CN104975890B - 用于轴流式涡轮机的压缩机的复合壳体 - Google Patents

用于轴流式涡轮机的压缩机的复合壳体 Download PDF

Info

Publication number
CN104975890B
CN104975890B CN201510171188.0A CN201510171188A CN104975890B CN 104975890 B CN104975890 B CN 104975890B CN 201510171188 A CN201510171188 A CN 201510171188A CN 104975890 B CN104975890 B CN 104975890B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
synusia
wall
combined housing
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510171188.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104975890A (zh
Inventor
A.迪里
A.德克莱
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aero Boosters SA
Original Assignee
Safran Aero Boosters SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aero Boosters SA filed Critical Safran Aero Boosters SA
Publication of CN104975890A publication Critical patent/CN104975890A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104975890B publication Critical patent/CN104975890B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/20—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres
    • B29C70/205—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres the structure being shaped to form a three-dimensional configuration
    • B29C70/207—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres the structure being shaped to form a three-dimensional configuration arranged in parallel planes of fibres crossing at substantial angles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/22—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least two directions forming a two dimensional structure
    • B29C70/222—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least two directions forming a two dimensional structure the structure being shaped to form a three dimensional configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/04—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position
    • F01D21/045—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position special arrangements in stators or in rotors dealing with breaking-off of part of rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/04—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/526—Details of the casing section radially opposing blade tips
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F05D2300/6034—Orientation of fibres, weaving, ply angle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于轴流式涡轮机的压缩机的复合壳体，所述壳体包括具有基体和编织纤维增强件的基本上圆形的壁。后者由纤维层片(42)的堆叠(40)形成，所述层片的纤维是根据定位在所述圆形壁的轴线上纬纱和围绕所述壁的圆周定位的经纱编织的。按照其厚度，所述层片的堆叠展现出两个外部层(48)和一个中心层(50)。这些层在其纬纱纤维与经纱纤维之间的比例上展现出差别。在所述外部层(48)中，所述经纱纤维占多数，而在所述中心层(50)中，所述纬纱纤维占多数。此外，所述堆叠展现出插在所述中心层(50)与每个外部层(48)之间的夹层(52)。对应于所述夹层的层片(42)展现出关于所述涡轮机的旋转轴线(14)在+45°和‑45°编织的纤维。

