CN103889691B - 用于制作由复合材料制成的燃气轮机壳体的浸渍夹紧芯棒 - Google Patents

用于制作由复合材料制成的燃气轮机壳体的浸渍夹紧芯棒 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制作由复合材料制成的燃气轮机壳体的浸渍夹芯棒(100)，所述芯棒包括环形壁(102)，两个横向法兰(104)和可移除装置(106)，所述环形壁(102)外表面的轮廓对应于要制作的壳体的内表面的轮廓，所述横向法兰(104)的轮廓对应于要制作的外壳体法兰的轮廓，所述可移除装置(106)用于夹紧纤维织物层，该纤维织物层缠绕在所述芯棒上。

Description

用于制作由复合材料制成的燃气轮机壳体的浸渍夹紧芯棒
技术领域
本发明涉及燃气轮机壳体的通用领域，且更特别涉及用于航空引擎的燃气轮机风扇的保持壳体。
背景技术
在燃气轮机航空引擎中，风扇壳体履行数个功能。它限定至引擎的进入空气流、支持关于风扇轮叶尖部的耐磨材料、支持针对引擎声学入口处理而言的声波吸收的任选结构以及结合或者支持保持护罩。后者包括捕捉器，用于捕捉诸如由于离心作用而抛出的损坏轮片的摄入物品或碎片之类的杂物以便防止它们穿过壳体并达到航空器的其它部分。
已经提出了制作用于保持由复合材料制成的风扇的壳体。可以参考文档EP1961923，其描述了生产具有演进厚度的由复合材料制成的壳体，包括通过叠加纤维织物层形成纤维加强件以及通过基质对该纤维加强件进行致密化。依据此发明，通过三维机织使纤维织物制成具有演进厚度并且采用若干叠加层方式把纤维织物缠绕到具有中央壁和两个横向法兰的芯棒上，所述中央壁的轮廓与要制造的壳体的轮廓对应，所述横向法兰的轮廓与壳体外法兰的轮廓对应。所得到的纤维预制品被保持在该芯棒上，并且通过树脂的浸渍是在聚合作用之前在真空的情况下完成的。如此文档中所描述的那样在机织织物的芯棒上缠绕演进厚度直接给出了具有可变厚度的优选轮廓的管状预成品。
在实践中，实施此过程提出了在其在芯棒上缠绕期间保持该纤维预成品的问题。在此缠绕期间，实际上应当有足够的牵引力施加到纤维织物的每一层上以确保纤维织物的有效密紧度。这特别要求在后续层缠绕之前缠绕在芯棒上的第一层纤维织物正确地包抵住芯棒。
为此目的，文档FR2945573公开了一种浸渍芯棒，在其中，钩住第一层纤维织物是通过与浸入该层纤维织物的点相配合的可移除板来做的。尽管是有效的，但是此类型的钩住可能具有下面风险:如果太强缠绕压力应用到纤维预成品上则看到该板的点损坏纤维预成品。
发明内容
本发明的原理目标因此是通过提出机械保持第一层纤维织物来改正这样的缺点，其在没有损坏纤维预成品的风险的情况下应用强的缠绕张力。
此目标通过用于制作由复合材料制成的燃气轮机的浸渍芯棒来达到，所述芯棒包括环形壁和两个横向法兰，环形壁外表面的轮廓对应于要制作的壳体的内表面的轮廓，横向法兰的轮廓对应于要制作的壳体的外法兰的轮廓，依据本发明，该芯棒还包括把纤维织物层缠绕在所述芯棒上的可移除夹紧装置。
夹住缠绕在芯棒上的该层纤维织物的自由端在不考虑应用到预成品的缠绕张力的情况下防止了预成品劣化的任何风险。再者，此夹紧装置是可移除的，以此在树脂浸渍之前可以把它抽回以防止在热聚合作用操作期间预成品劣化的任何风险。最后，第一层纤维织物保持在芯棒上是机械式的(而不是化学式的)，这确保了在树脂浸渍之前预成品的完全安全性。
