CN113825895A - 修理由复合材料制成的叶片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种修理由复合材料制成的叶片(1)的方法，所述叶片(1)在所谓的轴向方向(X)中延伸，所述叶片(1)包括根部(2)和叶片(3)，其中，与所述根部(2)相对的轴向端包括待修理区域，所述叶片(3)包括内弧(4)表面和外弧(5)表面。

Description

修理由复合材料制成的叶片的方法
技术领域
本发明涉及一种修理涡轮机叶片，确切地说复合材料叶片的方法。
背景技术
涡轮机风扇通常包括转子，所述转子包括例如由复合材料制成的叶片，所述叶片被包括内壁的风扇罩环绕，所述内壁包括既定与叶片的外端或尖端协作的可磨耗材料。
如果叶片尖端和可磨耗材料之间发生摩擦，则存在损坏叶片尖端的风险，尤其是在叶片由复合材料制成时。此损坏在前述顶点和风扇壳体之间形成间隙，这不利地影响涡轮机的性能。
为了避免此性能降级，设想重建受损叶片的尖端。此重建中的规范强加例如约为0.2mm的极小尺寸容差。一个解决方案是将树脂添加到叶片的顶部且接着将固化的树脂机械加工到所要尺寸。此解决方案在复合叶片的情况下难以实施，因为用树脂再填充的叶片尖端区域可具有在操作期间断裂或脱落的倾向。机械加工。此外，此工艺需要使用昂贵的机械加工中心。
发明内容
本发明旨在以简单、可靠且便宜的方式补救此些缺点。
为此，本发明涉及一种修理在所谓的轴向方向中延伸的由复合材料制成的叶片的方法，所述叶片包括根部和叶片，其与根部相对的轴向端包括待修理区域，所述叶片包括内弧表面和外弧表面，所述方法的特征在于，其包括以下步骤：
a)将叶片定位在加工工具中，
b)将至少一第一箔片和至少一第二箔片定位在待修理的端部区域的水平面处，分别在叶片的内弧表面上和外弧表面上，每一箔片包括与根部相对的轴向延伸超出叶片的相应端的轴向端且相对于加工工具的参考定位，每一箔片的所述端限定待修理区域的轴向端，所述箔片在其间限定再填充体积，
c)用例如未固化树脂或复合再填充膏体等膏状或流体再填充材料填充再填充体积，使得再填充材料不延伸超出再填充体积，
d)通过烘焙或固化再填充材料使所述材料硬化，
e)移除箔片。
以此方式，用再填充材料再填充的区域的轴向尺寸由限定再填充体积的箔片强加。因此不需要在硬化材料的硬化之后执行机械加工操作，这避免了损坏再填充区域的风险以及避免使用机械加工中心。
所述加工工具可包括支承表面，其形成参考表面且与叶片根部协作以便将所述叶片轴向定位在加工工具中，所述加工工具进一步包括能够支承在叶片根部或叶片上的挡止件，以便在垂直于轴向方向的方向上将所述叶片定位在加工工具中。
所述挡止件例如能够倚靠在叶片的后边缘上。
叶片根部可通过锁定构件保持与加工工具的所述支承表面及所述加工工具挡止件对接。锁定构件可包括紧固件。
叶片根部可具有鸠尾形状。
可当叶片安装于加工工具中时执行步骤(c)。
在步骤(b)中，所述箔片可固定在叶片上的适当位置，接着在步骤(c)之前从加工工具移除由所述叶片和箔片形成的组合件。
箔片可固定到叶片，特定来说借助于例如至少一个夹具等锁定装置固定到叶片。
在步骤(b)中，箔片可相对于加工工具的参考表面轴向定位。
举例来说，所述参考表面可模拟涡轮机的风扇壳体的可磨耗材料的表面。
在步骤(c)中，可通过修整或刮擦移除延伸超出再填充体积的过多的再填充材料。
剃刮或刮擦工具可包括抵着箔片的轴向端应用以便移除过多的再填充材料的例如由硅酮制成的柔性部分。剃刮或刮擦操作不是机械加工操作，此操作在此步骤处由再填充材料的流体或膏状性质所准许。
可用刮刀将再填充材料插入到再填充体积中。
叶片的相应端、参考表面和箔片界定闭合的再填充体积，材料在步骤(c)中插入到所述闭合体积中，以便完全填充所述闭合体积。
此工艺不需要在再填充材料硬化之前进行修整或刮擦步骤，闭合的再填充体积的尺寸对应于所要尺寸。
再填充材料可使用注射器注入到再填充体积中。
再填充材料可以是热固性树脂。
树脂是例如环氧树脂或聚氨酯基树脂。举例来说，树脂填充有加固短纤维，例如玻璃纤维，其小于3mm长。或者，树脂可填充有具有50和100微米之间的直径的玻璃珠。