Description

用于轴流式涡轮机的压缩机的复合壳体
技术领域
本发明涉及一种用于轴流式涡轮机的复合壳体。更具体地，本发明涉及一种用于涡轮机的包括基体和具有纤维层片的增强件的复合壳体。本发明还涉及一种具有复合壳体的涡轮机。
背景技术
为了减轻尤其是用于飞机的涡轮机而使用复合材料已经是熟知的。这样的材料被用来生产叶片和环形壳体。后者通常包括大致精细的壁，其允许流动被界定和引导在涡轮机内部。
这样的复合壁通常包括有机基体和通过基体致密化的纤维增强件。所述纤维增强件可包括以三维方式编织的预成型件，和/或可包括编织纤维层片的堆叠。
这样的壳体从文献US2012/0270006A1中是已知的。此文献公开了具有由复合材料制造的管状壁的复合壳体。所述复合材料展现出基体和具有在两个垂直方向上布置的纤维的层片堆叠。所述层片的取向按照管状壁的厚度以这样的方式调整，使得在壁的特定位置处优先考虑纤维的特定取向。纤维的这种布置使得壳体的机械抗性能够得到改善，特别是在环形安装凸缘区域中的机械抗性。
这种方法优化了复合壳体的抗性。然而，它的刚性仍然很低，并且在外部压缩机壳体的情况下可能变得不足，因为这些壳体承受高的负载。在风扇叶片损耗的情况下，涡轮机展示出大幅度振动，并且压缩机的某些转子叶片可与复合壳体接触。后者因而高度受压。还应注意的是，热负载和湿度降低壳体的机械抗性。
发明内容
技术问题
本发明具有的目的在于，解决由现有技术所引起的问题中的至少一个。更具体地，本发明具有的目的在于，优化一种复合壳体的抗性和质量，所述复合壳体具有包括由编织纤维增强件增强的基体的环形壁。本发明还具有的目的在于，在与转子叶片接触的情况下改进壳体复合环形壁的机械抗性。技术解决方案
本发明涉及一种用于轴流式涡轮机的复合壳体，所述壳体特别是用于压缩机的，所述壳体包括具有基体和编织纤维增强件的基本上圆形的壁，按照其厚度，所述纤维增强件展现出两个外部层和位于所述外部层之间的中心层，所述层包括大致在所述圆形壁的轴向延伸的纤维，以及大致绕圆形壁的圆周延伸的纤维，其特征在于，所述外部层中的至少一个包括轴向纤维与圆周纤维之间在比例上的差别，所述轴向纤维占多数。
根据本发明的一个有利实施方式，所述中心层包括轴向纤维与圆周纤维之间在比例上的差别，所述圆周纤维占多数。
根据本发明的一个有利实施方式，所述纤维增强件厚度的中央位于中心层中，每一层代表纤维增强件的至少10％，并且优选地代表纤维增强件的至少20％。
根据本发明的一个有利实施方式，所述纤维增强件包括各自定位在中心层与一个外部层之间的两个夹层。
根据本发明的一个有利实施方式，所述夹层包括在相对于所述壁的圆周大致垂直和倾斜45°的方向上的编织螺旋纤维。
根据本发明的一个有利实施方式，在壁的大多数表面上，按照壁的厚度并且相对于所述壁厚度的中央，所述纤维增强件展现出在纤维排列上的对称性和/或在纤维比例上的对称性。
根据本发明的一个有利实施方式，所述纤维增强件包括编织纤维层片的堆叠，至少一个所述层片被以这样的方式编织以根据壁的形状预制，并且多数的编织层片在壁的整个轴向长度上延伸。
根据本发明的一个有利实施方式，每个层包括大部分同样的纤维层片，其中占多数的纤维的方向是对齐的。
根据本发明的一个有利实施方式，形成所述层的边界的层片展现出平行的纤维的取向以及对齐的占多数的纤维的方向，所述层片可能是相同的。
根据本发明的一个有利实施方式，层片的纤维被以编织股线的方式布置，所述股线被编织在纬纱的方向和经纱的方向上，所述纬纱股线沿涡轮机的轴线定位，而所述经纱股线围绕所述壁的圆周定位，优选地，所述外部层中的至少一个包括在65％至85％之间的轴向纤维，和/或所述中心层包括在65％至85％之间的圆周纤维。
根据本发明的一个有利实施方式，所述壁在其一个轴向末端处展现出最小直径DM，在所述壁的整个轴向长度上轴向地延伸的层片之间，所述堆叠包括夹在最小直径DM的区域中的附加层片。
根据本发明的一个有利实施方式，所述堆叠包括4至40层的具有相同性质纤维的层片，优选地包括10至20层层片，更优选地包括12至16层层片，每层可能包括至少两个编织层片。
