CN103518038B - 包括由复合材料制成且具有增加的根部的叶片的涡轮发动机转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮转子，所述涡轮转子包括复合材料的多个叶片（100），所述复合材料包含用模子胶压的纤维增强件，每个叶片（100）包括在具有叶片根部（110）的内端（101）和形成所述叶片（100）的顶端（140）的外端（102）之间延伸的叶片本体（120）。所述转子还包括复合材料制成的叶片根部元件（200），所述复合材料包含用模子胶压的纤维增强件，每个叶片根部元件包括开口，在所述开口中插入叶片（100）的所述外端（102）。每个叶片（100）的所述外端（102）的延伸超过所述叶片根部元件（200）的部分（126a）包括孔或凹口（127），锁定元件（230）被置于所述孔或凹口（127）内。

Description

包括由复合材料制成且具有增加的根部的叶片的涡轮发动机转子

技术领域

本发明涉及装配有由复合材料制成的叶片的涡轮发动机转子，所述复合材料包含用基质致密化的纤维增强件。

背景技术

目标领域是用于航空发动机或用于工业涡轮的燃气涡轮转子。

已经提出由复合材料制造涡轮发动机转子。可以特别参考由Snecma和Snecma Propulsion Solide共同提交的国际专利申请WO2010/061140。该申请描述了由复合材料制造涡轮发动机叶片，所述复合材料包含用基质致密化的纤维增强件。更精确地，所述方法呈现的特征在于：通过多层编织结合两种结构制成纤维坯件，所述两种结构彼此交叉从而在成形之后形成单片纤维预成型件，所述纤维预成型件具有第一部分和至少一个第二部分，所述第一部分形成用于翼面和叶片根部的预成型件，所述第二部分形成用于叶片的外部平台的预成型件。因此，在预成型件经过致密化之后，有可能获得复合材料叶片，所述复合材料叶片具有由预成型件组成并用基质致密化的纤维增强件并且形成具有结合其中的外部平台的单个片材。

然而，所述用于形成叶片根部的技术使得叶片的工业制造更为复杂并且增加制造成本，因为其造成大量材料损失并且需要困难且减缓生产速度的处理。此外，外部平台之间需要的操作空隙造成泄漏，泄漏降低涡轮的整体性能。

发明内容

因此，对于涡轮发动机的涡轮或压缩机，期望涡轮发动机转子能够配备有由复合材料，特别但不必由热结构复合材料（例如陶瓷基质复合（CMC）材料）制备的叶片，所述转子相对易于制备然而特别在外部平台处提供密封。

为此，本发明提供一种涡轮转子，所述涡轮转子包括复合材料的至少一个叶片，所述复合材料包含利用基质致密化的纤维增强件，每个叶片包括在具有叶片根部的内端和形成所述叶片的顶端的外端之间延伸的叶片本体，所述转子的特征在于，其包括复合材料的至少一个外部平台元件，所述复合材料包含用基质致密化的纤维增强件，所述外部平台元件包括至少一个开口，在所述开口中接合叶片的所述外端，每个叶片的所述外端的延伸超过所述外部平台元件的部分包括用于接收锁定元件至少一个槽或凹口。

相比于现有技术的具有复合材料叶片的转子，本发明提供将外部平台装配在一个或多个转子叶片上。该设计选择用于简化转子的叶片和外部平台元件的制备并且促进由复合材料制成的这种元件的工业化。

此外，通过决定装配分离的外部平台元件代替与叶片整体地制备外部平台元件，在该元件的设计中，特别是在其形状方面存在更大的自由。这种设计选择还增加了批量生产的制造精确度，从而允许更小的制造公差，因此减小所需的操作空隙。这使得有可能设计适合减少泄露的外部平台元件并且改进涡轮在其气流通道的外部轮廓处的性能。

此外，维修成本也降低，因为在叶片损坏或外部平台元件损坏的情况下，仅需更换损坏部分。

在本发明的转子的一个方面，每个叶片的所述外端呈现的尺寸小于所述叶片本体的基础部分的尺寸从而限定肩部，所述肩部形成用于所述外部平台元件的支承表面。这使得更容易将外部平台元件设置于其上。

在第二个方面，每个外部平台元件具有外部平台悬挑板和外部平台擦拭器板。

在第三个方面，每个外部平台元件在其每个纵向端部处呈现偏移部，从而使两个相邻的外部平台元件部分重叠。该重叠使得有可能改进两个相邻的外部平台元件之间的气流通道的密封而同时遵从通道的轮廓，所述两个相邻的外部平台元件在操作时在离心力的作用下和在由锁定元件提供的保持的作用下彼此挤压。在重叠部分中还可以设置阻尼设备。

在第四个方面，每个外部平台元件具有多个开口，从而接合每个外部平台元件与多个相邻叶片的外端。通过结合多个叶片与共享的外部平台元件，进一步减少泄露。

在第五个方面，每个叶片的延伸超过所述外部平台元件的外端包括两个槽或凹口，每个锁定元件具有分别接合在所述槽或凹口中的两个臂。

在第六个方面，每个锁定元件在一端处包括与在每个外部平台元件中形成的外壳协作的边缘，从而使每个锁定元件保持在位。

在第八个方面，每个叶片还包括内部平台的全部或部分，所述内部平台具有或不具有悬挑部并且具有或不具有抗倾斜边缘。

在第九个方面，每个叶片的所述纤维增强件通过对纱线进行多层编织而获得。

在第十个方面，每个叶片和每个外部平台元件由陶瓷基质复合（CMC）材料或有机基质复合（OMC）材料制成。

本发明还提供一种装配有本发明的转子的压缩机和一种装配有所述压缩机的涡轮发动机。

本发明还提供一种制备涡轮发动机转子的方法，所述方法包括：制备至少一个叶片，所述方法对于每个叶片包括：

·将叶片纤维坯件制备为单个片材；

·对所述纤维坯件进行成形，从而获得单片叶片纤维预成型件，所述叶片纤维预成型件具有第一部分，所述第一部分形成用于叶片翼面和叶片根部的预成型件；

·利用基质对所述叶片预成型件进行致密化，从而获得复合材料叶片，所述复合材料叶片具有由所述预成型件构成的并用所述基质致密化的纤维增强件，并且包括在包括叶片根部的内端和形成叶片顶端的外端之间延伸的叶片本体；

所述方法的特征在于，其进一步包括：

·在每个叶片的所述外端中形成至少一个槽或凹口；

·形成用于外部平台元件的至少一个单片纤维坯件；

·对所述纤维坯件进行成形，从而获得外部平台元件纤维预成型件；

·利用基质对所述外部平台元件预成型件进行致密化，从而获得复合材料的外部平台元件，所述复合材料具有由所述预成型件构成的并且用所述基质致密化的纤维增强件；

·在所述外部平台元件中形成至少一个开口；

·通过将每个叶片的所述根部接合入在所述桨毂的外周中形成的互补形状的外壳中从而将每个叶片安装在桨毂上；

·通过将所述叶片的所述外端接合入所述外部平台元件中的开口或凹口中从而将每个外部平台元件安装在至少一个叶片上；并且

·将锁定元件设置在每个叶片的所述外端中的至少一个槽中。

通过由复合材料制造叶片和外部平台元件，简化了转子的工业制造同时也改进了密封并且改进了涡轮的性能，如上文所解释。

根据所述方法的一个特征，对每个叶片的所述外端进行机械加工，从而限定肩部，所述肩部形成用于所述外部平台元件的支承表面。

根据另一个特征，每个外部平台元件具有外部平台悬挑板和外部平台擦拭器板。

根据又一个特征，每个外部平台元件的纤维坯件通过在多个纱线层之间进行多层编制而制成，所述坯件包括在两列相邻纱线层之间非互连的局部区域，所述两列层的一者在对所述坯件进行成形的过程中折叠从而形成所述擦拭器。

附图说明

通过以非限制性描述的方式给出的如下说明并且参考附图将更好地理解本发明，在附图中：

·图1为根据本发明的一个实施方案的涡轮发动机转子的立体图；

·图2为图1的转子在安装外部平台元件之前的部分的细节图；

·图3为图1的转子在安装外部平台元件之后的部分的细节图；

·图4为显示多层编织纤维坯件的制备的高度示意图，所述多层编织纤维坯件用于制备如图2和3中所示的外部平台元件；

·图5显示了使用图4的纤维坯件制备用于图2和3中所示类型的外部平台元件的纤维预成型件；

·图6为显示两组纱线层在多层编织的纤维坯件中的排列的高度示意图，所述纤维坯件用于制备用于图2和3中所示类型的叶片的纤维预成型件；

·图7至9显示了使用图6的纤维坯件制备用于图2和3中所示类型的叶片的纤维预成型件的连续步骤；

·图10A为在图6的纤维坯件对应于翼面和叶片内部平台之间的接合部的位置的部分中的不连续的经纱截面图；

·图10B为在图6的纤维坯件对应于翼面和叶片内部平台之间的接合部的位置的部分中的不连续的纬纱截面图；

·图11和12为根据本发明的一个变体实施方案的转子的部分的图解立体图；和

·图13和14为根据本发明的另一个变体实施方案的转子的部分的图解立体图。

具体实施方式

本发明可应用于各种类型的涡轮转子，并且特别可应用于燃气涡轮的各种轴的压缩机和涡轮转子，例如低压（BP）涡轮的转子轮，如图1中所示。

图1显示了涡轮发动机转子10，所述涡轮发动机转子10具有桨毂11和安装在所述桨毂11上的多个叶片100，每个叶片100以常规方式包括翼面120和由更大厚度的部分形成的例如具有灯泡状截面的根部110，所述根部110接合入在桨毂11的外周中形成的互补外壳12。

根据本发明，转子具有多个外部平台元件200，每个外部平台元件200安装在各自的叶片100上。更具体地，并且如图2和3中所示，翼面120在叶片包括其根部110的内端101和形成叶片100的顶端140的外端102之间以纵向方向延伸。在横截面中，翼面呈现厚度变化的限定两个表面123和124的弯曲轮廓，所述表面123和124分别对应于翼面120的抽吸侧和压力侧并且各自将其前缘120a和其后缘120b连接在一起。在所述实施例中，翼面120还具有内部平台150，所述内部平台150的外表面（或顶表面）152沿径向在内侧限定气流f的流动通道。在其上游和下游（以气流f的流动方向）的端部中，内部平台150由覆盖悬挑部154和156终止。

在该实施例中，每个外部平台元件200具有与叶片100的外端接合的开口201。开口201的形状和尺寸匹配每个叶片100的外端的形状和尺寸。在所述实施例中，每个叶片100的接合在外部平台元件200的开口201中的外端102由部分126构成，所述部分126呈现的尺寸小于翼面120的本体的剩余部分的尺寸，从而限定肩部125，所述肩部125形成用于外部平台元件200的支承表面。然而，本发明的外部平台元件同样可以包括这样的开口，所述开口的形状和尺寸适应于穿过不比翼面的本体的剩余部分更小的叶片外端。

在所述实施例中，外部平台元件200包括外部平台悬挑板210和放置在外部平台悬挑板210的顶表面211上的外部平台擦拭器板220。在其上游和下游（以气流f的流动方向）的部分中，外部平台悬挑板210由覆盖悬挑部213和214终止。在所示实施例中，外部平台悬挑板210的底表面212基本上垂直于叶片的纵向方向延伸。在一个变体中，并且取决于气流流动通道的外表面所需的轮廓，底表面212可以倾斜从而相对于叶片的纵向方向的法线而整体形成非零角度，或表面212可以具有通常非直线的轮廓，例如弯曲轮廓。肩部125的斜率则适应于匹配板210的底表面212的形状。

在其外表面（或顶表面）222上，外部平台擦拭器板220限定凹部或洼部223。沿着洼部223的上游边缘和下游边缘，板220带有形成擦拭器224和225的折叠部分，所述擦拭器224和225具有齿形轮廓，所述齿的端部适合刺入涡轮环（未示出）的可磨损材料层从而减小叶片顶端和涡轮环之间的空隙。

如图3中所示，每个叶片100的延伸超过外部平台元件200的外端部102（此处为部分126的片段126a）包括接收锁定元件或钥匙230的槽127，所述锁定元件或钥匙230用于特别是抵抗离心力使外部平台元件200在叶片100的外端102上保持在位。在所述实施例中，锁定元件230呈现的长度基本上等于两个外部平台元件200的长度，从而插入两个相邻叶片100的槽127中并且使两个相邻的外部平台元件200保持在位，转子具有多个围绕叶片的外周分布的锁定元件230，所述外周由相邻的外部平台擦拭器板220的外表面222联合形成。当然，锁定元件可以为能够插入某些其他数量的槽（例如单个槽或一次多于两个槽）中的某些其他长度，从而同时固定一个或多个外部平台元件。

仍然在所述实施例中，外部平台悬挑板210和外部平台擦拭器板220在其纵向方向Dl上呈现相同长度，然而在该方向上相对于彼此偏移。因此在每个外部平台元件200的纵向端部处形成两个偏移部211和221，因此能够在相邻的外部平台元件200之间实现部分重叠，并因此密封通道同时遵从其轮廓。

图4为用于形成纤维特征的外部平台元件的纤维坯件400的高度示意图，并且有可能通过所述纤维坯件400对用于外部平台元件的纤维预成型件进行成形，使得其一旦用基质致密化并被机械加工，就获得如图2和3中所示的元件200的外部平台元件。

在所述实施例中并且如图4中图解所示，纤维坯件400通过在多个经纱层和多个纬纱层之间进行多层编织而获得。进行的多层编织可以特别为使用“双罗纹”织纹的编织，即其中每个纬纱层互连多个经纱层的织纹，其中给定纬列中的所有纱线在织纹的平面中具有相同的移动。

坯件400具有第一和第二部分410和420，所述第一和第二部分410和420分别形成外部平台悬挑板210和外部平台擦拭器板220。在编织的过程中，在纤维坯件的内部在401和402处在位于部分410和420之间的界限处并且分别占据两个非互连区域403和404的两个连续的经纱层之间设置非互连。部分410和420在位于两个非互连区域403和404之间的互连区域405中互连。401和402处的非互连使得有可能分别形成两个部分421和422，所述两个部分421和422可以在成形所述坯件时折叠从而端部向上地形成外部平台220的擦拭器板的擦拭器224和225。

用于形成外部平台元件的纤维增强件的纤维坯件也可以通过将两个分别对应于上述纤维坯件400的第一和第二部分410和420的纤维结构组装在一起而形成。在这种情况下，两个纤维结构应该仅在互连区域405中例如通过缝合或针刺而连接在一起，从而形成两个部分421和422，所述两个部分421和422适合在成形所述坯件时折叠从而端部向上地形成外部平台220的擦拭器板的擦拭器224和225。特别地，分别对应于第一和第二部分410和420的两个纤维结构可以各自通过如下层或多个如下层的堆叠物而获得：

·一维（UD）织物；

·二维（2D）织物；

·编结物；

·针织物；

·毡；和

·缆绳或缆线的单向（UD）片或多向（nD）片，所述多向（nD）片通过以不同方向重叠多个UD片并且例如通过缝合，通过化学粘合剂或通过针刺将UD片连接在一起而获得。

对于多个层的堆叠物，层例如通过缝合，通过植入纱线或刚性元件或通过针刺而连接在一起。

图5为用于外部平台元件的纤维预成型件500的高度示意图，所述外部平台元件随后通过模制制备，其中使部分410变形从而复制与外部平台的悬挑板的形状相似的形状，并且折叠部分420的部分421和422从而复制与外部平台的擦拭器板的擦拭器的形状相似的形状。这形成预成型件500，所述预成型件500的一个部分510构成用于外部平台的悬挑板的预成型件且另一个部分520构成用于外部平台的擦拭器板的预成型件。为了形成对应于图2和3中所示的外部平台元件200的外部平台元件，分别在预成型件500的纵向端部处形成偏移部511和521。当通过多层编织获得用于形成外部平台元件的纤维坯件时，在已经致密化预成型件之后通过机械加工获得偏移部。当通过将两个分别对应于外部平台的悬挑板和擦拭器板的纤维结构组装在一起从而制备坯件时，可以首先通过相应的偏移部将结构组装在一起。

在致密化之后，机械加工预成型件500从而形成开口501，所述开口501的形状和尺寸匹配待制备的外部平台元件中的开口201的形状和尺寸。因此获得纤维预成型件500，所述纤维预成型件500使得有可能在用基质致密化和机械加工之后，获得由复合材料制成的外部平台元件，例如图2和3中所示的外部平台元件200。

为了避免在叶片和外部平台元件之间引入差分热膨胀系数，叶片和元件优选使用相同类型的纤维和基质制成。

此外，锁定元件230可以为不同材料，例如金属材料。然而，为了避免在叶片、平台元件和锁定元件之间引入差分热膨胀系数和机械应力，锁定元件优选由具有与用于制备叶片和外部平台元件相同类型的纤维和基质的复合材料制成。

图6为纤维坯件300的高度示意图，通过所述纤维坯件300可以对叶片纤维预成型件进行成形，使得一旦用基质致密化和可能地被机械加工，就获得具有结合其中的内部平台和内部平台悬挑板的复合材料叶片，如图2和3中所示的叶片100。

坯件300包括两个纤维条带302和304，所述纤维条带302和304通过三维编织或多层编织获得，图6中仅显示这两个部分的几何外皮。在成形之后，纤维条带302用于构成叶片纤维预成型件的对应于翼面预成型件和叶片根部的部分，该部分呈现用于形成翼面的压力侧的表面302a和用于形成翼面的抽吸侧的表面302b。在成形之后，纤维条带304用于构成叶片纤维预成型件的对应于内部平台的预成型件的部分。

两个纤维条带302和304通常以对应于待制备的叶片的纵向方向的方向X延伸。在其用于形成翼面预成型件的部分中，纤维条带302呈现变化的厚度，所述变化的厚度根据待制备的叶片的翼面的轮廓的厚度而确定。在其用于形成根部预成型件的部分中，纤维条带302呈现额外厚度303，所述额外厚度303根据待制备的叶片的根部的厚度而确定。

纤维条带302具有宽度l，所述宽度l根据待制备的叶片的翼面和根部的展开轮廓（当平坦时）的长度进行选择，而纤维条带304具有大于宽度l的宽度L，所述宽度L根据待制备的内部平台的展开长度进行选择。

纤维条带304具有基本恒定的厚度，所述厚度根据待制备的平台中的叶片的厚度确定。条带304具有沿着条带302的第一表面302a（压力侧）并且在第一表面302a附近延伸的第一部分304a，和沿着条带302的第二表面302b（抽吸侧）并且在第二表面302b附近延伸的第二部分304b。

部分304a和304b通过连接部分340c连接在一起，所述连接部分340c在对应于待制备的内部平台位置的位置处相对于条带302横向延伸。连接部分340c基本上垂直于纤维坯件的纵向方向穿过条带。取决于内部平台所需的形状，连接部分340c可以以相对于坯件的纵向方向X的法线的非零角度穿过条带302。此外，连接部分340c的轮廓可以为曲线而非如所示实施例中的直线。

如下文更详细地描述，条带302和304通过多层编织同时编织，而不在条带302和条带304的部分304a和304b之间互连，并且多个连续的坯件300以方向X连续编织。

图7至9为显示如何通过纤维坯件300获得形状接近待制备的叶片的纤维预成型件的高度示意图。

在额外厚度303的一个端部处和在另一个端部处切割纤维条带302从而提供长度对应于待制备叶片的纵向方向的条带320，所述条带320具有由额外厚度303的部分形成的并且位于对应于待制备叶片的根部的位置的位置处的扩大部分330，和对应于待制备叶片的顶端的对立端部350。条带320呈现出用于形成翼面的压力侧的表面320a和用于形成翼面的抽吸侧的表面320b。

此外，在部分304a的端部处和在条带304的部分304b中进行切割，从而在连接部分340c的两侧留下片段340a和340b，如图7中所示。片段340a和340b的长度根据待制备叶片的内部平台的长度确定。

由于纤维坯件的条带320和部分304a和304b之间非互连，片段340a和340b可以垂直于条带302折叠而不切割任何纱线从而形成板340，如图8中所示。

然后通过模制获得待制备叶片的纤维预成型件600，其中使条带320变形从而复制叶片翼面的弯曲轮廓，并且使板340变形从而复制与内部平台的形状相似的形状，如图9中所示。在致密化之后，机械加工预成型件600从而形成槽627，所述槽627的形状和尺寸匹配待制备叶片中的槽127的形状和尺寸。这形成具有翼面预成型件部分620、根部预成型件部分630（包括柄脚预成型件部分）和内部平台预成型件部分640的预成型件600。

当通过编制制备外部平台元件和叶片的纤维坯件，使用以坯件的纵向方向X延伸的经纱进行编制，应理解也有可能用以该方向延伸的纬纱进行编织。

在一个实施方案中，所使用的纱线可以为由日本供应商NipponCarbon以名称“Nicalon”提供的并且具有0.5K（即500根单丝）的重量（以单丝数量表示）的碳化硅（SiC）纱线。

当然，取决于可用纱线的重量，可以采取纱线层数量的不同组合以及丝线数和丝线重量的变化从而获得所需的轮廓。

当编织纤维坯件300时（除了额外厚度303）和当编织纤维坯件400时，所使用的编织可以例如为通过缎纹型织纹或多缎纹型织纹进行的多层编织，也可以使用其他类型的多层编织，例如使用多平纹织纹或使用“双罗纹”织纹的多层编织。在本文中使用的术语“双罗纹”织纹意指其中每个纬纱层与多个经纱层互连的织纹，其中给定纬列中的所有纱线在织纹的平面中具有相同的移动。

进行多层编织的各种方式特别描述于文献WO2006/136755。

图10A为条带302与图6中所示的纤维坯件的条带304的连接部分340c交叉之处的经纱截面图，条带304的经纱在该连接部分中以截面形式观察。每个经纱层C₃₀₄在该连接部分340c中以垂直于条带302的纬向的方向延伸。在编织的过程中，通过使条带304的经纱层C₃₀₄中的一些纱线单独地交叉通过条带302的所有经纱和纬纱从而使得条带304从条带302的一侧穿过至另一侧。条带304的交叉经纱层C₃₀₄沿着如图10A中所示的直线轮廓穿透在条带302的纬纱t₃₀₂之间。当然，取决于内部平台所需的形状，条带304的经纱层C₃₀₄可以沿着其他形状的轮廓（例如波纹或弯曲轮廓）进入和离开条带302。

图10B为条带302和304的各自的纬纱t₃₀₂和t₃₀₄的纬纱截面图，其中条带304的连接部分340c交叉通过图3中所示的纤维坯件的条带302。在所示实施例中，并且如上所述，连接部分340c垂直于条带302的经纱层C₃₀₂的方向延伸。然而，取决于内部平台所需的定向，连接部分340c也有可能以相对于经向的法线的非零角度延伸。

可以通过使用更大重量的纬纱并且通过使用额外的纬纱层从而获得图6的纤维坯件300的额外厚度303。在一个变体实施方案中，可以通过在编织条带302时引入插入物从而获得额外厚度302。

用于形成叶片的纤维增强件的纤维坯件也可以通过堆叠多个如下层而获得：

·一维（UD）织物；

·二维（2D）织物；

·编结物；

·针织物；

·毡；和

·缆绳或缆线的单向（UD）片或多向（nD）片，所述多向（nD）片通过以不同方向重叠多个UD片并且例如通过缝合，通过化学粘合剂或通过针刺将UD片连接在一起而获得。

可以例如通过缝合，通过植入纱线或刚性元件或通过针刺从而将层连接在一起。

下文为连续步骤和预成型件的致密化的说明，可以进行所述连续步骤从而对本发明的外部平台元件或叶片的纤维预成型件进行成形。

如上所述，用于形成外部平台元件或叶片的纤维增强件的纤维坯件通过多层编织或通过堆叠纤维结构进行编织。对于在高温下并且特别在腐蚀环境（特别是湿环境）下使用的涡轮发动机叶片，用于编织的纱线由陶瓷纤维，特别是碳化硅（SiC）纤维制成。对于较低的温度，也有可能使用碳纤维。

用于形成待制备部件的纤维增强件的纤维预成型件的致密化包括贯穿预成型件的全部或部分体积使用材料，所述材料用于构成填充预成型件的孔的基质。该致密化可以以已知方式使用液相技术（CVL）或化学气相渗透（CVI）的气相技术或实际上通过结合这两种方法而进行。

液相技术包括用包含基质材料的前体的液体组合物浸渍预成型件。前体通常为有可能在溶剂中稀释的聚合物例如树脂的形式。将预成型件放置在模具中，所述模具可以以气密方式封闭并且具有模制部件的最终形状的空腔。之后，封闭模具并在整个空腔中注入液体基质前体（例如树脂）从而浸渍预成型件的全部纤维部分。

在已经除去任何溶剂之后，通过热处理，通常通过加热模具使前体转化成基质，即进行聚合，并且在聚合物已经固化之后，预成型件始终保持在模具中，所述模具的形状对应于待制备部件的形状。

当形成碳基质或陶瓷基质时，热处理包括热解前体从而取决于所使用的前体并且取决于热解条件使基质转化成碳基质或陶瓷基质。例如，陶瓷（特别是SiC）的液体前体可以为如下类型的树脂：聚碳硅烷（PCS）；或聚钛碳硅烷（PTCS）；或聚硅氮烷（PSZ）类型；而碳的液体前体可以为具有相对高焦炭含量的树脂，例如酚醛树脂。可以连续进行数个从浸渍至热处理的循环从而达到所需的致密化程度。

在本发明的一个方面，特别是当形成有机基质时，纤维预成型件可以通过公知的树脂传递模制（RTM）法进行致密化。在RTM法中，将纤维预成型件放置在具有待制备部件的外部形状的模具中。在包含纤维预成型件的模具的内部空间中注入热固树脂。通常在所述内部空间中在注入树脂的位置和用于使所述空间排气的孔口之间建立压力梯度，从而控制和优化预成型件被树脂的浸渍。

以已知的方式，纤维预成型件还可以使用气相技术通过基质的化学气相渗透（CVI）进行致密化。将对应于待制备结构的纤维预成型件放置在炉中，在所述炉中加入反应气体。与适用于化学气相沉积（CVD）法的压力和温度条件（所述压力和温度条件仅在材料的表面上造成沉积）不同，这样选择炉中存在的压力和温度和气体的组成，使得气体能够在预成型件的孔内扩散，从而通过沉积与纤维接触的固体材料（所述材料源自气体成分的分解或多种成分之间的反应）而在材料的芯部中形成基质。

SiC基质可以使用通过MTS分解产生SiC的甲基三氯硅烷（MTS）形成，而碳基质可以用通过裂解产生碳的烃气体例如甲烷和/或丙烷获得。

还可以使用结合液相技术和气相技术的致密化从而有助于操作、限制成本和限制制造循环次数，同时获得对于目标应用令人满意的特征。

特别地，基质可以使用环氧树脂（例如高性能环氧树脂）或通过使用碳基质或陶瓷基质的液体前体而获得。

在所述实施例中，通过固结组合物（通常为任选在溶剂中稀释的树脂）浸渍纤维坯件。有可能使用碳前体树脂，例如酚醛树脂或呋喃树脂，或陶瓷前体树脂，例如作为SiC的前体的聚硅氮烷或聚氧基硅氧烷树脂。

在干燥以从树脂中除去任何溶剂之后，有可能预固化树脂。预固化或不完全固化用于增加硬度并因此增加强度，同时保持制备外部平台元件或叶片的预成型件所需的变形能力。

以图7中所示的方式切割纤维坯件，特别是用于形成叶片的坯件。

之后，使坯件成形（如图9中所示）并将其放置在例如由石墨制成的模具中，从而在制备外部平台元件时对外部平台的悬挑部和擦拭器板进行成形，并且在制备叶片时对内部平台部分、根部和翼面部分进行成形。

之后，完全固化树脂并热解经固化的树脂。固化和热解可以通过逐步升高模具内的温度而依次进行。

在热解之后，获得用热解残余物固结的纤维预成型件。选择固结树脂的量使得热解残余物将预成型件的纤维粘合在一起从而足以对其进行操作同时保持其形状而无需借助于工具，应理解优选选择尽可能小的固结树脂的量。

经固结的预成型件然后用基质进行致密化。对于待在高温下和特别是在腐蚀环境中使用的涡轮发动机叶片，基质为例如由SiC制成的陶瓷基质。致密化可以通过CVI进行，在该情况下界面第二层的形成和基质的致密化可以在相同炉中依次进行。

致密化可以在两个连续步骤中进行，所述两个连续步骤通过将外部平台元件或叶片机械加工成所需尺寸的步骤分开。

应观察到，特别是为了首先在外部平台元件中形成开口并且在叶片的外端中形成槽或凹口，可以在固化之后和在热解树脂之前进行预机械加工。

在一个变体实施方案中，预成型件可以通过部分致密化进行固结同时维持在成形机中，固结通过以CVI在纤维上沉积陶瓷而进行。

成形机优选由石墨制成并且具有帮助造成界面的反应气体通过的孔，并且陶瓷通过CVI沉积。

一旦固结足以使得预成型件能够进行操作同时保持其形状而无需支持工具的存在，从成形机中取出经固结的预成型件并且用陶瓷基质通过CVI进行致密化。致密化可以在两个连续步骤中进行，所述两个连续步骤通过将外部平台元件或叶片预机械加工成所需尺寸的步骤分开，特别是为了首先在外部平台元件中形成开口并且在叶片的外端中形成槽或凹口，在第二致密化步骤之后在这些元件上进行最终机械加工步骤。

在以上描述中，通过使用重量和/或丝线数变化的纱线制成厚度变化的翼面轮廓。在一个变体中，有可能用一定数量的具有相同重量和恒定丝线数的纱线层制成对应于翼面预成型件部分的纤维坯件的部分，其中在第一致密化步骤之后在机械加工操作的过程中，或者在经固结的叶片预成型件上的预机械加工操作的过程中，获得轮廓厚度的变化。

取决于目标使用条件，叶片和外部平台元件的纤维或纤维增强件也有可能由非陶瓷材料制成，例如由碳制成，并且基质也有可能由非陶瓷材料制成，例如由碳或树脂制成。本发明的外部平台元件和叶片可以特别由陶瓷基质复合（CMC）材料制成，所述陶瓷基质复合（CMC）材料为由用基质致密化的碳纤维或陶瓷纤维增强件组成，所述基质至少部分由陶瓷制成，例如碳-碳/碳化硅（C-C/SiC）材料，碳/碳化硅（C/SiC）材料，碳化硅/碳化硅（SiC/SiC）材料，或碳/碳（C/C）复合材料，所述碳/碳（C/C）复合材料以已知的方式为由用碳基质致密化的碳纤维增强件组成的材料。

当然，本发明还可应用于从有机基质复合（OMC）材料（例如使用高性能环氧树脂获得的材料）制造外部平台元件和叶片。

图11和12显示了变体实施方案，所述变体实施方案与参考图2和3描述的实施方案的区别在于每个叶片1100的外端1102不具有槽而是具有两个凹口1127和1128，所述两个凹口1127和1128接收锁定元件1230的臂1231和1232从而使呈现开口（该实施例中显示了四个开口1201至1204）的外部平台元件1200保持在位，所述开口使得四个叶片1100的外端1102接合其中。每个锁定元件1230还具有与相邻锁定元件的臂1231和1232的自由端部协作的桥台元件1233，因此使得有可能一旦所有锁定元件已经就位时，使锁定元件保持在位。

图13和14显示了变体实施方案，所述变体实施方案与参考图2和3描述的实施方案的区别在于每个叶片2100的外端2102具有两个凹口2127和2128，所述两个凹口2127和2128用于接收锁定元件2230的臂2231和2232从而使在该实施例中呈现两个开口2201和2202的外部平台元件2200保持在位，所述两个开口2201和2202接收两个相邻叶片2100的外端2102。每个锁定元件2230还具有与在每个外部平台元件的一个端部处形成的外壳2125协作的边缘2233，因此使得有可能一旦相邻的外部平台元件已经就位时（如图14中所示），使锁定元件保持在位。优选仅在外部平台2220的擦拭器板中形成外壳2125，因此有可能避免边缘2233进入流动通道。这避免了干扰流体流动同时维持高的密封程度。

此外，在上述叶片中，纤维坯件对应于作为单个片材编织的纤维结构，所述纤维结构不仅结合用于形成翼面和叶片根部的第一部分而且结合用于形成内部平台的第二部分，第二部分至少部分地与第一部分交错（第二部分的纱线穿过第一部分的至少一部分）。

然而，本发明的叶片不限于这种叶片结构。

通常地，本发明的叶片覆盖任何类型的叶片，所述叶片具有构成翼面和叶片根部的第一部分和第二部分，所述第二部分独立于第一部分制成并且形成如上所述的装配在第一部分上的外部平台元件，叶片还有可能至少包括：

·第三部分，所述第三部分形成内部平台的全部或一些，所述内部平台具有或不具有悬挑部并且具有或不具有抗倾斜边缘；

·对应于叶片的第一和第三部分的纤维增强件部分至少部分地与穿透第一纤维增强件部分的第三纤维增强件部分的纱线互相交错，如法国专利申请No.1055160和1055161中所述。

·第三部分，所述第三部分形成内部平台的一些或全部，所述内部平台具有或不具有悬挑部并且具有或不具有抗倾斜边缘；

·对应于第三部分的纤维坯件与对应于构成叶片的翼面的第一部分的纤维坯件分开并且例如通过缝合紧固至对应于构成叶片的翼面的第一部分的纤维坯件；和

·内部平台元件，所述内部平台元件具有或不具有悬挑部并且具有或不具有抗倾斜边缘，平台元件独立于第一和第二部分制造然后被装配至如国际专利申请WO2010/116066中所述的叶片的翼面上。

本发明还适用于包括两个例如经由共用内部平台连接在一起的叶片的双叶片结构。

Claims (17)

1.一种涡轮转子(10)，所述涡轮转子(10)包括由复合材料构成的至少一个叶片(100)，所述复合材料包含利用基质致密化的纤维增强件，每个叶片(100)包括在具有叶片根部(110)的内端(101)和形成所述叶片(100)的顶端(140)的外端(102)之间延伸的叶片本体(120)，所述涡轮转子的特征在于，其包括由复合材料构成的至少一个外部平台元件(200)，至少一个外部平台元件的所述复合材料包含用基质致密化的纤维增强件，所述外部平台元件包括至少一个开口(201)，在所述开口(201)中接合叶片(100)的所述外端(102)，每个叶片(100)的所述外端(102)具有延伸超过所述外部平台元件(200)的部分，该部分包括用于接收锁定元件(230)至少一个槽或凹口(127)。

2.根据权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于，每个叶片(100)的所述外端(102)呈现的尺寸小于所述叶片本体(120)的基础部分的尺寸从而限定肩部(125)，所述肩部(125)形成用于所述外部平台元件(200)的支承表面。

3.根据权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于，每个外部平台元件(200)具有外部平台悬挑板(210)和外部平台擦拭器板(220)。

4.根据权利要求3所述的涡轮转子，其特征在于，每个外部平台元件(200)在其每个纵向端部处呈现偏移部(211；213)，从而使两个相邻的外部平台元件部分重叠。

5.根据权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于，每个外部平台元件具有多个开口，从而使得多个相邻叶片的外端与每个外部平台元件接合。

6.根据权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于，每个叶片的延伸超过所述外部平台元件的外端包括两个槽或两个凹口，并且每个锁定元件具有分别接合在所述槽或凹口中的两个臂。

7.根据权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于，每个锁定元件在一端处具有与在每个外部平台元件中形成的外壳处相协作的边缘，从而使每个锁定元件保持在位。

8.根据权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于，每个叶片还包括内部平台(150)的全部或部分，所述内部平台(150)具有或不具有悬挑部。

9.根据权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于，每个叶片的所述纤维增强件通过对纱线进行多层编织而获得。

10.根据权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于，每个叶片和每个外部平台元件由陶瓷基质复合(CMC)材料制成。

11.根据权利要求1所述的涡轮转子，其特征在于，每个叶片和每个外部平台元件由有机基质复合(OMC)材料制成。

12.一种压缩机，其装配有根据权利要求1至11任一项所述的涡轮转子。

13.一种涡轮发动机，其装配有根据权利要求12所述的压缩机。

14.一种制备涡轮转子(10)的方法，所述方法包括：制备至少一个叶片(100)，所述方法对于每个叶片包括：

·将叶片纤维坯件(300)制备为单个片材；

·对所述叶片纤维坯件进行成形，从而获得单片叶片纤维预成型件(600)，所述单片叶片纤维预成型件(600)具有第一部分，所述第一部分形成用于叶片翼面(620)和叶片根部(630)的预成型件；

·利用基质对所述单片叶片纤维预成型件(600)进行致密化，从而获得叶片(100)，所述叶片(100)具有由所述单片叶片纤维预成型件构成的并用基质致密化的纤维增强件，并且包括叶片本体(120)，所述叶片本体(120)在包括叶片根部(110)的内端(101)和形成叶片顶端(140)的外端(102)之间延伸；

所述方法的特征在于，其进一步包括：

·在每个叶片(100)的所述外端(102)中形成至少一个槽；

·形成用于外部平台元件的至少一个单片纤维坯件(400)；

·对所述单片纤维坯件进行成形，从而获得外部平台元件纤维预成型件(500)；

·利用基质对所述外部平台元件纤维预成型件进行致密化，从而获得由复合材料构成的外部平台元件(200)，所述外部平台元件具有由所述外部平台元件纤维预成型件构成的并且用基质致密化的纤维增强件；

·在所述外部平台元件中形成至少一个开口；

·通过将每个叶片(100)的所述叶片根部(110)接合入在桨毂的外周中形成的互补形状的外壳(12)中从而将每个叶片安装在所述桨毂(11)上；

·通过将所述叶片的所述外端(102)接合入所述外部平台元件(200)中的开口中从而将每个外部平台元件(200)安装在至少一个叶片(100)上；并且

·将锁定元件(230)设置在每个叶片(100)的所述外端(102)中的至少一个槽中。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，对每个叶片(100)的所述外端(102)进行机械加工，从而限定肩部(125)，所述肩部(125)形成用于所述外部平台元件(200)的支承表面。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，每个外部平台元件(200)具有外部平台悬挑板(210)和外部平台擦拭器板(220)。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，每个外部平台元件的单片纤维坯件通过在多个纱线层之间进行多层编制而制成，并且所述单片纤维坯件包括在两列相邻纱线层之间非互连的局部区域，所述两列相邻纱线层的一者在对所述单片纤维坯件进行成形的过程中折叠从而形成擦拭器。