该夹紧装置有利地包括用于定位在通过芯棒的壁制成的对应凹部中的可移除板部，所述板部包括外表面和槽，所述外表面的轮廓能够重构所述芯棒的外表面的轮廓，所述槽在所述芯棒的横向法兰之间延伸就位并且用于接纳缠绕在所述芯棒上的纤维织物层的自由端部。
这样的夹紧装置优选还包括垫部，其能够借助于紧固螺杆向缠绕在所述芯棒上的纤维织物层的自由端部施加夹紧力。紧固螺杆有利地可从芯棒的内部易于接近。
夹紧装置的板部可以包括固定法兰，该固定法兰用于被定位成借助于固定螺杆固定在芯棒的环形壁上。
再者，夹紧装置的板部可以包括当夹紧板部就位时从芯棒内部易于接近的把手。
本发明的另一目的是一种在浸渍芯棒上纤维织物的缠绕机，包括卷紧芯棒，通过三维机织生成的纤维织物用于存放在所述卷紧芯棒上，所述卷紧芯棒具有基本水平的旋转轴，如前面所限定的渍芯棒，存放在所述卷紧芯棒上纤维织物用于采用叠加层的方式缠绕在所述浸渍芯棒上，所述浸渍芯棒具有与所述卷紧芯棒的旋转轴平行的基本水平的旋转轴，电动机，用于关于它们的各自旋转轴转动地驱动芯棒；以及转动地驱动芯棒的电动机的控制单元。
本发明的另一目的是一种用于制作由复合材料制成的燃气轮机的纤维织物的浸渍方法，包括在诸如前面限定的浸渍芯棒上缠绕第一层纤维织物，借助于夹紧装置把第一层纤维织物的自由端部维持在所述浸渍芯棒上，在所述浸渍芯棒上缠绕其它层纤维织物，抽回所述夹紧装置并用密封栓替代，以及通过树脂注入浸渍缠绕在芯棒上的纤维织物。
附图说明
根据下面描述，参考图示了没有任何限制性特征的实施例，本发明的其它特性和优点将显现出来，其中：
图1是依据本发明的在浸渍芯棒上纤维织物的缠绕机的示意侧视图；
图2是图1的浸渍芯棒的透视图；
图3是沿着图2的III-III的剖视图；以及
图4是示出在缠绕完成时浸渍芯棒的视图，与图3相对应。
具体实施方式
现在将在本发明应用到生成具有燃气轮机的航空引擎中的风扇壳体的范围内描述本发明。
在可以参考的文档EP1961923中描述了制造这样的风扇壳体的过程的示例。
该壳体由复合材料制成，具有通过基质而致密化的纤维加强件。该加强件由诸如碳、玻璃、芳族聚酸胺或者陶瓷之类的纤维制成，并且该基质由例如环氧化物、双马来酰亚胺或者聚酰亚胺的聚合体制成。
简而言之，此文档中描述的制造过程包括：通过三维机织制作具有在鼔上卷紧的链(在下面称为卷紧芯棒)的纤维织物，其轮廓根据要制造的壳体的轮廓来确定。
所得到的纤维织物然后传输到树脂注射模具的芯棒(下面称为浸渍芯棒)，其外轮廓对应于要制造的壳体的内轮廓。
在把预成品保持在浸渍芯棒上时，接着用树脂进行浸渍。为此目的，把封套应用到此预成品并把树脂注入到得到的模具中。通过在包含该预成品的模具的内部和外部之间设置的压力差来辅助浸渍。在浸渍之后，实施树脂聚合作用步骤。
本发明应用于任何类型的缠绕机，其功能是把存放在卷紧芯棒上的纤维织物自动传送到树脂注入模具的浸渍芯棒，诸如图1中所示。
可以参考专利申请FR1153212(尚未公开)，其详细地描述了这样的机器的结构和操作。
简要地，缠绕机10包括架子12，该架子12特别支撑依据本发明的卷紧芯棒14和浸渍芯棒100。这些芯棒是可移除的，也就是说，它们可以从架子上拆卸下来。
卷紧芯棒14接纳例如通过三维机织生产的纤维织物16。它由水平轮轴18承载，该水平轮轴18的一端被安装成在缠绕机的架子12上旋转，而另一端耦接至电动引擎20输出轴，例如交流电的带减速装置的电动机.
由卷紧芯棒14、其轮轴18和其电动引擎20组成的组件可以沿着卷紧芯棒的旋转轴相对于架子平移。在卷紧芯棒的平移方面的此自由度使得此芯棒在纤维织物缠绕在浸渍芯棒之前与浸渍芯棒对准。
缠绕机的浸渍芯棒100用于接纳存放在卷紧芯棒上的纤维织物，该纤维织物采用叠加层的方式。采用自身已知的方式，它具有中央环形壁102和在其上游和下游端的两个横向法兰104以使得它能够被安装和链接至其它元件，中央环形壁的外表面的轮廓对应于要制成的壳体的内表面的轮廓，横向法兰的轮廓对应于壳体外法兰的轮廓。
浸渍芯棒由水平轴22承载，该水平轴22平行于卷紧芯棒的旋转轴18，并且其一端被安装成在缠绕机的架子12上旋转，而另一端耦连至电动引擎24的输出轴，例如交流电的带减速装置的电动机。
控制单元26连接至两个芯棒的电动机20、24并且控制每个芯棒的旋转速度。更具体地，此控制单元控制缠绕机的所有的操作参数，并且更特别地控制当卷紧芯棒被机动化时它的平移的位移。
在这样的机器的情况下，把纤维织物缠绕在浸渍芯棒上如下进行：首先借助于用于通过下面描述的夹子进行保持的设备把卷紧芯棒的纤维织物的自由端部固定在浸渍芯棒上，然后控制单元激励和控制用于转动地驱动芯棒的引擎以便向纤维织物施加足够的缠绕张力。
然后可以开始把采用叠加层方式的纤维织物缠绕在浸渍芯棒上，并且在图1中箭头F所标志的旋转方向上执行。举例来说，可能有必要达到4转又1/8以产生具有遵照要制造的壳体规范的厚度的纤维加强件。
依据本发明，浸渍芯棒100包括用于夹紧缠绕在浸渍芯棒上的纤维织物的第一层16a的自由端28的可移除装置。
更精确地，如图2中所示，此装置特别包括板部106，其确保了夹住纤维织物的第一层的此自由端。
此板部106是可移除的并且用于在缠绕操作的开始时，定位在通过芯棒的环形壁102的对应凹部108中。为此目的，夹紧装置的板部包括两个相对的固定法兰110和密封接头114，固定法兰110借助于固定螺杆112固定在芯棒的环形壁上，密封接头114还可以插入在芯轴的环形壁和法兰之间。
板部106还可以包括使抓住更容易的把手116。显然的是此把手和固定螺杆112从浸渍芯棒的内部是容易接近的。
夹紧装置的板部106的外表面118被形成轮廓成以便当它被安装在后者上时重构浸渍芯棒的环形壁102外表面的轮廓。
夹紧装置的板部106还具有在芯棒的两个横向法兰104之间横向延伸的槽120，此槽被定尺寸成接纳缠绕在该芯棒上的纤维织物的第一层16a的自由端28以通过夹子来把它保持住。
再者，以与槽120的平齐的方式把垫部122容纳在板部内部，通过从芯棒内部易于接近的紧固螺杆124，此垫部能够紧紧地抓抵纤维织物的第一层16a的自由端28(图3)。因此，一旦第一层纤维织物的端部插入到板部的槽中，紧固螺杆124就被旋拧以便向板部106的垫部122和环形壁102之间的纤维织物层的此端部施加夹紧力。
显然的是，仅纤维织物第一层16a的端部28的此部分28a(其用于重构要制作的壳体的内表面)通过夹子被保持在浸渍芯棒(不是用于重构要制作的壳体的外法兰的第一层纤维织物此端部的各部分)上。实际上，在纤维织物缠绕在浸渍芯棒上期间在纤维织物各部分的平齐处没有应用缠绕张力，因此不必要为后者提供保持力。再者，此解决方案具有简化保持装置的优点。
再者，因此仅第一层纤维织物端部28的部分28a(其用于重构要制作的壳体的内表面)被插入到板部106的槽120中以便通过夹子被保持在那里，首先必要的是如图1所示，切除此自由端部28，尤其以与部分28b的平齐的方式其将重构壳体的外法兰。
