CN106103904B - 涡轮发动机的定子扇区,及其制造方法 - Google Patents

涡轮发动机的定子扇区,及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106103904B
CN106103904B CN201580012167.2A CN201580012167A CN106103904B CN 106103904 B CN106103904 B CN 106103904B CN 201580012167 A CN201580012167 A CN 201580012167A CN 106103904 B CN106103904 B CN 106103904B
Authority
CN
China
Prior art keywords
platform
blade
opening
fiber
sector
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
CN201580012167.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106103904A (zh
Inventor
埃里克·弗里蒙特
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.)
Hai Ruikelizi
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Hai Ruikelizi
Safran Aircraft Engines SAS
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 Hai Ruikelizi, Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Hai Ruikelizi
Publication of CN106103904A publication Critical patent/CN106103904A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106103904B publication Critical patent/CN106103904B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/005Selecting particular materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/041Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/10Manufacture by removing material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/50Building or constructing in particular ways
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/60Assembly methods
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/10Stators
    • F05D2240/12Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/128Nozzles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/80Platforms for stationary or moving blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603Composites; e.g. fibre-reinforced
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F05D2300/6032Metal matrix composites [MMC]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F05D2300/6033Ceramic matrix composites [CMC]
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

一种涡轮定子的扇区(100),包括由复合材料制成的多个叶片(110),每个叶片均包括一个在第一和第二端(112、113)之间延伸的叶片主体(111)。该扇区进一步包括由复合材料制成的第一和第二平台(120、130),第一平台(120)包括其中接合有叶片(110)的第一端(112)的开口(121),第二平台(130)包括其中接合有叶片(110)的第二端(113)的开口(131)。第一平台(120)的开口(121)的尺寸大于接合在所述开口(121)中的叶片(110)的第一端(112)的尺寸,使得在每个叶片(110)的第一终端(112)与开口(121)之间具有间隙(J)。接合在开口(121)中的每个第一叶片端(112)的尺寸均小于叶片主体(111)的尺寸,以限定一围绕所述第一端(112)延伸的肩部(1121)。该肩部的尺寸大于第一平台(120)开口(121)的尺寸。

Description

涡轮发动机的定子扇区,及其制造方法
技术领域
本发明涉及涡轮发动机定子。具体领域是航空发动机或工业涡轮的燃气轮机的压缩机或引导叶片组。
背景技术
改进涡轮发动机的性能和减少其污染排放导致设想更高的操作温度。因此,对于在涡轮发动机热部分中的元件,已经建议使用陶瓷基体复合(CMC)材料。这些材料具有显著的热结构属性,即使它们适于构成结构元件的机械性能,连同在高温下保存这些属性的能力。而且,CMC材料的密度比通常用于涡轮发动机热部分的金属材料的密度小。
因此,文献WO 2010/061140、WO 2010/116066和WO 2011/080443描述了用具有结合的内外平台的CMC制成涡轮发动机转子轮的叶片。还提出了使用CMC材料用于涡轮喷嘴,具体在文档WO 2010/146288中。
一种由金属制成的常规涡轮喷嘴或压缩机引导叶片组由组装在一起的多个扇区组成,每个扇区都具有内平台、外平台,以及在内外平台之间延伸并固定到其上的多个叶片。该内外平台限定通过喷嘴或引导叶片组的气体或气流通道。在扇区的外平台的外侧上固定有能够使涡轮喷嘴或压缩机定子安装在外壳中的片。
文档EP 1 213 484描述了一种通过在内罩和外罩之间组装叶片的由金属材料制成的压缩机定子级,叶片的内端和外端分别经由相应的单条带被固定到内罩和固定到外罩。在这种情况下,相对于内或外平台通过连续条带锁定叶片引发了叶片之间对准的问题。具体地,这种锁定技术需要在叶片之间设置很大的间隙量以使它们能够相对于条带对准。这种间隙在低压喷嘴或定子中是不可接受的,由于它导致发动机内的过度泄漏和压头损失。
文档EP 1 626 163描述了一种金属材料制成的压缩机定子,其具有组装在内罩和外罩之间的叶片,很大的间隙量特别地设置在内罩中的狭缝和叶片的内端之间。对于文档EP 1 213 484,在限定内通道的地方不能容忍这种间隙,由于它会导致在发动机中的过度泄漏。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够由复合材料制造定子扇区的方法,特别地涡轮喷嘴或压缩机引导叶片组,同时复制金属扇区的各种功能,特别地通过内外平台限定气体或气流通道的功能以及连接在外壳内的功能。本发明的另一目的是能够以简化方式通过将基本元件组装在一起制造这种定子扇区,这是可能的,而不在叶片和平台组装在一起的位置产生泄漏。
通过一种制造涡轮发动机定子的扇区的方法实现了该目的,所述方法包括:
·制成多个单件叶片纤维坯件;
·使纤维坯件成形以获得单件叶片纤维预成型件;
·使叶片预成型件与基体一起致密化以获得复合材料叶片,每个都包括由预成型件构成并由基体致密化的纤维增强材料;
·将每个叶片加工以形成将它们限定在一个翼面之间的第一端和第二端,每个第一端都具有与翼面尺寸相比更小的尺寸,以限定一个在第一端周围延伸的肩部;
·在叶片的第一和第二端中制成相应的狭缝或槽口;
·制成第一平台的纤维坯件和第二平台的纤维坯件;
·使纤维坯件成形以获得用于以圆弧形式的第一平台的单件纤维预成型件,以及获得用于以圆弧形式的第二平台的单件纤维预成型件;
·使第一和第二平台的预成型件与基体一起致密化,以获得由复合材料制成并且以包括由预成型件构成并由基体致密化的纤维增强材料的圆弧形式的第一和第二平台;
·在第一和第二平台中制成开口,第一平台的开口具有与叶片第一端的尺寸相比更大的尺寸,在每个第一端周围延伸的肩部具有与第一平台中开口的尺寸相比更大的尺寸;
·在第二平台的开口中接合叶片的第二端;
·将锁定元件放置在叶片第二端的每个狭缝或槽口中;
·在第一平台的开口中接合叶片的第一端;以及
·将锁定元件放置在叶片第一端的每个狭缝或槽口中。
这样,通过在第一平台中制成具有与叶片第一端的尺寸相比更大尺寸的开口,以及通过制造具有与第一平台中开口的尺寸相比更大的尺寸的在每个第一端周围延伸的肩部,可以在叶片的内端和内平台的开口之间留下间隙,以使它们更容易地组装在一起。具体地,当叶片的第二端已经接合并固定到具有圆弧形状的第二平台中的开口时,不再可能在第一平台的开口中接合叶片的第一端,除非这些开口具有足以相对于叶片的第一端留下间隙的尺寸。相比之下,由于叶片的第一端由具有与第一预成型件中开口的尺寸相比更大尺寸的相应肩部环绕,肩部用于从流道掩蔽存在于第一端和第一平台开口之间的间隙,从而在限定通道内侧的地方使定子不泄漏。
而且,选择提供便于在叶片和平台之间组装的间隙能够使叶片可以用常见设计大规模生产,因此可以减少制造定子扇区所需的不同种类部件的数目。这用于减少制造这种定子扇区的时间和成本。
根据本发明方法的一种特定特征,叶片、第一平台、第二平台以及锁定元件由陶瓷基体复合(CMC)材料制成。
本发明还提供了一种涡轮定子的扇区,扇区包括多个复合材料的叶片,所述复合材料包括由基体致密化的纤维增强材料,每个叶片具有一个在第一端和第二端之间延伸的翼面,所述扇区还包括第一平台、第二平台,该平台为圆弧形式并且由包括由基体致密化的纤维增强材料的复合材料制成,第一平台具有其中接合有叶片第一端的开口,并且第二平台具有其中接合有叶片第二端的开口,所述扇区的特征在于,第一平台中的开口具有与接合在所述开口中的叶片第一端的尺寸相比更大的尺寸,以在每个叶片的第一端和开口之间留下间隙,并且其中,接合在所述开口中的每个叶片第一端具有与翼面尺寸相比更小的尺寸,以限定一个在所述第一端周围延伸的肩部,该肩部具有与第一平台的开口尺寸相比更大的尺寸并且与第一平台的表面接触。
根据本发明扇区的第一特征,延伸超过第二平台的每个叶片的第二端的部分包括其中布置有锁定元件的至少一个狭缝或槽口。
根据本发明扇区的第二特征,延伸超过第一平台的每个叶片的第一端的部分包括其中布置有锁定元件的至少一个狭缝或槽口。
根据本发明扇区的第三特征,叶片、第一平台和第二平台由陶瓷基体复合(CMC)材料制成。
根据本发明扇区的第四特征,第一平台对应于定子扇区的内平台,以及翼面的第一端对应于所述翼面的内端,第二平台对应于所述定子扇区的外平台并且翼面的第二端对应于所述翼面的外端。
本发明还提供了:
·一种具有多个本发明的扇区的涡轮发动机定子;
·一种具有本发明的定子的涡轮发动机压缩机;以及
·一种具有本发明的压缩机的涡轮发动机。
附图说明
从通过非限制性表示给出并参考附图的以下描述,可以更好地理解本发明,其中:
·图1A和1B是根据本发明的实施例,涡轮发动机定子扇区的透视图;
·图2是制造一种用于制造图1A和1B所示定子扇区叶片的多层编织纤维坯件的高度图解阐述;
·图3示出了由图2的用于图1A和1B所示定子扇区叶片的纤维坯件制成的纤维预成型件;
·图4是从图3的纤维预成型件获得的,由用于图1A和1B的定子扇区的复合材料制成的叶片的透视图;
·图5是制造一种用于制造图1A和1B的定子扇区的内平台的多层编织纤维坯件的高度图解阐述;
·图6示出了一种由图5的纤维坯件制成的用于图1A和1B所示定子扇区的内平台的纤维预成型件;
·图7是从图6的纤维预成型件获得的,由用于图1A和1B的定子扇区的复合材料制成的内平台的透视图;
·图8是由用于图1A和1B的定子扇区的复合材料制成的外平台的透视图;
·图9是示出了在制造图1A和1B的定子扇区同时将外平台和叶片组装在一起的透视图;
·图10是示出了在制造图1A和1B的定子扇区同时将内平台和叶片组装在一起的透视图;
·图11是从下面示出了在叶片内端和内平台开口之间存在的间隙的视图;
·图12是在图11的线XII-XII上的截面视图,示出了在叶片内端部和内平台开口之间存在的间隙;以及
·图13是通过使多个图1A和1B的定子扇区结合形成的涡轮发动机定子的透视图
具体实施方式
本发明适用于各类燃气涡轮定子,尤其是涡轮发动机的低压喷嘴或引导叶片组。
图1A和1B显示根据一个实施例并对应于涡轮发动机的一部分低压喷嘴的定子扇区100。在这个示例中,定子100具有四个叶片110,一个内平台120和一个外平台130,内平台120和外平台130为圆弧形状。
在整个说明书中,术语“外平台”或“内平台”可互换使用,以表示一双功能平台或一单功能平台,该双功能平台具有一个形成用于构成流动通道的平台的部分以及一个形成连接片或钩部或突出部的部分,该单一功能平台被限定到仅一个这些部分。
术语“构成流动通道的平台”用于指代形成外壁或内壁的一部分的元件,所述外壁或内壁的部分限定在涡轮中通过涡轮喷嘴的气流通道或在压缩机中通过压缩机引导叶片组的气流通道。
在整个说明书中,参考相对于涡轮轴的位置或方向使用术语“内”和“外”。
外平台130包括一个构成流动通道的平台132。在构成流动通道的平台132的外侧上,突出有以大致S形截面的角扇区形式的上游连接片133和下游连接片134。连接片133、134在与平台132相同的角度上延伸。片133、134的端部分别指向上游和下游,并且用于以类似于用于金属涡轮喷嘴的方式接合在由航空发动机外壳(图1A和1B中未示出)承载的钩部中。
在整个说明书中,相对于通过涡轮发动机的气流的流动方向使用术语“上游”和“下游”。
外平台120具有构成流动通道的平台122。在内平台120的内侧上,突出有以大致C形截面的环形扇区形式的上游和下游钩部123和124,并且它们分别向下游和上游折叠。
钩部123和124用于将一种发动机中相邻转子盘的密封系统(图1A和1B中未示出)轴向支撑和固定就位。
每个叶片均包括一在内端112和外端113之间延伸的翼面111。内平台120具有其中接合有叶片110的内端112的开口121,而外平台130具有其中接合有叶片110的外端113的开口131。内平台120经由通过锁定元件或键140制成的阴阳榫式连接被固定到叶片110的内端112上,每个都插入到一个在位于内平台120之外的每个内端112的部分中形成的狭缝或槽口1120中(图1B)。外平台130经由通过锁定元件或键150提供的阴阳榫式连接而被固定到叶片110的外端113上,每个都插入到一个在位于内平台120之外的每个外端113的部分中形成的狭缝或槽口1130中(图1A)。
根据本发明,叶片110、内平台120、外平台130以及锁定元件140和150都彼此独立地制成。
图2是可形成叶片纤维预成型件的纤维坯件200的高度图解视图,因此,在用基体致密化以及被加工后,获得一复合材料叶片,例如图1A和1B中所示的叶片110。
在这个示例中,通过在多个经纱和纬纱之间三维编织或多层编织获得坯件200。在成形后,纤维坯件200用于构成叶片预成型件。坯件200可具有不同的厚度,该厚度作为待制造的叶片的轮廓的厚度的函数来进行确定。
然后,通过模制获得待制造的叶片的纤维预成型件300,坯件200被变形以复制叶片的弯曲轮廓,如图3中所示的那样。在获得能够保存该预成型件形状的其初始致密化后,加工预成型件300,以形成构成翼面的预成型件部分,构成叶片内端的预成型件部分的尺寸小于翼面的预成型件部分的尺寸,而且其包括狭缝或槽口,叶片外端的预成型件部分的尺寸小于翼面的预成型件部分的尺寸并且其包括狭缝或槽口。如图4中所示,由此获得一叶片110,其包括翼面111,翼面111在内端112和外端113之间延伸,每个都具有相应的狭缝1120、1130。尽管内端112具有与翼面111相似的形状,但它的尺寸仍小于翼面的尺寸,以限定一肩部1121,该肩部在内端112的周围延伸。同样,尽管外端113具有与翼面111相似的形状,但它的尺寸仍小于翼面的尺寸,以限定一肩部1131,该肩部在内端113周围延伸。
在一个实施例中,所使用的纱线可以是碳化硅(SiC)纱线,其以“Nicalon”名义,从日本供应商Nippon Carbon可获得,并具有丝数0.5K(500丝)。
自然,根据可用纱线的丝数,可采用纱线层数量以及紧密度和丝数的变化的各种组合用于希望获得的轮廓。
例如,对于编织纤维坯件200,所使用的编织可涉及用缎纹编织多层或多缎纹类型编织。可以使用其他类型的多层编织,如用多平纹编织或互锁编织的多层编织。在互锁编织中,每层纬纱与多层经纱互连,在一给定纬列中的所有纱线在一编织平面中具有相同的运动。
具体在文献WO 2006/136755中描述了编织的各种多层模式,其内容通过引用并入本文。
用于形成叶片的纤维增强物的纤维坯件还可通过叠加多层以下物质获得:
·一维(UD)织物;
·二维(2D)织物;
·编织物;
·针织物;
·毡制品;和/或
·通过使多个UD片沿不同方向重叠并互连UD片,如通过缝合,通过化学粘合剂或通过缝纫,获得的纱线或束的单向(UD)片或多向(nD)片。
这些层互连,如通过缝合,通过植入纱线或刚性元件,或通过缝纫。
图5是高度图解,显示用于形成内平台的纤维增强物的纤维坯件400,并且在用一种用于获得能够保存其形状的预成型件的基体初始致密化后,由其可以使内平台纤维预成型件成形,然后加工所述致密化的预成型件,以获得如图1A和1B所示的内平台120。
在当前描述的示例中,通过作为多个经纱层和多个纬纱层的多层编织,获得了如图5概略地示出的纤维坯件400。多层编织具体可涉及互锁编织,即其中每层纬纱用在编织平面中具有相同运动的给定纬列中的所有纱线连锁多层经纱的编织。
坯件400具有分别用于形成构成流动通道的平台122和钩部123、124的第一和第二部分410和420。在编织过程中,非互连的第一和第二线401和402在纤维坯件内侧在位于部分410和420之间的边界以及在两个非互连的相应区域403和404上的两个连续经纱层之间制成。部分410和420在位于非互连的两个区域403和404之间的互连区域405中互连。在线401和402的非互连开始用于形成在成形坯件同时能够折叠的两个相应部分421和422,从而完成钩部123和124的形成。
也可通过将分别对应于上述纤维坯件400的第一和第二部分410和420的两个纤维织物组装在一起获得用于形成内平台的纤维坯件。在这种情况下,这两个纤维织物仅在互连区域405中互连,如通过缝合或缝纫,以形成在成形坯件同时能够折叠的两个部分421和422,从而完成钩部123和124的形成。分别对应于第一和第二部分410和420的这两个纤维织物可特别地每个都从一层或一堆多层获得:
·一维(UD)织物;
·二维(2D)织物;
·编织物;
·针织物;
·毡制品;和/或
·通过使多个UD片在不同方向中重叠并互连UD片,如通过缝合,通过化学粘合剂或通过缝纫,获得的纱线或束的单向(UD)片或多向(nD)片。
当叠加多层时,它们互连,如通过缝合,通过植入纱线或刚性元件,或通过缝纫。
图6是待制造的内平台的纤维预成型件500的高度图解视图,其随后通过成型和变形整个预制件获得,以获得一个圆弧形的通常形状,部分410被变形以复制类似于用于再构建流动通道的内表面的形状,并且部分420的部分421和422被折叠,以复制类似于钩部的紧固件部分的形状。
在最初的致密化后,预成型件500被加工,以形成一开口,该开口的形状和尺寸等同于待制造的内平台的形状和尺寸。
如图7所示,这产生一圆弧形状的内平台120,其具有构成流动通道的平台122,钩部123、124和形状等同于叶片110内端112的形状,但尺寸大于内端112尺寸的开口121,如下文中所解释的那样。
以如上所述用于制造内平台120的相同方式获得如图8所示的外平台130。为简单起见,不再描述涉及制造外平台的步骤。以这种方式获得的外平台130具有圆弧形状并且具有构成流动通道的平台132、连接片133、134,以及形状等同于叶片110外端113的形状,但尺寸大于外端113尺寸的开口131,如下文中所解释的那样。
为了避免在叶片和平台之间具有不同的热膨胀系数,这些元件优选由相同种类的纤维和基体制成。
以下是通过将先前准备的部件组装在一起来制造定子扇区的描述。如图9所示,通过将叶片110与外平台130组装在一起开始组装。为此,叶片110的外端113接合外平台130的开口131。优选由与叶片和平台相同的复合材料制成的锁定元件150随后插入在外平台130以上突出的外端113的每个狭缝1130中并粘合,以将该组件固定在外平台130和每个叶片110之间。
此后,通过在内平台120的开口121中接合叶片的内端112将内平台120与叶片110组装在一起,如图10所示。锁定元件140,优选地由与叶片和平台相同的复合材料制成,随后插入在内平台120以下的外端112的每个狭缝1120中并粘合,以将该组件固定在内平台120和叶片110之间。
随后对该组件进行致密化,该致密化能够在通过共同致密化在它们的组装接口的部件之间形成粘结。
仅由于间隙存在于叶片110的内端112与内平台的开口121之间,因此在叶片110和内平台120之间的组装是可能的。具体来说,为了符合最终定子的圆形形状,待制造的定子扇区需要对应于具有由内和外平台限定的其曲率半径的圆的一部分。在这种情况下,叶片110沿径向布置在内外平台之间,这两个平台中的一个沿与叶片的轴垂直的方向不能对接叶片。在当先描述的实施例中,外平台130最初与叶片110对接。这样,对接能够沿叶片轴的法线发生,因此,不需要在叶片的外端113和外平台130的开口131之间留下间隙。相反,一旦叶片110与外平台130组装在一起并固定到外平台130上以呈现圆弧形状,就不可能在沿对接方向中在内平台120的开口121与叶片的内端之间不设置间隙的情况下在内平台120的这些开口中接合叶片的内端112。
如图11和12所示,由于开口121的尺寸大于内端112的尺寸,因此间隙J沿这些元件之间的对接方向存在于内端112与开口121之间。这一间隙J作为与内平台对接的叶片位置的函数分布。间隙J分布在位于内平台120中心中的叶片110的内端112的两侧上,而它主要定位在位于内平台120端部的叶片内端112的仅一侧上。
因此,存在于叶片110的内端112和内平台120的开口121之间的间隙J使平台能够与已经被组装和固定到外平台上的叶片组装在一起。
而且,为了在存在该间隙时在叶片与内平台之间保持密封,以及为了避免压头损失,每个叶片110均具有肩部1121,该肩部在内端112周围延伸,并具有与内平台120中的开口121相比更大的尺寸。因此,在内平台112已经对接叶片110并固定于其上后,肩部1121与平台112的顶表面接触,从而使得可将流动通道与存在于内端112和开口121之间的空间隔离(图11和12)。
定子扇区100优选由陶瓷基体复合(CMC)材料制成,即由耐火纤维(碳或陶瓷纤维)制成的增强件制成,并用一种至少局部为陶瓷的基体致密化的部件。CMC材料的示例包括C/SiC复合材料(碳纤维增强件和碳化硅基体),C/C-SiC复合材料(碳纤维增强物和包括通常更接近纤维的碳相和碳化硅相的基体),SiC/SiC复合材料(增强纤维和由碳化硅制成的基体),氧化物/氧化物复合材料(增强纤维和由氧化铝制成的基体)。一个相间层可插入在增强纤维和基体之间,以提高该材料的机械强度。
用于形成待制造的每个部件的纤维增强物的纤维预成型件的致密化包括在遍布全部或部分其体积的预成型件的孔中填充构成基体的材料。该致密化可以已知方式实现,通过使用液体技术或通过使用例如化学气渗透(CVI)的气体技术,或者实际上通过一个接一个地使用这两种技术来进行。
所述液体技术包括用包含基体材料的前体的液体组分浸渍该预成型件。前体通常为在溶剂中可能被稀释的聚合物的形式,例如高性能环氧树脂。该预成型件被放置在一种模具中,所述模具适于以密封的方式被关闭,以留下具有最终部件形状的凹槽。此后,该模具被封闭,基体(例如树脂)的液体前体注入整个凹槽,以浸渍该预成型件的所有纤维部分。
所述前体转换为所述基体,即其通过应用热处理,通常通过加热该模具,在消除溶剂(如果存在的话)后,以及在固化聚合物后,它与继续被保持在与被制造部件的形状匹配的模具中的预成型件聚合在一起。
当形成陶瓷基体时,热处理包括热解前体,从而根据所使用的前体和根据热解条件将基体转换成碳或陶瓷基体。例如,陶瓷的液体前体,特别是SiC,可以是以下类型的树脂:聚碳硅烷(PCS),或含钛聚碳硅烷(PTCS),或聚硅氮烷(PSZ)。可以实施从注入到热处理的多个连续循环,以达到所要求的致密化度。
该纤维预成型件还可以已知方式通过由化学蒸汽渗透(CVI)的气体技术被致密化。对应于待制造部件的纤维增强物的纤维预成型件被放置在一个其中导入有反应气相的烤箱中。与导致材料唯一地沉积在材料表面上的特定于化学气相沉积(CVD)方法的压力和温度条件相比,烤箱内压力和温度以及气相的成分选择为使气相能够在预成型件的孔内扩散,从而通过在材料的芯体中沉积固体材料并接触纤维而在其中形成基体,所述固体材料来自气相分解的组分的一种或来自多种组分之间的反应。
使用产生SiC作为MTS分解结果的甲基三氯硅烷(MTS)可以获得碳化硅基体。
也可使用结合液体技术和气体技术的致密化,以便于加工、限制成本和减少制造周期,然而同时获得对于指定利用令人满意的特征。
可使用液体技术、气体技术或这两种技术的结合实施单独在叶片、内平台、外平台和锁定元件的每个纤维预成型件上进行的第一致密化。
图13示出了通过结合多个上述定子扇区100而获得的定子600,定子600适用于构成航空发动机涡轮的低压喷嘴。
在上述的定子扇区100中,间隙留在内端和内平台中的开口之间,从而当制造定子扇区时,在它们与外平台组装在一起后可以将叶片与内平台组装在一起。然而,本发明并不局限于以该顺序组装。通过开始将叶片与内平台组装在一起,然后与外平台组装在一起,可以制造本发明的定子扇区。在这种情况下,用于接收叶片外端的外平台中开口存在与叶片外端相比更大的尺寸,从而在开口和外端之间留下间隙,从而能够使外平台和已经与内平台组装并固定到其上的叶片组装在一起。

Claims (10)

1.一种制造涡轮发动机定子的扇区的方法,该方法包括:
制成多个单件叶片纤维坯件;
使纤维坯件成形,以获得单件叶片纤维预成型件;
用一基体将叶片纤维预成型件致密化,以获得复合材料叶片,每个所述叶片均包括由所述预成型件构成并由所述基体致密化的纤维增强物;
对每个所述叶片进行加工,以形成一第一端和一第二端,在所述第一端和第二端之间限定一翼面,每个所述第一端的尺寸均小于所述翼面的尺寸,以限定一肩部,该肩部围绕所述第一端延伸;
在所述叶片的第一端和第二端中分别制造槽口;
制造一第一平台的纤维坯件和一第二平台的纤维坯件;
使所述第一平台的纤维坯件和第二平台的纤维坯件成形,以获得一用于以圆弧形式的所述第一平台的单件纤维预成型件,以及一用于以圆弧形式的所述第二平台的单件纤维预成型件,用于第二平台的所述单件纤维预成型件具有钩部,所述钩部设置和布置为将一用于转子盘的密封系统支撑和轴向固定就位,其中所述成形包括在由一互连编织区域分离的两个各自区域上的两个连续经纱层之间形成一非互连编织的部分,所述成形还包括折叠所述非互连编织的部分,以形成所述钩部;
用一基体将用于第一平台的预成型件和用于第二平台的预成型件致密化,以获得由复合材料制成并以包括由所述用于第一平台的预成型件和用于第二平台的预成型件构成并由所述基体致密化的纤维增强物的圆弧为形式的第一平台和第二平台;
在所述第一平台和第二平台中制造开口,在所述第一平台中的每个开口均具有连续的边缘,所述第一平台的开口的尺寸大于所述叶片的第一端的尺寸,在每个所述第一端周围延伸的肩部的尺寸大于在所述第一平台中的开口的尺寸;
在所述第二平台的开口中接合所述叶片的第二端;
将一锁定元件放置在所述叶片的第二端处的每个槽口中,以形成一阴阳榫式连接;
在所述第一平台的开口中接合所述叶片的第一端,使得所述第一平台中的每个开口的连续的边缘都与各叶片的每个对应第一端的肩部连续接触;以及
将一锁定元件放置在所述叶片的第一端处的每个槽口中,以形成一阴阳榫式连接。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述叶片、第一平台、第二平台和锁定元件由陶瓷基复合物材料制成。
3.一种涡轮定子的扇区,该扇区包括:
-多个由复合材料制成的叶片,所述复合材料包括由一基体致密化的纤维增强件,每个所述叶片均具有一在一第一端和一第二端之间延伸的翼面,
-第一平台和第二平台,所述第一平台和第二平台为由复合材料制成圆弧的形式,所述复合材料包括由一基体致密化的纤维增强物,所述第一平台具有其中接合有所述叶片的第一端的开口,所述第二平台具有其中接合有所述叶片的第二端的开口,在所述第一平台中的每个开口均具有连续的边缘,其中每个连续的边缘都与一对应叶片的对应第一端连续接触,
-其中,所述第一平台还具有钩部,所述钩部设置和布置为将一用于转子盘的密封系统支撑和轴向固定就位,并由一非互连编织的部分,以及通过折叠所述非互连编织的部分形成,其中所述非互连编织的部分位于由一互连编织区域分离的两个各自区域上的两个连续经纱层之间;
-其中,在所述第一平台中的开口的尺寸大于接合在所述第一平台中的开口中的所述叶片的第一端的尺寸,以在每个所述叶片的第一端与所述第一平台中的开口之间留有间隙,以及
-其中,接合在所述第一平台中的开口中的每个叶片的第一端的尺寸小于所述翼面的尺寸,以限定一围绕所述第一端延伸的肩部,该肩部的尺寸大于所述第一平台中的开口的尺寸,并且该肩部与所述第一平台的表面相接触,其中所述第一平台与所述叶片的第一端以及所述第二平台与所述叶片的第二端均设置为以一阴阳榫式结构相连。
4.根据权利要求3所述的扇区,其中,延伸超过所述第二平台的每个叶片的第二端的部分包括其中设有一锁定元件的至少一个槽口。
5.根据权利要求3所述的扇区,其中,延伸超过所述第一平台的每个叶片的第一端的部分包括其中设有一锁定元件的至少一个槽口。
6.根据权利要求3所述的扇区,其中,所述叶片、第一平台和第二平台由陶瓷基复合材料制成。
7.根据权利要求3所述的扇区,其中,所述第一平台对应于定子扇区的内平台,所述翼面的第一端对应于所述翼面的内端,所述第二平台对应于所述定子扇区的外平台,所述翼面的第二端对应于所述翼面的外端。
8.一种涡轮发动机定子,具有多个根据权利要求3所述的扇区。
9.一种涡轮发动机压缩机,具有根据权利要求8所述的定子。
10.一种涡轮发动机,具有根据权利要求9所述的压缩机。
CN201580012167.2A 2014-03-06 2015-03-03 涡轮发动机的定子扇区,及其制造方法 Active CN106103904B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1451824A FR3018308B1 (fr) 2014-03-06 2014-03-06 Secteur de stator pour turbomachine et son procede de fabrication
FR1451824 2014-03-06
PCT/FR2015/050512 WO2015132523A2 (fr) 2014-03-06 2015-03-03 Secteur de stator pour turbomachine et son procede de fabrication

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106103904A CN106103904A (zh) 2016-11-09
CN106103904B true CN106103904B (zh) 2020-05-12

Family

ID=51383789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580012167.2A Active CN106103904B (zh) 2014-03-06 2015-03-03 涡轮发动机的定子扇区,及其制造方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10190426B2 (zh)
EP (1) EP3114324B1 (zh)
JP (1) JP6649264B2 (zh)
CN (1) CN106103904B (zh)
BR (1) BR112016019941B1 (zh)
CA (1) CA2940565C (zh)
FR (1) FR3018308B1 (zh)
RU (1) RU2684075C2 (zh)
WO (1) WO2015132523A2 (zh)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10538013B2 (en) 2014-05-08 2020-01-21 United Technologies Corporation Integral ceramic matrix composite fastener with non-polymer rigidization
CA2959115C (fr) * 2014-08-26 2022-04-19 Safran Aircraft Engines Aube de redresseur en materiau composite a brides de fixation decalees pour moteur a turbine a gaz
FR3041374B1 (fr) * 2015-09-17 2020-05-22 Safran Aircraft Engines Secteur de distributeur pour turbomachine avec des aubes refroidies de maniere differentielle
FR3065024B1 (fr) * 2017-04-10 2021-01-22 Safran Aircraft Engines Anneau de turbine de turbomachine et procede de fabrication d'un tel anneau
US10724389B2 (en) 2017-07-10 2020-07-28 Raytheon Technologies Corporation Stator vane assembly for a gas turbine engine
US10619498B2 (en) * 2017-09-06 2020-04-14 United Technologies Corporation Fan exit stator assembly
US11466580B2 (en) * 2018-05-02 2022-10-11 General Electric Company CMC nozzle with interlocking mechanical joint and fabrication
US10808559B2 (en) * 2018-06-01 2020-10-20 Raytheon Technologies Corporation Guide vane retention assembly for gas turbine engine
US10724387B2 (en) * 2018-11-08 2020-07-28 Raytheon Technologies Corporation Continuation of a shear tube through a vane platform for structural support
US11267763B2 (en) * 2019-05-17 2022-03-08 Raytheon Technologies Corporation Rapid processing of laminar composite components
EP3805525A1 (en) 2019-10-09 2021-04-14 Rolls-Royce plc Turbine vane assembly incorporating ceramic matric composite materials
US11879360B2 (en) * 2020-10-30 2024-01-23 General Electric Company Fabricated CMC nozzle assemblies for gas turbine engines
US11512604B1 (en) * 2021-05-04 2022-11-29 Raytheon Technologies Corporation Spring for radially stacked assemblies
US11655757B2 (en) * 2021-07-30 2023-05-23 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Modular multistage compressor system for gas turbine engines
US11732596B2 (en) 2021-12-22 2023-08-22 Rolls-Royce Plc Ceramic matrix composite turbine vane assembly having minimalistic support spars
FR3137714A1 (fr) * 2022-07-07 2024-01-12 Safran Aircraft Engines Carter d'entrée d'une turbomachine
US11952917B2 (en) * 2022-08-05 2024-04-09 Rtx Corporation Vane multiplet with conjoined singlet vanes
FR3146821A1 (fr) * 2023-03-21 2024-09-27 Safran Ceramics Procédé de fabrication d’un secteur d’anneau de turbine

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB695724A (en) * 1950-08-01 1953-08-19 Rolls Royce Improvements in or relating to structural elements for axial-flow turbo-machines such as compressors or turbines of gas-turbine engines
GB865544A (en) * 1958-04-14 1961-04-19 Napier & Son Ltd Turbines
US6409472B1 (en) * 1999-08-09 2002-06-25 United Technologies Corporation Stator assembly for a rotary machine and clip member for a stator assembly
EP1213484B1 (fr) 2000-12-06 2006-03-15 Techspace Aero S.A. Etage redressseur d'un compresseur
US6648597B1 (en) * 2002-05-31 2003-11-18 Siemens Westinghouse Power Corporation Ceramic matrix composite turbine vane
US9068464B2 (en) * 2002-09-17 2015-06-30 Siemens Energy, Inc. Method of joining ceramic parts and articles so formed
JP2005194903A (ja) * 2004-01-05 2005-07-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 圧縮機静翼環
FR2887601B1 (fr) 2005-06-24 2007-10-05 Snecma Moteurs Sa Piece mecanique et procede de fabrication d'une telle piece
FR2899270A1 (fr) * 2006-03-30 2007-10-05 Snecma Sa Aube de redresseur a amenagement de forme localise, secteur de redresseurs, etage de compression, compresseur et turbomachine comportant une telle aube
US7625170B2 (en) * 2006-09-25 2009-12-01 General Electric Company CMC vane insulator and method of use
EP2072760B1 (fr) * 2007-12-21 2012-03-21 Techspace Aero Dispositif de fixation d'aubes à une virole d'étage de stator d'une turbomachine et procédé de fixation associé
FR2979573B1 (fr) * 2011-09-07 2017-04-21 Snecma Procede de fabrication d'un secteur de distributeur de turbine ou redresseur de compresseur en materiau composite pour turbomachine et turbine ou compresseur incorporant un distributeur ou un redresseur forme de tels secteurs
FR2939129B1 (fr) * 2008-11-28 2014-08-22 Snecma Propulsion Solide Aube de turbomachine en materiau composite et procede pour sa fabrication.
FR2943942B1 (fr) * 2009-04-06 2016-01-29 Snecma Procede de fabrication d'une aube de turbomachine en materiau composite
FR2946999B1 (fr) 2009-06-18 2019-08-09 Safran Aircraft Engines Element de distributeur de turbine en cmc, procede pour sa fabrication, et distributeur et turbine a gaz l'incorporant.
FR2953885B1 (fr) 2009-12-14 2012-02-10 Snecma Aube de turbomachine en materiau composite et procede pour sa fabrication

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016139110A (ru) 2018-04-06
FR3018308A1 (fr) 2015-09-11
EP3114324B1 (fr) 2018-05-02
BR112016019941B1 (pt) 2022-09-27
BR112016019941A2 (zh) 2017-08-15
JP6649264B2 (ja) 2020-02-19
JP2017517663A (ja) 2017-06-29
US20170074110A1 (en) 2017-03-16
FR3018308B1 (fr) 2016-04-08
CA2940565A1 (fr) 2015-09-11
EP3114324A2 (fr) 2017-01-11
CA2940565C (fr) 2022-04-19
WO2015132523A3 (fr) 2016-06-02
RU2684075C2 (ru) 2019-04-03
CN106103904A (zh) 2016-11-09
RU2016139110A3 (zh) 2018-09-14
US10190426B2 (en) 2019-01-29
WO2015132523A2 (fr) 2015-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106103904B (zh) 涡轮发动机的定子扇区,及其制造方法
RU2601052C2 (ru) Узел, образованный направляющим сопловым аппаратом турбины или спрямляющим аппаратом компрессора из ккм для турбомашины и кольцом - подложкой для истираемого материала, и турбина или компрессор, содержащие такой узел
US9790802B2 (en) Turbine engine rotor including blade made of composite material and having an added root
JP6038153B2 (ja) タービンエンジン用の、複合材料で作られたタービンノズルまたは圧縮機静翼のセクタの製造方法、および前記セクタからなるノズルまたは静翼を含むタービンまたは圧縮機
US10046482B2 (en) Method for manufacturing a turbomachine blade made of composite material
CN109424371B (zh) 用于燃气涡轮发动机的流径组件及其组装方法
CA2853040C (en) A method of fabricating a turbine or compressor guide vane sector made of composite material for a turbine engine, and a turbine or a compressor incorporating such guide vane sectors
RU2552652C2 (ru) Способ изготовления лопатки турбомашины из композиционного материала, лопатка турбомашины и турбомашина
RU2586423C2 (ru) Лопатка турбинного двигателя с встроенным хвостовиком, изготовленная из композиционного материала
RU2523308C2 (ru) Способ изготовления турбомашинной лопатки, сделанной из композиционного материала
US9022733B2 (en) Turbine distributor element made of CMC, method for making same, distributor and gas turbine including same
JP6038131B2 (ja) 圧縮機ステータまたはタービンノズルを形成するタービンエンジン部品およびそれを製作する方法
US10066581B2 (en) Structure for fastening after-body parts of an aeroengine
JP5745548B2 (ja) タービンリングセクタ用繊維プリフォームおよびその製造方法
CN101627183A (zh) 用于气体涡轮机的涡轮机环组件
CN107002497B (zh) 包括交错式附连突缘的用于气体涡轮发动机的复合材料制导向叶片
US20240229308A9 (en) Fibrous texture for a thin-edged composite blade
CN114174576B (zh) 用于制造环扇形件的方法
US11702961B2 (en) Casing made of composite material with local variation of thickness

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant