CN105229263A - 复合物压缩机叶片及组装的方法 - Google Patents

Abstract

公开了由复合物材料构成的压缩机叶片。一些实例压缩机叶片可包括复合物叶片面板，其包括具有相对于旋转轴线径向向外延伸的跨距的翼面，和/或相对于旋转轴线从翼面径向向内的叶片附接特征。叶片附接特征可相对于旋转轴线周向地朝向。叶片附接特征可布置为可释放地接合大体周向朝向的线轴附接特征。线轴附接特征可大体成形为周向楔形榫头狭槽，其构造为在其中可滑动地容纳叶片附接特征。

Description

复合物压缩机叶片及组装的方法

相关申请的交叉引用

本PCT实用申请主张对具有美国专利申请编号61/826,664的标题为"复合物压缩机叶片"且具有2013年5月23的提交日期的当前未决临时申请的优先权和来自其的益处，通过引用将其全部并入本文。

技术领域

在本文中公开的主题大体涉及燃气涡轮发动机，并且更特定地涉及由复合物材料构成的压缩机叶片。

背景技术

尽管一些涡扇发动机可包括具有轴向朝向附接特征的复合物风扇叶片，这样的发动机可包括压缩机（例如，低压压缩机、增压器、和/或高压压缩机），其具有带有整体平台的金属压缩机叶片。

带有整体平台的金属压缩机叶片可过于昂贵而难以生产和/或可具有充分的重量，因而其可有益于减少叶片的重量和/或价格。

发明内容

通过本公开提供至少一个有益的解决方案，来包括提供用于示例性教导且不意图限制的实例实施例。

根据本公开的至少一些方面的一些实例压缩机叶片可包括复合物叶片板，其包括具有相对于旋转轴线径向向外延伸的跨距的翼面，和/或相对于旋转轴线从翼面径向向内的叶片附接特征。叶片附接特征可相对于旋转轴线周向地朝向。

根据本公开的至少一些方面的一些实例压缩机转子包括金属转子线轴，其布置为绕旋转轴线旋转，和/或多个复合物叶片，其可释放地安装至转子线轴来从转子线轴径向向外延伸。转子线轴可包括大体径向向外面向、周向朝向的线轴附接特征。叶片的单独一者可包括翼面，其具有相对于旋转轴线径向向外延伸的跨距，和相对于旋转轴线从翼面径向向外的周向朝向叶片附接特征。叶片附接特征可可释放地接合线轴附接特征。

组装根据本公开的至少一些方面的压缩机转子的一些实例方法可包括：将第一复合物叶片的周向朝向叶片附接特征与金属转子线轴的周向朝向线轴附接特征对准；通过使第一叶片相对于线轴周向地平移，将第一叶片的叶片附接特征与线轴附接特征接合；将第二复合物叶片的周向朝向叶片附接特征与线轴附接特征对准；和/或通过使第二叶片相对于线轴周向地平移将第二叶片的叶片附接特征与线轴附接特征接合。

附图说明

在本文中尤其指出且主张了专利权利要求覆盖范围寻求的主题。但是，可通过参照结合附图做出的下列描述而最好地理解本发明的主题和实施例，其中：

图1是实例飞行器涡扇发动机的纵向部分剖视图和部分简图；

图2是实例压缩机转子的详细、局部剖视图；

图3是包括结合平台的实例复合物压缩机叶片的分解透视图；

图4是包括可分离平台的实例复合物压缩机叶片的轴向视图；以及

图5是示出组装压缩机转子线轴的实例方法的流程图，其均根据本公开的至少一些方面。

具体实施方式

在下列详细描述中，对形成其一部分的附图进行引参照。在附图中，相似的符号典型地鉴别相似的构件，除非文中另外指出。在详细描述、附图以及权利要求中描述的说明性实施例不意图限制。可利用其它实施例，并且可进行其它更改，而不脱离在此出现的主题的精神或范围。将易于理解，如在本文中大体描述并且在附图中示出的本公开的方面可布置、代替、结合、以及设计成广泛种类的不同构造，所有的该不同构造是明确地可想到的并且成为本公开的部分。

本公开尤其包括燃气涡轮发动机，并且更特定地包括由复合物材料构成的压缩机叶片。

带有整体平台的金属增压器叶片可安装至周向楔形榫头。

本公开还考虑到，复合物增压器叶片可比金属增压器叶片更轻。而且，本公开考虑到，可期望在具有周向楔形榫头的金属增压器线轴上利用复合物增压器叶片，该楔形榫头典型地用于金属增压器叶片。由此，根据本公开的至少一些方面的一些实例复合物增压器叶片可构造用于与周向楔形来允许在新和现有的增压器设计两者中的实施。

而且，本公开考虑到，制造带有整体平台的复合物增压器叶片可出现设计和/或生产挑战。由此，根据本公开的至少一些方面的一些实例实施例可涉及包括分离地制造的翼面和平台的复合物增压器叶片。

此外，本公开考虑到，通常通过分离地制造翼面和平台，叶片可为更加过分简单的设计形成和/或可使得它们更易于由纤维增强复合物材料构造。而且，由于一些平台可遭受相对轻的负载，它们可由提供高强度之外的优点的材料构造。

通常，根据本公开的一些实例实施例可包括翼面和分离平台，或带有在翼面的各个侧附近结合或一起固化的平台半部的翼面。应当理解的是，术语复合物既意指如下事实：不连续构件可由材料或元素的组合组成，并且构件可由分离的子构件的组合形成，该子构件可各由单种材料或元素组成，该材料或元素可对于所有子构件为相同的材料或元素，或对于不同的子构件为不同的材料或元素，并且该材料或元素自身或这些材料或元素自身可为由材料或元素的组合组成的复合物类型。

图1是根据本公开的至少一些方面的实例飞行器涡扇发动机10的纵向部分剖视图和部分简图。发动机10可绕还可称为发动机中心轴线的旋转轴线12构造。发动机10下游连续流连接地可包括：风扇14、压缩机增压器16、高压压缩机（HPC）18、燃烧器20、高压涡轮（HPT）22以及低压涡轮（LPT）24。HPT22可通过高压轴23结合至HPC18。LPT24可通过低压轴25结合至风扇14、压缩机增压器16、或两者（出于示出的简易性未显示）。

在典型的操作中，空气26通过风扇14加压，并且产生引导穿过压缩机增压器16的内部空气流15，该压缩机增压器16进一步加压内部空气流15。加压空气流15然后流向HPC18，其进一步加压空气流15。加压空气流15在燃烧器20中与燃料混合，其产生热燃烧气体28，该热燃烧气体28转而向下游流动穿过HPT22和LPT24。

在风扇14下游围绕压缩机增压器16的分流件34可包括前缘32，其构造为将通过风扇14加压的空气26分流为内部空气流15和引导通过旁路管36的径向外部旁路空气流17。围绕风扇14的风扇舱室30由环形风扇框架33支撑。

压缩机增压器16可包括复合物增压器叶片38和静叶42的交流环形组，其可跨过增压器流路39径向向外和向内延伸。增压器叶片38可被适当地结合来例如通过安装至增压器线轴44而与风扇14一起旋转。

图2是根据本公开的至少一些方面的实例压缩机转子46的详细局部剖视图。转子46可包括增压器线轴44，其可包括大体径向向外面向、周向朝向的线轴附接特征48，例如但不限于，周向朝向楔形榫头狭槽50。单独的叶片38可例如通过大体周向朝向的叶片附接特征52与线轴附接特征48的接合，而可释放地安装至线轴44以径向向外延伸。例如，楔形榫头狭槽50可构造为在其中可滑动地容纳叶片附接特征52。

图3是根据本公开的至少一些方面的包括结合平台54、56的实例复合物压缩机叶片38的分解透视图。叶片38可包括复合物叶片面板58，其可包括翼面60或叶片附接特征52中的至少一者。翼面60可布置为，使得其跨距62相对发动机10的旋转轴线12（图1）大体径向向外延伸。翼面60可包括压力表面70或吸引表面72中的至少一者。叶片附接特征52可相对旋转轴线12从翼面60径向向内布置，或者可相对旋转轴线12周向地朝向。

叶片附接特征52可大体成形为楔形榫头，并且可包括颈部64、前瓣轮66或后瓣轮68中的至少一者。前瓣轮66或后瓣轮68可相对旋转轴线12（图1）从颈部64径向向内。备选地，前瓣轮66或后瓣轮68两者可相对旋转轴线12从颈部64径向向内。叶片附接特征52可在相对旋转轴线12的周向方向上具有基本一致的横截面。

平台54可布置为与压力表面70大体相邻，或者平台56可布置为与吸引表面72大体相邻。备选地，平台54可布置为与压力表面70大体相邻，并且平台56可布置为与吸引表面72大体相邻。平台54、56可相对旋转轴线12（图1）从叶片面板58大体周向地延伸。平台54、56可分别包括径向向外面对流路表面74、76，各个平台可大体成形为圆柱的节段。平台54、56可分别包括径向向内延伸附接特征78、80，其可构造为可释放地接合线轴附接特征48（图2）。平台54、56的附接特征78、80可构造为基本具有与叶片附接特征52相同的周向剖面。在一些实例实施例中，用于将平台54、56附接至叶片面板58的机构可包括但不限于，焊接、铜焊、机械附接、粘附结合或一起固化。

图4是根据本公开的至少一些方面的包括可分离平台154的实例复合物压缩机叶片138的轴向图。叶片138可包括叶片面板58（在上面描述的）。单独的平台154可从一个叶片面板58的相邻吸引表面72延伸至相邻叶片面板58的相邻压力表面70。单独的平台154可包括径向向外面对流路表面174，其可大体成形为圆柱的节段。单独的平台154可包括径向向内延伸附接特征178、180，其可与相邻叶片面板58的叶片附接特征52关联。平台154的附接特征178、180可构造为基本具有与叶片附接特征52相同的周向剖面。

一些实例实施例可包括一个或更多个密封件79，其布置为限制在叶片面板58和平台154之间径向向内的内部流动空气15（图1）的泄漏。一些实例密封件79可由弹性体、橡胶状材料构成。一些实例实施例可在叶片面板58的叶片附接特征52和平台154的附接特征178、180之间包括一个或更多个耐磨衬条82。一些实例耐磨衬条可由芳香族聚酰胺、芳纶、或具有例如耐热性和强度的相似的性质的另一材料构成。一个这样的实例在杜邦的注册商标、商标Nomex?下可获得。

在一些实例实施例中，平台54、56、154可由与叶片面板58相同或不同的材料构成。例如，叶片面板58可由纤维增强聚合体基质复合物（例如，连续纤维和/或短切纤维）构成。一些实例叶片面板58可使用树脂传递注模方法或预浸层叠/高压固化方法制成。一些实例层叠可包括单方向复合物、双或编织复合物、伪各向同性复合物、和/或短切纤维复合物。一些实例纤维可由碳或玻璃纤维变型形成。一些实例树脂系统包括环氧树脂、热塑性塑料或乙烯基酯。通常，在一些实例实施例中，叶片面板58可由非金属（或基本非金属）材料构成。

一些实例平台54、56、154可由可铸造/可模制纤维增强复合物和/或热塑性塑料（例如，注塑）构成。实例纤维包括处于短切形式的碳和/或玻璃纤维的变型。实例树脂材料系统包括环氧树脂、乙烯基酯、和/或相似的系统。实例热塑性塑料包括聚合物变型，例如，PEEK（聚醚醚酮）、PEKK（聚醚酮酮）、PEI（聚醚酰亚胺）、PPS（聚苯硫醚）、尼龙（聚酰胺）、PC（聚碳酸脂）和/或相似的系统。一些实例实施例可包括带有填充材料的热塑性塑料。一些实例平台54、56、154可包括振动限制特征，例如，用于调频的下侧复合物肋。在一些实例实施例中，平台54、56、154可由非金属（或基本非金属）材料构成。

图5是示出根据本公开的至少一些方面组装压缩机转子46的实例方法500的流程图。方法500可包括操作502，其可包括将第一复合物叶片38、138的周向朝向叶片附接特征52与金属转子线轴44的周向朝向线轴附接特征48对准。操作502之后进行操作504，其可包括通过使第一叶片38、138相对于线轴44周向平移，将第一叶片38、138的叶片附接特征52与线轴附接特征48接合。操作504之后进行操作506，其可包括将第二复合物叶片38、138的周向朝向叶片附接特征52与线轴附接特征48对准。操作506之后进行操作508，其可包括通过使第二叶片38、138相对于线轴44周向平移，将第二叶片38、138的叶片附接特征52与线轴附接特征48接合。实例方法包括在轴25上安装转子线轴44。

组装压缩机转子46的一些实例方法可包括：在将第二叶片38的叶片附接特征52与线轴附接特征接合之后，使第二叶片38相对于线轴44周向平移，直至从第二叶片周向延伸的平台54、56紧接从第一叶片38周向延伸的平台54、56。

组装压缩机转子46的另一实例方法可包括：在将第二叶片138的叶片附接特征52与线轴附接特征48接合之前，将平台154的周向朝向附接特征178、180与线轴附接特征48对准，和/或通过使平台154相对于线轴44周向平移，将平台154的附接特征178、180与线轴附接特征48接合。

本书面说明使用实例以公开包括最佳实施方式的本发明，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造并且使用任何设备或系统并且实行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括由本领域技术人员想到的其他示例。这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种压缩机叶片，包括：

复合物叶片面板，其包括：

翼面，其具有相对旋转轴线径向向外延伸的跨距，以及

叶片附接特征，其相对所述旋转轴线从所述翼面径向向内，所述叶片附接特征相对于所述旋转轴线周向朝向。

2.根据权利要求1所述的压缩机叶片，其中，所述叶片附接特征布置为可释放地接合大体周向朝向线轴附接特征。

3.根据权利要求1所述的压缩机叶片，其中，所述叶片附接特征大体成形为楔形榫头并且包括颈部、前瓣轮、以及后瓣轮，所述前瓣轮和所述后瓣轮相对于所述旋转轴线从所述颈部径向向内，所述叶片附接特征在相对于所述旋转轴线的周向方向上具有基本一致的横截面。

4.根据权利要求2所述的压缩机叶片，其中，所述线轴附接特征大体成形为周向楔形榫头狭槽，其构造为在其中可滑动地容纳所述叶片附接特征。

5.根据权利要求1所述的压缩机叶片，还包括第一平台，其布置在所述叶片面板的吸引表面和压力表面之一附近，所述第一平台相对于所述旋转轴线从所述叶片面板大体周向地延伸，所述第一平台包括大体成形为圆柱节段的径向向外面向流路表面。

6.根据权利要求5所述的压缩机叶片，还包括布置在所述叶片面板的所述吸引表面和所述压力表面中的另一者附近的第二平台。

7.根据权利要求5所述的压缩机叶片，其中，所述第一平台和所述叶片面板由不同材料构成。

8.根据权利要求5所述的压缩机叶片，其中，所述第一平台由热塑性塑料构成。

9.根据权利要求5所述的压缩机叶片，其中，所述第一平台为粘附结合至所述叶片面板或一起固化至所述叶片面板中的一者。

10.根据权利要求1所述的压缩机叶片，其中，所述叶片面板由连续纤维和短切纤维中的至少一者构成。

11.一种压缩机转子，包括：

金属转子线轴，其布置为绕旋转轴线旋转，所述转子线轴包括大体径向向外面向、周向朝向线轴附接特征；以及

多个复合物叶片，其可释放地安装至所述转子线轴来从所述转子线轴径向向外延伸，所述叶片中的单独的一者包括：

翼面，其具有相对于所述旋转轴线径向向外延伸的跨距，以及

周向朝向叶片附接特征，其相对所述旋转轴线从所述翼面径向向内，所述叶片附接特征可释放地接合所述线轴附接特征。

12.根据权利要求11所述的压缩机转子，还包括布置在所述多个叶片之间的多个平台，所述平台提供从所述线轴附接特征径向向外的大体圆柱形、径向向外面向流路表面。

13.根据权利要求11所述的压缩机转子，其中，所述叶片中的所述单独一个与布置在所述单独叶片的吸引表面附近的所述平台中的第一个关联，所述第一平台从所述单独叶片大体周向地延伸，所述第一平台包括大体成形为圆柱节段的径向向外面向流路表面；以及

其中，所述单独叶片与布置在所述单独叶片的压力表面附近的第二平台相关。

14.根据权利要求13所述的压缩机转子，其中，所述第一平台和所述第二平台粘附结合至所述单独叶片。

15.根据权利要求11所述的压缩机转子，其中，所述平台中的单独一个周向可滑动地接合所述线轴附接特征。

16.根据权利要求11所述的压缩机转子，其中，所述平台中的单独一个布置在所述叶片中的第一个的吸引表面和所述叶片中的第二个的压力表面之间。

17.一种组装压缩机转子的方法，包括：

将第一复合物叶片的周向朝向叶片附接特征与金属转子线轴的周向朝向线轴附接特征对准；

通过相对于所述线轴周向平移所述第一叶片使所述第一叶片的所述叶片附接特征与所述线轴附接特征接合；

将第二复合物叶片的周向朝向叶片附接特征与所述线轴附接特征对准；以及

通过相对于所述线轴周向平移所述第二叶片使所述第二叶片的所述叶片附接特征与所述线轴附接特征接合。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括，在将所述第二叶片的所述叶片附接特征与所述线轴附接特征接合之后，使所述第二叶片相对于所述线轴周向平移，直至从所述第二叶片周向延伸的平台紧接从所述第一叶片周向延伸的平台。

19.根据权利要求17所述的方法，还包括，在将所述第二叶片的所述叶片附接特征与所述线轴附接特征接合之前，使平台的周向朝向叶片附接特征与所述线轴附接特征对准；以及通过使所述平台相对于所述线轴周向平移，将所述平台的所述叶片附接特征与所述线轴附接特征接合。

20.根据权利要求17所述的方法，还包括在转子轴上安装所述转子线轴。