一旦纤维织物的所有层都缠绕在浸渍芯棒上，就在树脂浸渍操作之前抽回夹紧装置。为此目的，旋出清洗器的紧固螺杆124以及板部106的固定螺杆112以便从浸渍芯棒中的其凹部108释放出板部。
一旦抽回板部106，突伸在芯棒内部的纤维织物第一层16a的自由端部就会被切掉，例如使用切削刀。可替换地，可以留下此自由端部(这因此要求适配下面所描述的密封栓的几何形状)以便整合附连到此层的过大厚度。
诸如图4中所示的密封栓之类的密封栓200于是被定位在浸渍芯棒的凹部108中以代替夹紧装置的板部106。这样的栓整体上等同于夹紧板部，除了它没有槽或者垫部之外。特别地，后者具有重构芯棒环形壁外表面的轮廓的外表面204并且借助于固定法兰208和螺杆210(密封接合头212也可以被插入)能够固定在后者上。该栓还包括可从芯棒内部易于接近的把手214。一旦栓200就位并且固定在浸渍芯棒上，就可以开始树脂浸渍操作。

Claims (8)

1.一种用于制作由复合材料制成的燃气轮机壳体的浸渍夹芯棒(100)，所述芯棒包括环形壁(102)和两个横向法兰(104)，所述环形壁(102)外表面的轮廓对应于要制作的壳体的内表面的轮廓，所述横向法兰(104)的轮廓对应于要制作的壳体的外法兰的轮廓，其特征在于，它还包括把纤维织物层缠绕在所述芯棒上的可移除夹紧装置，所述装置包括用于定位在通过所述芯棒的壁而制成的对应凹部(108)中的可移除板部(106)。
2.如权利要求1所述的芯棒，其中，所述夹紧装置的板部(106)包括外表面和槽(120)，所述外表面的轮廓能够重构所述芯棒的外表面的轮廓，所述槽(120)在所述芯棒的横向法兰之间延伸就位并且用于接纳缠绕在所述芯棒上的纤维织物层的自由端部(28)。
3.如权利要求2所述的芯棒，其中，所述夹紧装置还包括垫部(122)，该垫部(122)能够借助于紧固螺杆(124)向缠绕在所述芯棒上的纤维织物层的自由端部施加夹紧力。
4.如权利要求3所述的芯棒，其中，所述紧固螺杆(124)可从所述芯棒的内部易于接近。
5.依据权利要求2所述的芯棒，其中，所述夹紧装置的板部(106)包括固定法兰(110)，当其就位时其借助于固定螺杆(122)用于固定在所述芯棒环形壁上。
6.依据权利要求2至5中任一项所述的芯棒，其中，所述夹紧装置的板部(106)包括当所述夹紧板部就位时可从所述芯棒内部易于接近的把手(116)。
7.一种在浸渍芯棒上纤维织物的缠绕机(10)，包括:
卷紧芯棒(14)，通过三维机织生成的纤维织物(16)用于存放在所述卷紧芯棒(14)上，所述卷紧芯棒具有基本水平的旋转轴(18)；
依据权利要求1至6中任一个的浸渍芯棒(100)，存放在所述卷紧芯棒上纤维织物用于采用叠加层的方式缠绕在所述浸渍芯棒上，所述浸渍芯棒具有与所述卷紧芯棒的旋转轴平行的基本水平的旋转轴(22)；
电动机(20、24)，用于驱动芯棒绕着各自旋转轴转动；以及
驱动芯棒转动的电动机的控制单元(26)。
8.一种纤维织物的浸渍方法，用于制作由复合材料制成的燃气轮机，其包括：
将第一层纤维织物缠绕在依据权利要求1至6中任一个的浸渍芯棒上；
借助于夹紧装置把第一层纤维织物的自由端部(28)维持在所述浸渍芯棒上；
在所述浸渍芯棒上缠绕其它层纤维织物；
抽回所述夹紧装置并用密封栓(200)替代；以及
通过树脂注入浸渍缠绕在芯棒上的纤维织物。
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