CN103168149B - 航空领域中的机械装配件及相应的整流器级和涡轮机压缩器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及航空领域中的机械装配件（1），所述机械装配件包括：－具有能被固定的一端部的零件（3）；－具有有机基质复合材料即CMO壁的槽座（2），所述槽座用于接收所述零件（3）；－封接复合物（4），其包括具有0%到70%重量百分比的填料的热塑性或热固性材料，封接复合物在所述零件（3）与具有CMO壁的槽座（2）之间实现机械的和/或理化的连接。

Description

航空领域中的机械装配件及相应的整流器级和涡轮机压缩器
技术领域
本发明涉及在航空领域中、尤其在涡轮机压缩器的整流器中的组装件的技术领域。特别地，本发明涉及涡轮机压缩器的整流器(级)，其包括具有有机基质复合材料的零件以及包括至少一叶片子组件，所述至少一叶片子组件集成通过封接实现的机械装配件。 
在本发明的背景内，封接是指，借助包括或不包括填料的聚合元件，通过与支承件和/或待固定元件的理化交互作用和/或机械锁闭，把零件固定在支承件中的操作。 
背景技术
在目前的技术中，不存在复合材料制成的涡轮机压缩器的整流器，而仅存在金属材料制成的，例如钛(TA6V)、钢或铝制成的涡轮机压缩器的整流器。 
另一方面，叶片在同一级上通常具有单一的材料和廓形，由于最后级上的空气动力的原因，在需要时安装角度有较小变化。 
目前的系统包括作为壳体且保证大部分机械功能的外环、通过各种装配技术(焊接、铆接、栓接)在第一端附接在外环上的叶片、以及在第二端与叶片连接但不保证结构功能的相对柔软的内环上。 
如今，使用复合零件的主要问题之一在于它们与外部的接触面。本发明提出用于各种性质的零件的装配方案：所述零件是“金属/复合材料”混合体、或者甚至是“复合材料/复合材料”混合体，同时使用尽可能少的金属固定件，这些金属固定件产生众多问题(重量、不同的膨胀，等等)。 
文献EP 1 493 901公开了航空发动机压缩器的整流器的叶片与内环之间的装配。每个叶片穿过布置在内环中的开口并通过含有有机聚 合粘合剂的密封粘胶剂固定在内环上。 
文献EP 1 081 335公开了用于旋转机的定子组合件，更确切地，定子叶片与内环的耐磨件的装配。定子组合件包括配有用于接收定子叶片足部的开口的热塑性材料制成的凸肩，以及借助粘合剂与凸肩连接的弹性体材料制成的耐磨件。 
文献DE 10 2009 010 613公开了一种用于实现围绕涡轮机叶片的封闭的带的方法。纤维材料制成的带被插入到布置在叶片自由端处的槽座中，基质渗入带的纤维材料中并聚合以形成复合物。 
文献FR 1 431 558公开了一种具有叶片的结构体，所述结构体包括一个壳体、与两个同心的罩即一个外罩和一个内罩，内罩与外罩通过间隔装置隔开。叶片被紧装于在两个罩内面对面布置的孔洞中。叶片可以被焊接、粘合或固定在外罩上，外罩紧装在外部壳体中。特别地，具有叶片的结构体的所有这些零件都可以是合成树脂制成的和可以彼此相互粘结。叶片还可以用金属制成和被焊接在外部壳体上。 
发明内容
发明目的 
本发明旨在摆脱现有技术的缺点。 
特别地，本发明的目的在于，能够制造用于其转子由盘、筒或其它构成的所有压缩机的、重量轻且成本低的叶片整流器。 
本发明的目的还在于能使具有各种特征的整流器叶片的装配方便，以便更好地优化其机械强度以及成本。 
本发明的目的还在于能方便地安装与拆卸整流器，由此有利于使用保养，同时限制金属固定零件的数量。 
本发明的目的还在于节约安装压缩机时的时间。 
最后，本发明的目的在于能获得金属或CMO复合材料(compositeàmatrice organique有机基质复合材料)制成的零件与CMO复合材料制成的零件的持久且不变形的连接。 
发明的主要特征要素 
本发明的第一目标总体地涉及航空领域中的机械装配件，所述装配件包括： 
－具有能被固定的一端部的零件； 
－具有有机基质复合材料即CMO壁的槽座，槽座用于接收所述零件； 
－封接复合物，其包括具有在0％到70％重量百分比之间的填料的热塑性或热固性材料，填料优选短纤维，封接复合物在所述零件与具有CMO壁的槽座之间实现机械的和/或理化的连接。 
按照本发明特别的实施方式，机械装配件具有至少一个以下特征或具有以下特征的恰当组合： 
－所述零件是叶片； 
－所述零件具有一端部(或足部)，该端部(或足部)的几何形状能优化机械连接； 
－所述零件具有呈足部的几何形部； 
－具有CMO壁的槽座是成型支承件，优选为“U”形的成型支承件； 
－槽座的有机基质是热塑性或热固性材料制成的； 
－具有CMO壁的槽座的材料与封接复合物的材料是相同的或在化学上可并存的，以便能够在它们之间实现化学的或理化的附着； 
－通过在由压缩模塑、热塑性或热固性基质的注射、加热成型以及共固结所构成的集合中选择的一种方法，来制造具有热固性或热塑性的CMO壁的槽座； 
－通过在由具有或不具有填料的热塑性或热固性基质的注射以及压缩模塑所构成的集合中选择的一种方法，来实施用于被注射的封接复合物。 
本发明的第二目标涉及用于涡轮机压缩器的整流器级，所述整流器级包括按照上面的原理的多个叶片与具有CMO壁的槽座的机械装配件，具有CMO壁的槽座赋予装配件以结构刚性，叶片每一个都包括一足部，所述具有CMO壁的槽座与所述封接复合物配合，以把叶 片的足部封接在槽座内。 
按照本发明的特别实施方式，整流器级包括至少一个以下特征或以下特征的恰当组合： 
－机械装配件具有通过机械固定件固定至整流器级的外环上的环形或扇区形状； 
－机械固定件是锁紧螺栓； 
－叶片是金属的或由复合材料制成； 
－叶片由钛或铝制成。 
本发明的第三目标涉及涡轮机压缩器，所述涡轮机压缩器包括一个或多个如上描述的整流器级。 
附图说明
图1示出按照本发明的装配件和相关零件的透视图。 
图2分别按照侧视图与正视图示意性地示出通过超注射紧接在后的加热成型得到的本发明的复合装配件。 
图例 
1、基础结构式样 
2、槽座 
3、叶片 
3A、叶片的足部 
4、封接材料 
具体实施方式
按照本发明一优选实施方式的装配件的原理及参与的零件以透视方式示出在图1上，该装配件主要包括通过以下部件间的机械类型的封接而获得的子组件1： 
－槽座2，其优选是成型的，进一步优选呈“U”形，所述槽座以热固性或热塑性的有机基质复合材料(CMO)为基础，该槽座赋予装配件以结构刚性，以及 
－由原则上非专门材料(金属或复合材料)制成的具有足部的叶片3，足部的几何形状是可变化的或是可适应需要的。 
该装配件的其它示意性视图示出在图2上。 
按照本发明，热固性或热塑性基质复合材料槽座2可以通过能得到满意机械性能的任何类型的方法来制造，所述方法例如：压缩模塑，热塑性或热固性基质的注射，例如RTM(Resin transfer molding：树脂传递模塑)，加热成型，或共固结，等等。然而，本发明不局限于使用例如呈“U”形的槽座2。因此，平坦的支承件也是可以考虑的。 
封接固定复合物或封接复合物或封接材料4是以包含0％到70％之间的纤维、例如或者优选短纤维的热固性或热塑性基质为基础，且可以通过注射热塑性或热固性基质的方法或通过压缩模塑来实施。通常，填料可以是任何合适的无机或有机填料。如此，基质还可以被填充(用纤维)或不被填充(纯基质，0％的纤维)。 
还是按照本发明，正是叶片足部3A的特别几何形状保证了其在结构中的定位与保持(图2)。叶片3被封接，叶片足部3A因此被上面提到的固定复合物4包埋，该固定复合物执行例如对成型的槽座2的填灌并因此保证对叶片3的保持。 
按照本发明一优选的实施方式对金属制成的叶片3所使用的封接或装配的技术被特别地和很示意性地示出在图2上。槽座2由通过加热成型获得的具有长纤维的热塑性复合材料制成的“U”形的槽座2保证(“U”形的开口相对于轮叶朝向外部定向)。 
一旦叶片足部3A在槽座2中就位，被填充有短纤维的热塑性树脂4被注射，以填灌剩余的中空体积。 
而且，为了最好地满足气动应力，超注射材料至不能够通过加热成型获得几何形状的区域处(未示出)。为实现机械的和/或理化的连接而通过封接材料进行的填灌例如在第二步中进行，或者如果可能，与复合材料制成的结构部分的实施同时进行。 
按照本发明，呈“U”形的复合材料槽座2的材料与封接材料4是相同的或在化学上可并存的(例如是相同性质的热塑性材料)，以 便在它们之间实现化学附着。由此得到的“材料”连接在最后仅实现一单一均匀零件，对于装配件的机械强度这是一额外的优点。 
还是按照本发明的一优选实施方式，属于整流器级的子组件1具有通过机械固定件比如锁紧螺栓(未示出)固定至外环或壳体的环形或扇区形状。 
如果例如在叶片扇区之间，出现不同膨胀的问题，可以将可变形或不可变形的中间零件径向地或周向地插入到装配件中。 
按照本发明的用于实现涡轮机整流器的设计的优点如下： 
－由于对壳体和在需要时对叶片使用复合材料，因而相对于现有技术重量减轻，以及； 
－由于零件的数量有限以及容易装配，因而制造成本被约束； 
－升压机(压缩机)的定子部分简单而经济的可修复性，叶片扇区的简单替换比在目前最常用的结构(例如，钛制成的焊接的装配件)的情况下要容易很多； 
－最终零件的制造不需要脱模后的再加工。 

Claims (16)

1.航空领域中的机械装配件(1)，其包括：
－具有能被固定的一端部的零件(3)；
－具有有机基质复合材料即CMO壁的槽座(2)，所述槽座用于接收所述零件(3)；
－封接复合物(4)，其包括具有在0％到70％重量百分比之间的填料的热塑性或热固性材料，所述封接复合物在所述零件(3)与具有CMO壁的槽座(2)之间实现机械的和/或理化的连接。
2.按照权利要求1所述的机械装配件，其特征在于，所述零件(3)是叶片。
3.按照权利要求1所述的机械装配件，其特征在于，所述零件(3)具有一端部，该端部的几何形状能够优化机械的和/或理化的连接。
4.按照权利要求3所述的机械装配件，其特征在于，所述零件(3)具有呈足部的几何形部。
5.按照权利要求1所述的机械装配件，其特征在于，具有CMO壁的槽座(2)是成型支承件。
6.按照权利要求1所述的机械装配件，其特征在于，槽座(2)的有机基质是热塑性或热固性材料制成的。
7.按照权利要求1所述的机械装配件，其特征在于，具有CMO壁的槽座(2)的材料与封接复合物(4)的材料是相同的或在化学上可并存的，以便能够在它们之间实现化学的或理化的附着。
8.按照权利要求6所述的机械装配件，其特征在于，通过在由压缩模塑、热塑性或热固性基质的注射、加热成型以及共固结所构成的集合中选择的一种方法，来制造具有热固性或热塑性CMO壁的槽座(2)。
9.按照权利要求1所述的机械装配件，其特征在于，通过在由具有或不具有填料的热塑性或热固性基质的注射以及压缩模塑所构成的集合中选择的一种方法，来实施用于被注射的封接复合物(4)。
10.按照权利要求5所述的机械装配件，其特征在于，所述成型支承件为“U”形的成型支承件。
11.用于涡轮机压缩器的整流器级，其包括按照前述权利要求2至10中任一项所述的机械装配件(1)，所述机械装配件有多个叶片以及具有CMO壁的槽座(2)，具有CMO壁的槽座赋予机械装配件以结构刚性，叶片每一个都包括一足部(3A)，所述具有CMO壁的槽座(2)与所述封接复合物(4)配合，以把叶片的足部(3A)封接在槽座(2)内。
12.按照权利要求11所述的整流器级，其特征在于，机械装配件(1)具有通过机械固定件固定至整流器级的外环上的环形或扇区形状。
13.按照权利要求12所述的整流器级，其特征在于，机械固定件是锁紧螺栓。
14.按照权利要求11所述的整流器级，其特征在于，叶片是金属的或由复合材料制成。
15.按照权利要求14所述的整流器级，其特征在于，叶片由钛或铝制成的。
16.涡轮机压缩器，其包括一个或多个按照权利要求11至15中任一项所述的整流器级。
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