结树脂的量优选为越少越好。
由消除油污、酸处理和形成用于由SiC纤维基板的界面涂层的各步骤都是公知的。可以参考文献US 5071679。
通过CVI形成第二界面涂层（步骤511），以便基本获得纤维基质的界面，该界面的厚度足以提供其缓解复合材料脆性的功能。第二界面层能够是选自PyC、BN、BC之中的一种材料，并不必然与第一界面层的材料相同。第二界面层的厚度优选为至少等于100纳米。
如前文所述，制造两层界面是优选的。在本申请人的法国专利申请No.0854937中对其进行了描述。
随后通过已固结预成型件的基质执行致密化。对于设计为在高温下特别是在腐蚀性环境下使用的涡轮机组叶片，基质为陶瓷的，例如为SiC的。可以通过CVI来执行致密化，在这种情况下第二界面层的形成以及通过基质进行的致密化能够在相同炉子中接连进行。
致密化可以在两个连续的步骤（步骤512和步骤514）中进行，这两个连续步骤被将叶片加工到期望尺寸的步骤513分开。
将注意到，在步骤509和510之间，也就是说在交联之后树脂的热解之前可以执行预加工操作。
图17中给出了根据本发明的另一个实施方案的由复合材料制成的叶片的制造方法的连续步骤。
步骤601（其由对包括多个纤维坯件的纤维条带进行三维编织构成）和步骤602（其由用于消除油污和氧化物的处理构成）与图16中的制造方法的步骤501和502相似。
在步骤603中，从纤维条带中切割掉单个纤维坯件，然后每一单个纤维坯件在模具或模型中进行成形（步骤604），以便通过形成翼面和根部的预成型件部分以及内部平台和外部平台的预成型件部分来获得纤维叶片预成型件。
在步骤605中，在保持在模型中的预成型件的纤维上通过CVI形成界面脆性缓解涂层。如前文所述，界面涂层的材料例如为PyC、BN或BC。界面涂层的厚度大略为一至数百纳米。
在预成型件仍然被保持在模型中的条件下通过部分致密化执行预成型件的固结（步骤606），该固结通过在纤维上由CVI形成陶瓷沉积物来执行。
通过CVI形成界面涂层以及通过CVI而由陶瓷沉积物进行固结可以在相同的CVI炉子中接连进行。
模型优选为由石墨制成，并且呈现了多个孔，以便于反应性气相物经过，这些气相物通过CVI给出了界面沉积物和陶瓷沉积物。
当进行了充分固结从而预成型件能够在不借助保持工具而仍然保留其形状的同时对其进行处理时，从模型中移除已固结的预成型件，并通过陶瓷基质执行致密化。致密化可以在两个依次的步骤（步骤607和步骤609）中进行，这两个连续步骤被将叶片加工到期望尺寸的步骤608分开。
在前文中，已经考虑了基于使用具有可变厚度和/或支数的纱线来制造可变厚度的翼面轮廓。作为变型，可以制造对应于翼面预成型件部分的纤维坯件部分，其具有特定数量的纱线层（该纱线的重量相同且支数固定），在第一致密化步骤之后的加工过程中或者在对已固结的叶片预成型件进行预加工的过程中获得轮廓厚度的变化。
另外，根据打算用于叶片的使用条件，纤维增强件的纤维可以由除了陶瓷之外的材料制成，例如由碳制成，并且基质可以由除了陶瓷之外的材料制成，例如由碳或树脂制成，本发明当然也可应用于制造由有机基质复合材料制成的叶片。
图19显示了将多个叶片810、820、830、840、850和860组装在转子或者涡轮机组盘片800上，叶片810、830和850呈现了与图1中的叶片100相似的结构，而叶片820、840和860呈现了类似于图2中的叶片200的结构。
通过将每一个叶片的根部811、821、831、841、851和861分别插入到设置在转子周边中具有匹配形状的凹口801、802、803、804、805和806当中，从而将叶片810、820、830、840、850和860组装到转子800上。
如前文对于叶片100所述的那样，各个叶片810、830和850在它们的翼面816、836和856的径向内端部处分别包括内部平台812、832和852（在其端部包括包覆扰流器），而同时缺少通常也存在于此区域的抗倾斜壁。此外，各个叶片810、830和850在它们的翼面816、836和856的径向外端部处分别包括叶片外部平台扰流器板814、834和854，而同时缺少通常也存在于此区域的擦拭器。
进一步地，如前对于叶片200所述的那样，各个叶片820、840和860在它们的翼面826、846和866的径向内端部处分别包括抗倾斜壁823、843和863，同时缺少通常也存在于此区域的内部平台。此外，各个叶片820、840和860在它们的翼面826、846和866的径向外端部处分别包括叶片外部平台擦拭器板板825、845和865，而同时缺少通常也存在于此区域的扰流器。
如图19所示，叶片彼此嵌套，在它们的抗倾斜壁823、843和863的上方，叶片820、840和860容置了叶片810、830和850的内部平台812、832和852。更加精确来说，与前述叶片100为同一类的叶片（例如叶片820）的叶片翼面的每个径向内端部，在翼面（此处为翼面826）的下表面侧被叶片810的内部平台812的凹进部分812a包围，并且在上表面侧被叶片830的内部平台832的突起部分832b包围。因此，可以将与前述的叶片200为相同类型的叶片的翼面的径向内端部容置在与已经描述的叶片100（该叶片100设置在与叶片200为相同类型的叶片的每一侧上）相同类型的两个叶片的内部平台之间。位于凹进部分和突起部分的每一侧上的内部平台的边缘的其它部分与相邻叶片的内部平台的对应部分相接触，从而构成了大致连续的表面，其可以限定气流的径向向内的流动通道。
同样地，与前述叶片100为同一类的叶片（例如叶片820）的叶片翼面的每个径向外端部，在翼面（此处为翼面826）的下表面侧被叶片810的扰流器板814的凹进部分814a包围，并且在上表面侧被叶片830的扰流器板834的突起部分834b包围。因此，可以将与前述的叶片200为相同类型的叶片的翼面的径向外端部容置在与已经描述的叶片100（该叶片100设置在与叶片200为相同类型的叶片的每一侧上）相同类型的两个叶片的扰流器板之间。位于凹进部分和突起部分的每一侧上的外部平台扰流器板的边缘的其它部分与相邻叶片的扰流器板的对应部分相接触，从而构成了大致连续的表面，其可以限定气流的径向向外的流动通道。换言之，通过内部平台812、832和852以及外部平台扰流器板814、834和854的组合而提供了通道限定功能。
叶片外部平台擦拭器板825、845和865的组合在叶片外部平台扰流器板上方构成了的擦拭器的连续壁，从而提供了密封功能。
在此处所考虑的实例当中，邻近的抗倾斜壁的边缘并不交汇。然而，这些壁的边缘可以延伸并且呈现出互补的形状，从而在内部平台下方形成了连续壁。
叶片810、830和850的内部平台812、832和852与扰流器板814、834和854之间的距离D1小于叶片820、840和860的抗倾斜壁823、843和863与叶片外部平台擦拭器板825、845和865之间的距离D2，从而使得它们互相嵌套。
根据本发明的叶片组可以由第一叶片和第二叶片构成，其分别是与之前所述的叶片100和叶片200为相同类型。
之前结合图2描述的叶片100包括内部平台140和叶片外部平台扰流器板160，同时缺少抗倾斜壁和叶片外部平台扰流器，而叶片200包括抗倾斜壁150和叶片外部平台擦拭器板170，同时缺少内部平台和叶片外部平台扰流器。
根据实施方案的变型，根据本发明的叶片组的第一叶片可以包括内部平台和叶片外部平台扰流器板，并且缺少抗倾斜壁和叶片外部平台扰流器板，而所述叶片组的第二叶片可以包括抗倾斜壁和叶片外部平台扰流器板，并缺少内部平台和叶片外部平台擦拭器板。

Claims (15)

1.一种用于制造涡轮机组叶片（100；200）的方法，该涡轮机组叶片由包括纤维增强件的复合材料制成，该纤维增强件通过基质进行致密化，所述方法包括：
-通过对整块纤维坯件进行三维编织而进行制造，
-对所述纤维坯件（300）进行成形，以获得整块纤维的叶片预成型件，该叶片预成型件具有：
-第一部分（320），所述第一部分构成了翼面（420）和叶根（430）的预成型件，
-第二部分（340），该第二部分构成了叶片内部平台预成型件（440），那么所述叶片预成型件缺少叶片抗倾斜壁预成型件，或者所述第二部分构成了叶片抗倾斜壁预成型件（550），则所述叶片预成型件缺少叶片内部平台预成型件，以及
-第三部分（360），该第三部分构成了叶片外部平台扰流器板预成型件（460），那么所述叶片预成型件缺少叶片外部平台擦拭器板预成型件，或者
-第二部分，该第二部分构成了叶片抗倾斜壁预成型件（550），则所述叶片预成型件缺少叶片内部平台预成型件，以及
-第三部分（360），该第三部分构成了叶片外部平台扰流器板预成型件（460），那么所述叶片预成型件缺少叶片外部平台擦拭器板预成型件，或者该第三部分构成了叶片外部平台擦拭器板预成型件（570），那么所述叶片预成型件缺少叶片外部平台扰流器板预成型件，
-通过基质来对所述预成型件进行致密化，以便获得由具有纤维增强件的复合材料制成的叶片，所述纤维增强件由所述预成型件构成并且通过所述基质进行致密化，并且所述叶片与以下元件中的两个元件一起形成单一件：叶片内部平台、叶片抗倾斜壁、叶片外部平台扰流器，或者所述叶片与以下元件中的两个元件一起形成单一件：叶片抗倾斜壁、叶片外部平台扰流器和叶片外部平台擦拭器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在与待制造的叶片的纵向方向相对应的所述纤维坯件的纵向方向上，所述纤维坯件包括第一组（302）数层纱线和第二组（304）数层纱线，所述第一组数层纱线相互连结以构成所述坯件的第一部分，该第一部分对应于所述翼面（420）和叶根（430）的预成型件，所述第二组数层纱线至少局部地相互连结以构成所述坯件的第二部分和所述坯件的第三部分，该第二部分对应于内部平台预成型件（440）或者叶片抗倾斜壁预成型件（550），该第三部分对应于扰流器板预成型件（460）或者叶根擦拭器板预成型件（570），所述第一组（302）纱线层的纱线并未连结到所述第二组（304）纱线层的纱线，并且所述第一组纱线层在坯件的所述第二部分或每一个第二部分处被所述第二组纱线层的纱线穿过。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述纤维坯件与连续的第二组纱线层进行编织，并且所述纤维坯件的成形包括切除，意即，将位于所述纤维坯件的第二部分以及所述纤维坯件的第三部分外侧的所述第二组纱线层的多个部分切割掉。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在所述第一组纱线层被所述第二组纱线层的纱线穿过的位置处或至少一个位置处，该第一组纱线层和第二组纱线层之间的交点沿循了并未与所述纤维坯件的纵向方向相正交的直线。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述纤维坯件的第一部分中并且在与沿着待制造叶片中的可变厚度的翼面轮廓延伸的方向对应的方向上，所述第一组纱线层中的纱线层数量是恒定的。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一组纱线层的纱线的重量是能够变化的。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第一组纱线层的纱线的支数能够变化。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的方法，其特征在于，通过三维编织来制造条带（700），该条带包括一系列纤维坯件（300）。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，多个坯件被这样编织，其中它们的纵向方向对应于待制造的叶片在纬线方向上延伸的方向。
10.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，多个坯件被编织为使得所述坯件的纵向方向对应于待制造的叶片在经线方向上延伸的方向。
11.一种涡轮机组叶片（100；200），由包括纤维增强件的复合材料制成，所述纤维增强件通过三维编织而获得并通过基质进行致密化，所述叶片包括构成翼面（120；220）和叶根（130；230）的第一部分，
其特征在于，所述第一部分至少与以下部分构成了单一件：
-第二部分，该第二部分构成了叶片内部平台（140），那么所述叶片缺少叶片抗倾斜壁，或者所述第二部分构成了叶片抗倾斜壁（250），则所述叶片缺少叶片内部平台，以及
-第三部分，该第三部分构成了叶片外部平台扰流器板（160），那么所述叶片缺少叶片外部平台擦拭器板，或者
-第二部分，该第二部分构成了叶片抗倾斜壁（250），则所述叶片缺少叶片内部平台，以及
-第三部分，该第三部分构成了叶片外部平台扰流器板（160），那么所述叶片缺少叶片外部平台擦拭器板，或者该第三部分构成了叶片外部平台擦拭器板（270），那么所述叶片缺少叶片外部平台扰流器板。
12.一种包括根据权利要求11所述的第一和第二叶片（100、200）的叶片组，其特征在于，所述第一叶片（100）的第二部分构成了叶片内部平台（140），那么所述第一叶片缺少叶片抗倾斜壁，所述第一叶片的第三部分构成了叶片外部平台扰流器板（160），那么所述第一叶片缺少叶片外部平台擦拭器板，
并且，所述第二叶片（200）的第二部分构成了叶片抗倾斜壁（250），则所述第二叶片缺少叶片内部平台，所述第二叶片的第三部分构成了叶片外部平台擦拭器板（270），那么所述第二叶片缺少叶片外部平台扰流器板。
13.一种包括根据权利要求11所述的第一和第二叶片的叶片组，其特征在于，所述第一叶片的第二部分构成了叶片抗倾斜壁，那么所述第一叶片缺少叶片内部平台，所述第一叶片的第三部分构成了叶片外部平台扰流器板，那么所述第一叶片缺少叶片外部平台擦拭器板，
并且，所述第二叶片的第二部分构成了叶片内部平台，则所述第二叶片缺少叶片抗倾斜壁，所述第二叶片的第三部分构成了叶片外部平台擦拭器板，那么所述第二叶片缺少叶片外部平台扰流器板。
14.一种涡轮机组盘片，具有多个根据权利要求12或13所述的叶片组。
15.一种涡轮机组，配备有多个根据权利要求12或13所述的叶片组。
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