举例来说，树脂具有小于2％的收缩率。
闭合壁可覆盖箔片的所述端以便闭合再填充体积，再填充材料例如经由孔口或开口插入或注入到所述再填充体积中。
参考附图阅读以下描述，将更好地理解本发明，且本发明的其它细节、特性和优点将显而易见，以下描述是作为非限制性实例给出。
附图说明
[图1]是示出根据本发明的实施例用于修理叶片的方法的不同步骤的图式；
[图2]是安装于加工工具中的叶片的示意透视图；
[图3]是叶片尖端和箔片的示意透视图；
[图4到6]是示出所述方法中的各个连续步骤的叶片尖端的示意图；
[图7]是示出本发明的另一实施例的叶片尖端的示意图。
具体实施方式
图1到6中示意性地示出根据一个实施例用于修理用于涡轮机的复合风扇叶片1的方法。
叶片1沿着轴线X延伸且包括在图2中位于底部的鸠尾形叶片根部2，以及包括内弧4表面和外弧5表面的成型叶片3。叶片3具有连接到叶片根部2的第一轴向端，以及与第一端相对的也称为尖端6(图3)的第二轴向端。根部2具有朝向叶片的尖端6的两个倾斜表面7，从而形成用于与风扇的转子盘的互补表面协作的支承表面。
内弧4表面和外弧5表面在前边缘8和后边缘9处会合。相对于气流穿过风扇的方向，前边缘8既定位于后边缘9的上游。
叶片1由包括例如嵌入于树脂基质中的纤维织物的复合材料制成。
根据本发明的修理过程的目标是在叶片1的尖端6损坏之后重构所述尖端6的原始几何结构。必须以与原始叶片1相同的尺寸容差(例如，约0.2mm)来实行叶片1的尖端6的重构(也称为再填充)，这确切地说需要叶片3的相应端6和风扇转子的轴线之间的轴向距离以及因此叶片3的相应端6和叶片根部2的支承表面7之间的轴向距离的完美控制。
根据本发明的修理方法首先包括将叶片1定位和锁定在加工工具10中的步骤(E1)。
加工工具10包括固定支撑件11、相对于支撑件11固定的两个支撑区域12和挡止部件13。
每一支撑区域12包括倾斜表面12a，其既定形成用于叶片根部2的互补支承表面7的支撑件或支座，以便限制图2中叶片1沿着X轴向上的移位。
下游端或形成叶片根部2的后边缘9的端部也支承在加工工具10的挡止部件13上，以便确保叶片1相对于加工工具10沿着垂直于轴线X的轴线Y的定位。
例如卡爪类型的夹具等锁定构件在图2中施加向上定向的轴向力F，以便将叶片根部2的支承表面7固持在支撑区域12的支承表面12a上。
加工工具10进一步包括箔片14，其放置在叶片顶端区域6的任一侧上，即，抵着叶片1的内弧4表面和外弧5表面。每一箔片14的形状适于叶片1的内弧4表面或外弧5表面的形状。每一箔片14具有朝向叶片根部2的第一轴向端15，和相对的第二轴向端16。例如通过抵着支撑件11的支撑区域17按压箔片14的第二轴向端16来控制所述第二端16相对于加工工具10的其余部分的位置。换句话说，有可能控制支承表面7和箔片14的第二端16之间的轴向距离。箔片14的侧边缘18在叶片3的尖端6的后边缘9和前边缘8处会合。
叶片3的受损尖端6和箔片14因而界定待重构的体积19。
箔片14可与加工工具10成一体，或可制造成与叶片1成一体。在后一情况下，箔片14可例如通过例如夹具等任何适当构件夹持到叶片尖端6。
可接着从加工工具10移除叶片1和箔片14。
可接着用膏状或流体再填充材料20填充前述体积19(步骤E，图1和4)。此材料20例如是热固性树脂，例如环氧树脂或聚氨酯基树脂。举例来说，树脂填充有加固短纤维，例如玻璃纤维，其小于3mm长。或者，树脂可填充有具有50和100微米之间的直径的玻璃珠。
可使用工具在剃刮或刮擦步骤(步骤E3，图1和5)中移除过多的热固性材料20，所述工具例如可以是柔性硅酮工具，以免对箔片14的任何损坏。确切地说，有必要避免改变箔片14的第二端16和叶片根部2的支承表面7之间的尺寸。
接着例如在烘焙步骤(步骤E4，图1)中通过聚合来固化再填充材料20。在此步骤中，再填充材料具有例如小于2％的收缩率。可调整箔片14的第二端16的位置以考虑或预期此收缩率，且因此在收缩和硬化之后获得所要尺寸。
可接着移除箔片14(步骤E5，图1和6)以便获得经修理的叶片1，即，受损尖端6已经重构、重载或重建的叶片1，以便在尺寸容差内恢复叶片1的原始尺寸。
根据图7中所示出的另一实施例，闭合壁21可覆盖箔片14的第二端16以便闭合待重构的体积19。再填充材料20可例如借助于注射器经由开口21a插入或注入到所述体积19中，以便完全填充所述体积19。叶片1、箔片14和闭合壁21可在将再填充材料20插入或注入到所述体积中的步骤期间保持在加工工具10的剩余部分上的适当位置。
可接着例如通过烘焙固化所述材料20，且接着可从加工工具10移除重构的叶片1。

Claims (9)

1.一种修理由复合材料制成的叶片(1)的方法，所述叶片(1)在轴向方向(X)上延伸，所述叶片(1)包括根部(2)和叶片(3)，其与所述根部(2)相对的轴向端包括待修理区域，所述叶片(3)包括内弧(4)表面和外弧(5)表面，其特征在于，包括以下步骤：
a)将所述叶片(1)定位在加工工具(10)中，
b)在待修理的端部区域的水平面处，将至少第一箔片(14)和至少第二箔片(14)分别定位在所述叶片(3)的所述内弧(4)表面上和所述外弧(5)表面上，每一箔片(14)具有轴向端(16)且相对于所述加工工具(10)的参考定位，所述轴向端(16)与所述根部(2)相对并且轴向延伸超出所述叶片(3)的相应端(6)，每一箔片(14)的所述端(16)界定所述待修理区域的所述轴向端，所述箔片(14)在其间界定再填充体积(19)，
c)用例如比如未聚合树脂等非聚合树脂或复合再填充膏体等膏状或流体再填充材料(20)填充所述再填充体积(19)，使得所述再填充材料(20)不延伸超出所述再填充体积(19)，
d)通过烘焙或聚合所述材料(20)使所述再填充材料(20)固化，
e)移除所述箔片(14)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加工工具(10)包括支承表面(12、12a)，所述支承表面形成参考表面且与所述叶片根部(2)协作以便将所述叶片(1)轴向定位在所述加工工具(10)中，所述加工工具(10)进一步包括挡止件(13)，所述挡止件能够支承在所述叶片(1)的所述根部(2)或所述叶片(3)上，以便在垂直于所述轴向方向(X)的方向(Y)上将所述叶片(1)定位在所述加工工具(10)中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述叶片(1)安装于所述加工工具(10)中时，执行步骤(c)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(b)期间，将所述箔片(14)固定在所述叶片(1)上的适当位置，接着在步骤(c)之前从所述加工工具(10)移除由所述叶片(1)和所述箔片(14)形成的组合件。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，使所述箔片(14)相对于所述加工工具(10)的参考表面轴向定位。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中，通过平整或刮擦移除延伸超出所述再填充体积(19)的过多的再填充材料(20)。
7.根据权利要求1到6中任一项及根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述叶片(3)的所述相应端(6)、所述参考表面和所述箔片(14)界定所述再填充体积(19)，在步骤(c)中将所述材料(20)插入到所述体积(19)中，以便完全填充所述体积。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的方法，其特征在于，所述再填充材料(20)为热固性树脂。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其特征在于，闭合壁(21)覆盖所述箔片(14)的所述端(16)以便闭合所述再填充体积(19)，所述再填充材料(20)插入或注入到所述再填充体积中(19)。
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