根据本发明的一个有利实施方式，所述壁包括用于定子叶片的数排的环形排的附接孔，所述环形排的孔沿壁轴向地分布。
根据本发明的一个有利实施方式，所述壳体包括至少一个，优选至少两个、径向地延伸和轴向地界定所述壁的环形凸缘，每个环形凸缘由所述纤维增强件形成。
根据本发明的一个有利实施方式，所述多数纤维是纤维数量的多数，或者所述多数纤维是质量的多数。
根据本发明的一个有利实施方式，位于中心层的层片纤维的15％至35％沿着所述环形壁的轴向延伸，和/或位于至少一个所述外部层中的层片纤维围绕所述壁的圆周延伸。
根据本发明的一个有利实施方式，所述环形壁是由两个半壳形成的，每个半壳包括纤维层片的堆叠。
根据本发明的一个有利实施方式，每一层的纤维是性质相同的。
根据本发明的一个有利实施方式，所述堆叠围绕所述壁的圆周方向是大致均匀的。
根据本发明的一个有利实施方式，编织层片的多数形成每个环形凸缘和/或每个轴向凸缘。
根据本发明的一个有利实施方式，所述堆叠在层片的类型上和/或在纤维的取向上和/或在纤维的比例上展现出按照所述壁的厚度并且关于所述壁的厚度中间的对称性。
根据本发明的一个有利实施方式，所述壁包括至少一个用于接收定子叶片的环形区域，优选地包括多个所述环形区域，每个环形区域优选地包括描绘圆形轮廓的附接装置。所述附接装置可以是钩或任何合适的装置。
根据本发明的一个有利实施方式，所述外部层和/或中心层包括比夹层的层片轻的层片。所述质量是表面质量。
本发明还涉及一种用于轴流式涡轮机的复合壳体，所述壳体特别是用于压缩机的，所述壳体包括具有基体和编织纤维层片堆叠的基本上圆形的壁，按照其厚度，所述堆叠展现出两个外部层和位于所述外部层之间的中心层，所述层包括大致在所述圆形壁的轴向延伸的纤维，以及大致绕圆形壁的圆周延伸的纤维，其特征在于，所述外部层中的至少一个包括轴向纤维与圆周纤维之间在比例上的差别，所述轴向纤维占多数。
本发明还涉及一种包括复合材料壳体的轴流式涡轮机，其特征在于所述复合壳体与本发明是一致的，并且在于所述复合壳体由两个半壳体形成，每个半壳体包括允许所述半壳体的接合的轴向凸缘，所述轴向凸缘通过编织纤维层片的堆叠形成。
所提供的优势
本发明能够优化复合壳体的机械抗性。按照纤维对其暴露的变形的幅度，并按照它们由于其取向可贡献的抗性，纤维的比例根据厚度而变化。
为了调整纤维比例，所述层片在一个方向上被增强，而在一个方向或在另一个方向上有可能被减轻。所述层片可在经纱中增强；被称为“重经纱”的层片，或者在纬纱中增强：被称为“重纬纱(heavy weft)”的层片。
附图说明
图1描绘了根据本发明的轴流式涡轮机。
图2是根据本发明的涡轮机压缩机的示图。
图3是复合壳体的纤维层片堆叠根据涡轮机旋转轴线的横截面略图。
图4示出了在图3中描绘的复合壳体的一部分在与转子叶片接触时的轴向变形。
图5是纤维层片堆叠根据在图3中示出的轴线5-5的横截面略图。
图6示出了层片堆叠的不同层。
图7示出了所述外部层中的一个的编织层片的纤维分布和取向，所述编织层片是在俯视图中观察的。
图8示出了所述中心层的编织层片的纤维分布和取向，所述编织层片是在俯视图中观察的。
图9示出了所述夹层中的一个的编织层片的纤维分布和取向，所述编织层片在俯视图中观察。
具体实施方式
在以下描述中，表述内部和外部指的是相对于轴流式涡轮机的旋转轴线的位置。轴向方向依照旋转轴线，而径向方向垂直于所述轴向方向。
图1是轴流式涡轮机的简化图示。在这种特定的情况下，它是一种涡扇发动机。所述涡扇发动机2包括被称为低压压缩级4的第一压缩级、被称为高压压缩级6的第二压缩级、燃烧室8，以及一个或多个涡轮级10。在操作时，涡轮10的机械功率经由中心轴传送，直到转子12将两个压缩机4和6设置于运动中。
压缩机具有与数排的定子叶片相关联的几排转子叶片。转子围绕其旋转轴线14的旋转由此能够产生空气流，并能够逐渐压缩后者直到进入燃烧室10入口。
通常称为风扇或吹风机16的入口通风设备连接到转子12，并产生被分成初级流18和次级流20的空气流，所述初级流18穿过涡轮机的上述不同级，所述次级流20在离开涡轮的出口处重新加入初级流之前穿过沿所述机器的环形导管(部分地描绘)。初级流18和次级流20是环形流，并且它们依靠可以是内部或外部的圆柱形分隔或护罩引导。
图2是诸如在图1中描绘的轴流式涡轮机的压缩机的横截面视图。所述压缩机可以是低压压缩机4。风扇16的一部分以及用于分离所述初级流18与次级流20的唇缘22可在这里观察到。转子12可包括数排的转子叶片24，在此特定例子中是三排。
低压压缩机4可包括至少一个各自包括一个环形排的定子叶片26的整流器，优选地包括多个整流器，在这种情况下为四个。每个整流器与风扇16或一排转子叶片24相关联以便以将流动速度转化为压力的方式整流所述空气流。
所述压缩机包括至少一个壳体28。所述壳体28可展现大致圆形或管状的形状。它可以是外部压缩机壳体，并且可以由复合材料制成，这能够减少它的质量，同时优化它的刚性。壳体28可包括用于附接分离唇缘22和/或用于附接到涡轮机风扇的间隔壳体32的安装凸缘30，例如环形安装凸缘30。所述复合壳体然后确保分离唇缘22与间隔壳体32之间的机械连结的功能。所述壳体同样确保将分离器唇缘22相对于间隔壳体定心的功能，例如通过其环形凸缘。环形凸缘30可由复合材料制成，并可包括附接孔(未在这里示出)以允许它们通过螺栓或通过锁紧螺栓的附接。凸缘30可包括诸如定心孔的定心表面。
所述复合壳体28可具有大致圆形或以圆弧形式的壁34，其边缘可通过凸缘30界定。所述壁34可展现绕旋转轴线14的旋转轮廓。所述壁34可由具有基体和增强件的复合材料制成。所述壁34可展现沿轴线14在其半径上有变化的弓形形式的形状。半径上的变化可以反转，并且最小半径可以在下游。所述壁34展现出具有双曲率的内表面。所述壁34的轴向长度可代表所述壁内表面最小半径的大多数，其轴向长度可能大于或等于所述壁34的内表面的最小半径。所述轴向长度是根据旋转轴线14测得的。
定子叶片26在接收叶片的环形区域处基本上径向地延伸离开壁34。这些区域可以包括附接装置，诸如环形槽或附接孔。有利地，所述孔以环形排的形式布置。后者可沿壁34轴向地分布。叶片26可以单独的形式固定在这里，或可形成固定到壁34的叶片区段。
定子叶片26可包括平台，其可能设置有诸如锁定螺栓、螺纹杆的附接销36或任何其它等效装置。在操作中，定子叶片26受到来自空气流的流动力。除了每个叶片的自身重量外，这些力可以仅由壁34吸收。这种构造意味着壁34会受到循环的力施加，鉴于所述流在涡轮机运转期间的变化，所述力是可变的。所述力的不规则性引起变形的复合和复杂模式的出现。
所述壁34还可以用于支撑诸如壳体臂的不同元件。所述壁在叶片的平台之间可以包括可磨损材料38的环形层，以便形成初级流18与壁34之间的屏障。
复合壳体28，或至少它的壁34，可以通过注塑生产。所述注塑过程可涉及用树脂浸渍纤维增强件，所述树脂可能是诸如环氧树脂的有机树脂。浸渍可以根据RTM型(树脂转移模制(Resin Transfer Moulding)的英语首字母缩略词)的过程。此外，所述复合壳体，或者至少它的壁34，可由已经在高压釜中硬化的预先浸渍有树脂的编织纤维生产。
所述纤维增强件可基本上展现出具有相对于轴线14的旋转轮廓的旋转对称性。纤维增强件可包括一叠或一卷不同的纤维板或纤维层片，或者可以包括以三维方式编织的预成型件，被称为2.5D或3D单片预成型件。单片预成型件和/或纤维层片可在壁上延伸，并在至少一个或多个凸缘上延伸。纤维层片的堆叠可能是纤维增强件，关于纤维增强件的特性完整性适用于所述堆叠。
图3描述了复合壳体28的纤维增强件的横截面。所述横截面是沿所述涡轮机的旋转轴线14获取的。本方法可适用于涡轮机中的任何壳体，诸如风扇壳体。
所述层片42可以是编织的。堆叠40可包括非编织层片，在这种情况下，堆叠40的大多数层片优选地是编织层。每个层片42可在壁34的部分轴向上延伸。层片42的数目因而可轴向地变化。层片42的数量可在下游方向上增加。所述层片42可以包括碳纤维和/或石墨纤维和/或玻璃纤维和/或芳纶纤维和/或碳钛纤维。
纤维增强件，在适当情况下是堆叠40，至少可形成所述环形凸缘，并且优选地至少可形成复合壳体的每个环形凸缘30。所述纤维增强件，或者至少一层纤维层片42，可以接合到每个环形凸缘。壁34的纤维增强件，或大部分纤维层片或所有的纤维层片42优选地延伸到每个环形凸缘的内部，可能在整个径向高度上延伸。
壁34在其一个轴向末端展现出最小直径DM。堆叠40在最小直径DM的区域可以展现出最大数量的纤维层片42。附加层片44以增强壁34与下游凸缘30之间的机械连接这样的方式附加。每个环形凸缘30可包括至少一个例如局域地定位的附加层片44。每个或至少一个定位在环形凸缘上的附加层片具有环状形状，并且在整个所述凸缘上延伸。
可选地，至少一个或每个纤维层片42是根据壁42的形状编织的，并可能通过与凸缘30的形状一体化而编织。每个层片42可在被堆叠之前预成型，并且它的形状可在其被覆盖在堆叠中时进行调整。大多数纤维层片42可在壁34的整个轴向长度上延伸。
图5沿绘制在图3中的轴线5-5描绘了纤维增强件的横截面。
所述复合壳体可描绘圆形轮廓。它可以由两个环形半壳体形成，其中每一个描绘一个半圆。由此，环形壳体可以包括形成半圆形的两个纤维增强件和/或两个堆叠40。为了将所述半壳体接合在一起，后者设置有旨在被固定到彼此的轴向附接凸缘46。所述轴向凸缘形成半壁34上的边界。
每个轴向凸缘46可以由有纤维增强件和基体的复合材料制成。因此，每个纤维增强件和/或每个堆叠可形成径向延伸的轴向凸缘。每个轴向凸缘46可通过附加层片44增强，其同样延伸进入壁34内。所述轴向附加层片可以具有轴向延伸条带的形式。
堆叠40可包括至少一个延伸进入壁34并进入每个轴向凸缘46的层片42。多数层片42或者每个层片可延伸进入壁34并进入每个轴向凸缘46，其可能在每个轴向凸缘的整个表面上延伸。
图6描绘了壁34的纤维增强件、纤维在层内的分布以及纤维在各层内的取向。
按照壁34的厚度，通常在径向方向上，所述纤维增强件包括多个不同的，并且可能叠加的层。所述层可主要通过其纤维取向彼此区分。
纤维增强件和/或堆叠至少可以展现两个外部层48和定位在外部层48之间的中心层50。外部层48从纤维增强件在径向方向上的内部或外部可以是可见的。它们可以是定位离壁厚中心最远的层。纤维增强件的厚度的中央可位于中心层50中。每一层可以代表纤维增强件厚度的至少10％，优选地代表纤维增强件厚度的至少15％，并且更优选地代表纤维增强件厚度的至少20％。外部层和中心层形成大部分的纤维增强件厚度。
作为一种可选方式，纤维增强件和/或堆叠40可包括夹层52。夹层52以这样的方式位于中心层的任一侧，以将其从外部层分离。可能地，夹层52各自与中心层50接触，并与所述外部层48中的一个接触。
纤维增强件的大多数纤维可具有相同性质。堆叠40的大多数层片可以展现相同性质的纤维。优选地，堆叠40的纤维是相同性质的纤维，例如碳纤维。所述堆叠可以是主堆叠。所述堆叠可以覆盖有纤维由另一种材料制成以防止复合壳体的电化学腐蚀的层片，所述另一种材料诸如玻璃纤维。
所述堆叠可包括4至40层的可能具有相同性质纤维的编织层片42，优选地包括8至30层的可能具有相同性质纤维的编织层片42，更优选地包括12至16层的可能具有相同性质纤维的编织层片42。每层可包括至少两个编织层片42，，优选地包括至少三个编织层片42。两个相似的编织层片在一个且相同层中的设置有助于其网格的嵌套，这增加了所述层的刚性。
编织层片42可包括在两个例如垂直的方向上编织的纤维股线或纤维束。每条纤维股线根据其横截面展现多根纤维，例如六千根纤维(6k)、一万两千根纤维(12k)或更多。每条纤维股线可以扭转。纤维层片可能展现三个编织方向。
如在图7和图8中所描绘的，在外部层48和中心层50的情况下，各编织层42可以通过经纱股线54和纬纱股线编织。所述纬纱股线可大致按照涡轮机的旋转轴线14定位，并且可以包括轴向纤维，而经纱股线通常可根据壁的圆周定位，并且可以包括周向纤维。在单片预成型件的情况下，不同的层可由相同的股线生产。
在夹层52的可选方式中，纤维可以相对于涡轮机的旋转轴线14倾斜，并可能是螺旋的。夹层的层间层片可包括相对于涡轮机的旋转轴线14倾斜的股线54。如在图9中描绘的，股线可以展现出大致螺旋的形式。股线54并且因此它们的纤维通常可相对于旋转轴线14以+45°和-45°倾斜，和/或相对于复合壳体的圆周以+45°和-45°倾斜。层间层片有利地展现出纤维之间关于其编织方向的平衡。其股线54可以展现相同数量的纤维。在图7、图8和图9中，股线54示出为彼此隔开，以说明纤维比例上的差别。然而，作为可选例，股线可以彼此紧密地挤满。在纤维比例或密度上的差别可以通过采用具有更多或更少纤维的股线而获得。
每一层可以包括多数的相同层片42。在不同层片中的纤维54的多数方向在一个和相同层内可能是平行的。形成各层的界限的层片42可以展现平行的纤维的取向，和/或相同纤维的多数方向，并且每个所述层可能是相同的。其结果是，每个层可以展现出均匀的机械性能。
在壁的大多数表面上，按照壁厚度的对称性，并且相对于所述壁厚度的中央，所述纤维增强件可展现出纤维对称性。所述对称性可以关于纤维的取向，和/或关于按照取向的纤维比例，和/或关于纤维的多数方向。所述对称性可以根据纤维的类型。外部层48和/或夹层52可关于中心层50是两两映出的。
为了增加所述壁对于复合变形的刚性，中心层50的可能是编织层片的大部分纤维可以沿所述壁的圆周延伸，中心层50的优选地在55％至90％之间的，或在65％至85％之间的纤维，可能是编织层片的纤维，可以沿所述壁的圆周延伸。中心层纤维的主要方向是沿着壳体的圆周。
至少一个外部层48的大部分纤维，可能是编织层片，可以沿所述壁的轴向延伸。至少一个并且优选地每一个外部层48的可能在55％至90％之间的，或在65％至85％之间的纤维，可能是编织层片的纤维，沿所述壁的轴向延伸。
例如，至少一个并且优选地每一个外部层48的至少一个层片42，或大多数层片42，或者每个层片42包括具有九千根纤维的纬纱股线，并且包括具有六千根纤维的经纱股线。中心层50的至少一个层片，或每个层片42，或大多数层片可包括具有六千根纤维的纬纱股线，并且包括具有一万两千根纤维的经纱股线。不同的编织股线通常可形成正弦线，并且优选地，所述纬纱股线的正弦线可以是最明显的。
图4示出了在复合壳体与转子叶片接触时变形的情况下根据堆叠40的层的层片42弯曲的变形F。通过一层可磨损或脆性材料，所述接触可以是间接的。在这种情况期间，壳体的一部分根据在径向方向上通过相对于轴线14拱起的弯曲而变形。
应当指出的是，轴向变形在外部层48的区域中处于它们的最大值，而在夹层52中减小，并且在中心层50中处于它们的最小值。所述轴向变形在中心层50的中心处降至零，而后者可展现具有零变形的表面类型。所述材料在这个表面的一侧上压缩变形，而在另一侧牵拉变形。这意味着，所述材料、纤维与基体压缩变形或牵拉变形。在机械设计方面，可以决定应用与牵拉联系的强度判据。增大轴向延伸的纤维的比例使得有可能增强材料，并相应地增加了可允许的轴向应变。这一措施允许壳体被增强。
在操作期间或在叶片与壳体之间接触的情况下，后者在直径上趋向于增加；即，膨胀。壳体的材料然后经受取决于其圆周的牵拉，有必要局部地增加圆周纤维的比例，以便它们在牵拉下操作。可取的是，在中心层50的区域中增加这一比例，因为后者不会经受，或仅经受有限程度的轴向变形。在中心层50的圆周纤维或每个外部层48的轴向纤维的情况下，根据编织方向调整纤维比例呈现出双重优势，因为这使得对于给定变形的机械抗性能够增加，但又不增加壳体的重量。
除了前述在与叶片接触时的变形，因为叶片驱动所述壳体使其旋转，复合壳体还经受扭曲载荷。夹层52的螺旋纤维展现出最佳取向，以便吸收所述力并防止壳体扭曲。可取的是，将螺旋纤维放置于轴向变形仍然显著的夹层中，因为它们能够抵抗压缩。此外，它们有助于防止壳体的膨胀。它们在中心层50与外部层48之间的层间位置使得它们被套住。在变形的情况下，它们的纤维可被相邻层保持、压缩，这防止了相应层片的剥离。
除了这些变形，涡轮机的壳体在涡轮机的操作期间遭受振动。如上所述，如果风扇叶片损失发生，其幅度达到其最大值。振动带来多个组件的变形，包括例如，轴向弯曲、轴向扭转、压缩、椭圆化。另外，所述壳体的环形壁可展现出有直径和/或取决于其圆周或轴向移动的旋转变形波的实施方式。

Claims (15)

1.一种轴流式涡轮机(2)的复合壳体(28)，所述壳体(28)包括具有基体和编织纤维增强件的基本上圆形的壁(34)，按照其厚度、所述编织纤维增强件展现出两个外部层(48)和位于所述外部层之间的一个中心层(50)，所述中心层和外部层包括基本上在所述基本上圆形的壁的轴向上延伸的纤维，以及基本上绕所述基本上圆形的壁(34)的圆周延伸的纤维，其特征在于，所述外部层(48)中的至少一个，包括在轴向纤维与圆周纤维之间在比例上的差别，所述轴向纤维占多数，并且
所述纤维增强件包括编织纤维层片(42)的堆叠(40)，纤维被以编织股线(54)的方式布置，所述编织股线被编织在纬纱的方向和经纱的方向上，纬纱股线沿所述基本上圆形的壁(34)的轴向定位，而经纱股线围绕所述基本上圆形的壁(34)的圆周定位。
2.根据权利要求1所述的复合壳体(28)，其特征在于，所述中心层(50)包括在所述轴向纤维与所述圆周纤维之间在比例上的差别，所述圆周纤维占多数。
3.根据权利要求1至2的其中一项所述的复合壳体(28)，其特征在于，所述编织纤维增强件的厚度的中央位于所述中心层(50)中，每一层代表所述编织纤维增强件的至少10％。
4.根据权利要求1至2的其中一项所述的复合壳体(28)，其特征在于，所述编织纤维增强件包括两个夹层(52)，各位于所述中心层(50)和其中一个所述外部层(48)之间。
5.根据权利要求4所述的复合壳体(28)，其特征在于，所述夹层(52)包括在相对于所述基本上圆形的壁(34)的圆周基本上垂直的以及倾斜45°的方向上的编织螺旋纤维。
6.根据权利要求1至2的其中一项所述的复合壳体(28)，其特征在于，在所述基本上圆形的壁(34)的大多数表面上，按照所述基本上圆形的壁的厚度且相对于所述基本上圆形的壁厚度的中央、所述编织纤维增强件展现出在纤维排列上的对称性和/或在纤维比例上的对称性。
7.根据权利要求1至2的其中一项所述的复合壳体(28)，其特征在于，至少一个所述编织纤维层片(42)被编织从而根据所述基本上圆形的壁(34)的形状预制，并且大多数的所述编织纤维层片(42)在所述基本上圆形的壁(34)的整个轴向长度上延伸。
8.根据权利要求1至2的其中一项所述的复合壳体(28)，其特征在于，每个层(48；50；52)包括大部分同样的纤维层片，其中占多数的纤维的方向是对齐的。
9.根据权利要求7所述的复合壳体(28)，其特征在于，形成所述层(48；50；52)的边界的编织纤维层片(42)展现出平行的纤维的取向以及对齐的占多数的纤维的方向，所述编织纤维层片是相同的。
10.根据权利要求7所述的复合壳体(28)，其特征在于，所述外部层(48)中的至少一个包括在65％至85％之间的所述轴向纤维，并且/或者所述中心层(50)包括在65％至85％之间的所述圆周纤维。
11.根据权利要求7所述的复合壳体(28)，其特征在于，所述基本上圆形的壁(34)在一个轴向末端处展现出最小直径DM，在所述基本上圆形的壁的整个轴向长度上轴向地延伸的编织纤维层片之间，所述堆叠包括夹在所述最小直径DM的区域中的附加层片(44)。
12.根据权利要求7所述的复合壳体(28)，其特征在于，所述堆叠(40)包括具有相同性质纤维的4至40层的编织纤维层片(42)，各个层(48；50；52)包括至少两个编织纤维层片(42)。
13.根据权利要求1至2的其中一项所述的复合壳体(28)，其特征在于，所述基本上圆形的壁(34)包括用于定子叶片(26)的数排的环形排的附接孔，所述环形排的附接孔沿所述基本上圆形的壁轴向地分布。
14.根据权利要求1至2的其中一项所述的复合壳体(28)，其特征在于，它包括至少两个径向地延伸和轴向地界定所述壁(34)的环形凸缘(30)，各环形凸缘通过所述编织纤维增强件形成。
15.一种包括复合壳体(28)的轴流式涡轮机(2)，其特征在于，所述复合壳体(28)与权利要求1至14的其中一项是一致的，并且，所述复合壳体(28)由两个半壳体形成，每个半壳体包括允许所述半壳体的接合的轴向凸缘(46)，所述轴向凸缘(46)通过编织纤维增强件形成。
CN201510171188.0A 2014-04-10 2015-04-10 用于轴流式涡轮机的压缩机的复合壳体 Active CN104975890B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14164291.8A EP2930316B1 (fr) 2014-04-10 2014-04-10 Carter composite de compresseur de turbomachine axiale
EP14164291.8 2014-04-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104975890A CN104975890A (zh) 2015-10-14
CN104975890B true CN104975890B (zh) 2018-06-26

Family

ID=50478287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510171188.0A Active CN104975890B (zh) 2014-04-10 2015-04-10 用于轴流式涡轮机的压缩机的复合壳体

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9903228B2 (zh)
EP (1) EP2930316B1 (zh)
CN (1) CN104975890B (zh)
CA (1) CA2886873A1 (zh)
RU (1) RU2611914C2 (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1025077B1 (fr) * 2017-03-22 2018-10-23 Safran Aero Boosters S.A. Capot de turbomachine avec ecran
US11111806B2 (en) * 2018-08-06 2021-09-07 Raytheon Technologies Corporation Blade outer air seal with circumferential hook assembly
US11085316B2 (en) * 2018-08-22 2021-08-10 Raytheon Technologies Corporation Blade outer air seal formed of laminate and having radial support hooks
FR3087701B1 (fr) * 2018-10-30 2021-11-26 Safran Aircraft Engines Hybridation des fibres du renfort fibreux d'une aube de soufflante
CN112065778B (zh) * 2019-06-11 2022-03-22 中国航发商用航空发动机有限责任公司 机织复合材料风扇包容机匣
WO2021096746A1 (en) * 2019-11-14 2021-05-20 Saint-Gobain Performance Plastics Corporation Preform, tooling, and process design for components made from long fiber materials
CN111844799B (zh) * 2020-07-22 2022-03-29 江苏新扬新材料股份有限公司 一种航空粒子分离器的成型方法
CN113232328B (zh) * 2021-03-31 2022-05-06 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种基于2.5d编织的复合材料s型进气道筒体制造方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7018168B2 (en) * 2004-04-08 2006-03-28 General Electric Company Method and apparatus for fabricating gas turbine engines
US8191254B2 (en) * 2004-09-23 2012-06-05 Carlton Forge Works Method and apparatus for improving fan case containment and heat resistance in a gas turbine jet engine
US7871486B2 (en) * 2006-11-21 2011-01-18 General Electric Company Methods for making structures having mounting flanges
FR2913053B1 (fr) * 2007-02-23 2009-05-22 Snecma Sa Procede de fabrication d'un carter de turbine a gaz en materiau composite et carter ainsi obtenu
US7914256B2 (en) * 2007-04-17 2011-03-29 General Electric Company Articles made from composite materials having toughened and untoughened regions
US7905972B2 (en) * 2007-10-16 2011-03-15 General Electric Company Methods for making substantially cylindrical articles and fan casings
US9017814B2 (en) * 2007-10-16 2015-04-28 General Electric Company Substantially cylindrical composite articles and fan casings
US8403624B2 (en) * 2007-12-12 2013-03-26 General Electric Company Composite containment casings having an integral fragment catcher
GB201106794D0 (en) 2011-04-21 2011-06-01 Rolls Royce Plc A composite flange element
JP6060481B2 (ja) * 2011-12-16 2017-01-18 株式会社Ihi ファンケース及びその製造方法
US20140003923A1 (en) * 2012-07-02 2014-01-02 Peter Finnigan Functionally graded composite fan containment case

Also Published As

Publication number Publication date
RU2611914C2 (ru) 2017-03-01
CN104975890A (zh) 2015-10-14
RU2015112393A (ru) 2016-10-27
CA2886873A1 (en) 2015-10-10
US9903228B2 (en) 2018-02-27
EP2930316B1 (fr) 2021-01-27
EP2930316A1 (fr) 2015-10-14
US20150292361A1 (en) 2015-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104975890B (zh) 用于轴流式涡轮机的压缩机的复合壳体
JP5569194B2 (ja) シュラウドセグメントの製造方法
US9670788B2 (en) Composite aerofoil vane
JP2017533369A (ja) 有機マトリックスを伴う複合材料から成る自己補剛ケーシング
US7963747B2 (en) Braided wind turbine blades and method of making same
JP5496461B2 (ja) 複合材料からガスタービンケーシングを製作するための方法およびそれによって得られるケーシング
RU2504478C2 (ru) Тканые преформы, имеющие заданную форму, с разнонаправленным армированием для композиционных структур
US8449260B2 (en) Composite load-bearing rotating ring and process therefor
RU2630095C2 (ru) Периферийные элементы жесткости для композитных корпусов вентиляторов
JP6018877B2 (ja) 円筒状ケース及び円筒状ケースの製造方法
RU2672414C2 (ru) Композитный кольцевой кожух компрессора для турбомашины
US11085456B2 (en) Gas-turbine engine composite components with integral 3-D woven off-axis reinforcement
CN108430746A (zh) 由复合材料制成的轻质壳体以及其制造方法
CN109751285A (zh) 具有环形壳的风扇壳体
CN111051585B (zh) 用于形成壳体预制件的编织纤维结构
US9957980B2 (en) Vane with sealed lattice in a shroud of an axial turbomachine compressor
JPH0569961B2 (zh)
US10781708B2 (en) Guide vane made from composite material, comprising staggered attachment flanges for a gas turbine engine
KR102521349B1 (ko) 진공 펌프 회전자
CN113242784B (zh) 包含纤维预制件的涡轮发动机部件
JP6869643B2 (ja) 軸流タービンエンジンの複合コンプレッサケーシングのための予備成形体被覆
US20220055252A1 (en) Preform with one-piece woven fibrous reinforcement for inter-blade platform
CN113365802B (zh) 具有局部厚度变化的复合材料制成的壳体
RU2495255C2 (ru) Лопатка осевой лопаточной машины
WO2022053120A1 (en) Method of manufacturing a fibre reinforced composite component having a reinforced hole

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: Belgian Herstal

Applicant after: Safran air booster Limited by Share Ltd

Address before: Belgian Blue

Applicant before: Techspace Aero Sa

COR Change of bibliographic data
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant