RO133845B1

RO133845B1 - Centrifugal compressor rotary assembly made of advanced composite polymeric materials reinforced with carbon fibers

Info

Publication number: RO133845B1
Application number: ROA201900562A
Authority: RO
Inventors: Sebastian Ionuţ Vintilă; Radu Mihalache; Mihaela Raluca Condruz; Valeriu Alexandru Vilag; Raluca Maier
Original assignee: Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Turbomotoare - Comoti
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2024-11-29
Also published as: RO133845A0

Description

RO 133845 Β1RO 133845 B1

Invenția se referă la un ansamblu rotativ de compresor centrifugal din materiale compozite polimerice avansate ranforsate cu fibre de carbon, destinat motoarelor turboreactoare utilizate în domeniul aerospațial sau în aplicații terestre ce necesită un anumit debit și presiune de aer.The invention relates to a rotating centrifugal compressor assembly made of advanced polymer composite materials reinforced with carbon fibers, intended for turbojet engines used in the aerospace field or in terrestrial applications that require a certain air flow and pressure.

Este cunoscut din documentul US 2012/0124994 A1 un rotor pentru un compresor centrifugal ce cuprinde niște pale și un butuc constituit dintr-un strat exterior din fibre continue sau semi-continue, alcătuite din diferite materiale, cum ar fi metal, sticlă, polimeri, fibră de carbon sau diverse combinații ale acestor materiale. Partea centrală a butucului cuprinde un material compozit cu matrice polimerică, nețesut, umplut cu fibre discontinue. Stratul exterior este impregnat cu o matrice polimerică ce poate fi de tipul unei rășini (epoxidică, fenolică, poliamidă, polipropilenă, etc.). Rotorul compresorului centrifugal mai cuprinde la centru un alezaj pentru un arbore ce se extinde pe toată adâncimea rotorului, iar pentru o fixare mai bună alezajul este prevăzut cu o inserție metalică.It is known from the document US 2012/0124994 A1 a rotor for a centrifugal compressor comprising blades and a hub consisting of an outer layer of continuous or semi-continuous fibers, made of different materials, such as metal, glass, polymers, carbon fiber or various combinations of these materials. The central part of the hub comprises a composite material with a polymer matrix, non-woven, filled with discontinuous fibers. The outer layer is impregnated with a polymer matrix which can be of the type of a resin (epoxy, phenolic, polyamide, polypropylene, etc.). The rotor of the centrifugal compressor also comprises at the center a bore for a shaft which extends over the entire depth of the rotor, and for better fixation the bore is provided with a metal insert.

Se cunoaște din documentul US 6521331 B1 o pală realizată dintr-un material compozit a cărui structură cuprinde un strat de acoperire dispus pe un substrat alcătuit din cel puțin un strat de material sintetic ranforsat cu fibre de carbon.A blade made of a composite material whose structure comprises a coating layer disposed on a substrate made of at least one layer of synthetic material reinforced with carbon fibers is known from document US 6521331 B1.

Din documentul US4465434A este cunoscut un rotor din material compozit ranforsat cu fibre unidirecționale aplicate radial și circumferențial care oferă o rezistență ridicată la solicitările mecanice aplicate pe direcția orientării fibrelor. Rotorul cuprinde un butuc care prezintă o multitudine de lame extinse radial pe acestea. Butucul și lamele sunt realizate din straturi distincte, distanțate axial și realizate din fibre de carbon care se extind radial și pe toată circumferința. Rezistența butucului roții turbinei este dată de către fibrele de carbon orientate circumferențial, iar rezistența radială este dată lamelor de către fibrele orientate radial. Transmiterea sarcinilor de forfecare între fibrele radiale și cele circumferențiale este astfel minimizată.From document US4465434A a rotor made of composite material reinforced with unidirectional fibers applied radially and circumferentially is known which offers high resistance to mechanical stresses applied in the direction of fiber orientation. The rotor comprises a hub having a plurality of radially extended blades thereon. The hub and the blades are made of distinct layers, axially spaced apart and made of carbon fibers extending radially and over the entire circumference. The strength of the turbine wheel hub is given by the circumferentially oriented carbon fibers, and the radial strength is given to the blades by the radially oriented fibers. The transmission of shear loads between the radial and circumferential fibers is thus minimized.

Dezavantajul acestei modalități de așezare a armăturii constă în faptul că este dificil de realizat, iar prelucrarea mecanică ulterioară a materialului compozit polimerizat poate duce la apariția delaminărilor și implicit a distrugerii integrității structurii în funcționare la viteze mari de rotație.The disadvantage of this method of placing the reinforcement is that it is difficult to perform, and subsequent mechanical processing of the polymerized composite material can lead to delamination and, implicitly, to the destruction of the integrity of the structure when operating at high rotation speeds.

Se mai cunoaște din documentul WO 2014/190008 A1 o pală de compresor realizată din materiale compozite și o metodă de asamblare a acesteia. Palele sunt formate dintr-o parte caracteristică realizată din material compozit care include o suprafață de aer având un interval care se extinde radial spre exterior în raport cu o axă de rotație și/sau o parte caracteristică de atașare a palei radial în interior de la suprafața aerului în raport cu axa de rotație. Caracteristica de fixare a palei poate fi orientată circumferențial în raport cu axa de rotație.It is also known from WO 2014/190008 A1 a compressor blade made of composite materials and a method of assembling the same. The blades are formed of a feature part made of composite material that includes an air surface having a space extending radially outwardly with respect to an axis of rotation and/or a blade attachment feature radially inwardly from the air surface with respect to the axis of rotation. The blade attachment feature may be oriented circumferentially with respect to the axis of rotation.

Dezavantajul acestei pale de compresor constă în faptul că realizare individuală a aerofoliei palei, a platformei componentelor și asamblarea acestora, crește riscul de degradare, iar asigurarea unei trasabilități și a unei repetabilități a procesului de fabricație este mult mai dificilă.The disadvantage of this compressor blade is that the individual manufacture of the blade airfoil, the component platform and their assembly increases the risk of degradation, and ensuring traceability and repeatability of the manufacturing process is much more difficult.

Se cunoaște din documentul EP 2077376 A2 o pală de rotor destinată unui turbomotor, care include un profil în secțiunea dintre vârful și baza opusă vârfului aerofoliei, în timp ce platforma palei include o pană, o porțiune cu buclă și o clemă.It is known from document EP 2077376 A2 a rotor blade intended for a turbo engine, which includes a profile in the section between the tip and the base opposite the tip of the airfoil, while the blade platform includes a wedge, a loop portion and a clamp.

Un dezavantaj al acestei soluții tehnice îl constituie componentele multiple ce trebuiesc realizate pentru fabricarea și asamblarea unui astfel de rotor. De asemenea, costurile de fabricare și riscurile sunt implicit mai ridicate.A disadvantage of this technical solution is the multiple components that need to be made to manufacture and assemble such a rotor. Also, the manufacturing costs and risks are implicitly higher.

Este cunoscută o metodă de realizare a unei pale de turbină din materiale compozite ranforsate cu fibre, conform documentului US 2017/0198591 A1. în cadrul acestei metode sunt realizate semi-forme ale aerofoliei palei, platformei și o semi-formă a unui elementA method of making a turbine blade from fiber-reinforced composite materials is known, according to document US 2017/0198591 A1. Within this method, semi-forms of the blade airfoil, the platform and a semi-form of an element are made.

RO 133845 Β1 funcțional al palei. Consolidarea semi-formelor se realizează în acest caz prin presarea 1 pliurilor de țesătură într-o matriță, urmând ca ulterior să se impregneze elementele ranforsate cu matricea. Asamblarea părților componente ale palei se asamblează cu ajutorul altor pliuri 3 de țesătură ce sunt ulterior impregnate.RO 133845 Β1 functional of the blade. The consolidation of the semi-forms is achieved in this case by pressing 1 the fabric folds in a mold, followed by subsequently impregnating the reinforced elements with the matrix. The assembly of the component parts of the blade is assembled using other 3 fabric folds that are subsequently impregnated.

Dezavantajul acestei metode constă în faptul că anumite pliuri de element ranforsat 5 sau secțiuni ale aerofoliei pot rămâne neimpregnate, astfel încât rolul structural al matricei să nu fie îndeplinit, respectiv nu se pot transmite solicitările către elementele de armare pe 7 parcursul funcționării palei aceasta putându-se degrada. De asemenea, pala fiind compusă din componente multiple, zonele de interconectare ale acestora sunt considerate zone 9 susceptibile la cedare pe parcursul funcționării. în plus, injecția de element ranforsat poate conduce către o masă mai mare a componentei în comparație cu masa unei componente 11 realizată utilizând altă tehnologie cum ar fi spre exemplu polimerizarea în autoclavă în prezența temperaturii, presiunii și vidului. 13The disadvantage of this method is that certain folds of the reinforced element 5 or sections of the airfoil may remain unimpregnated, so that the structural role of the matrix is not fulfilled, respectively the stresses cannot be transmitted to the reinforcement elements 7 during the operation of the blade, which may degrade it. Also, the blade being composed of multiple components, their interconnection areas are considered areas 9 susceptible to failure during operation. In addition, the injection of the reinforced element may lead to a larger mass of the component compared to the mass of a component 11 made using another technology such as for example autoclave polymerization in the presence of temperature, pressure and vacuum. 13

Se cunoaște în același scop o metodă de realizare a unei pale de turbină utilizând metoda de țesere tridimensională, conform documentului US2017/0326757A1, metodă con- 15 form căreia se pot obține palete monobloc având adăugate și elemente de rigidizare în anumite zone ale paletei. în mod similar cu metoda analizată anterior, impregnarea țesături- 17 lor tridimensionale cu matricea compozitului este mult mai dificilă în comparație cu alte tipuri de țesături. 19For the same purpose, a method of making a turbine blade using the three-dimensional weaving method is known, according to document US2017/0326757A1, a method according to which monoblock blades can be obtained with stiffening elements added in certain areas of the blade. Similarly to the previously analyzed method, the impregnation of three-dimensional fabrics with the composite matrix is much more difficult compared to other types of fabrics. 19

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția, constă în echilibrarea dinamică a rotorului ansamblului rotativ de compresor. 21The technical problem that the invention solves consists in the dynamic balancing of the rotor of the rotating compressor assembly. 21

Ansamblu rotativ de compresor centrifugal din materiale compozite polimerice avansate ranforsate cu fibre de carbon, conform invenției, rezolvă problema tehnică menționată 23 și elimină dezavantajele enumerate anterior, prin aceea că este constituit dintr-un arbore de transmisie care transferă mișcarea de rotație a unui motor, printr-un arbore de antrenare, 25 către un rotor constituit dintr-un disc prevăzut cu niște pale și un butuc metalic dispus în centrul rotorul, pe toată adâncimea sa, unde profilul discului este compus din nouă straturi 27 de țesătură din fibre de carbon bidirecționale, tip diagonal fundamental, pre-impregnate cu rășină epoxidică, având o greutate specifică de 200 g/m², straturile sunt dispuse conform 29 așezării secvenționale, de asemenea profilurile palelor și ale canalelor de curgere sunt formate din șase straturi de țesătură din fibre de carbon bidirecționale, tip diagonal 31 fundamental, pre-impregnate cu rășină epoxidică, cele șase straturi sunt dispuse conform așezării secvenționale, iar butucul metalic al rotorului este constituit dintr-o bucșă metalică 33 cu profil K, similară cu cea a arborelui de antrenare.Rotary assembly of a centrifugal compressor made of advanced polymer composite materials reinforced with carbon fibers, according to the invention, solves the technical problem mentioned 23 and eliminates the disadvantages listed above, in that it consists of a transmission shaft that transfers the rotational movement of a motor, through a drive shaft, 25 to a rotor consisting of a disk provided with blades and a metal hub arranged in the center of the rotor, throughout its depth, where the disk profile is composed of nine layers 27 of bidirectional carbon fiber fabric, fundamentally diagonal type, pre-impregnated with epoxy resin, having a specific weight of 200 g/m ² , the layers are arranged according to 29 sequential arrangement, also the profiles of the blades and flow channels are formed of six layers of bidirectional carbon fiber fabric, fundamentally diagonal type 31, pre-impregnated with epoxy resin, the six layers are arranged according to the arrangement sequential, and the metal hub of the rotor consists of a metal bushing 33 with a K profile, similar to that of the drive shaft.

Ansamblu rotativ de compresor centrifugal din materiale compozite polimerice 35 avansate ranforsate cu fibre de carbon, conform invenției, este proiectat pornind de la o referință metalică existentă, realizată din aliaj fier-carbon. Referința metalică este carac- 37 terizată de șaptesprezece pale cu grosimea de 3 mm. în etapa de proiectare a invenției s-au avut în vedere cerințele și restricțiile metodei de polimerizare utilizată (polimerizarea în 39 autoclavă asistată de temperatură, presiune și vid), de performanțele gazodinamice impuse, dar și de asigurarea unui grad ridicat de repetabilitate a procesul tehnologic utilizat. 41Rotary centrifugal compressor assembly made of advanced polymer composite materials reinforced with carbon fibers, according to the invention, is designed starting from an existing metallic reference, made of iron-carbon alloy. The metallic reference is characterized by seventeen blades with a thickness of 3 mm. in the design stage of the invention, the requirements and restrictions of the polymerization method used (polymerization in an autoclave assisted by temperature, pressure and vacuum), the gas-dynamic performances imposed, but also ensuring a high degree of repeatability of the technological process used were taken into account. 41

Invenția poate fi integrată în componența secțiunii reci a unui motor turboreactor, mai exact în partea ce asigură comprimarea oxidantului și asigurarea unui debit și presiuni 43 specifice, funcționând în intervalul de temperatură [-60°C...120°C].The invention can be integrated into the composition of the cold section of a turbojet engine, more precisely in the part that ensures the compression of the oxidizer and the provision of a specific flow rate and pressures, operating in the temperature range [-60°C...120°C].

Ansamblu rotativ de compresor centrifugal din materiale compozite polimerice 45 avansate ranforsate cu fibre de carbon, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:The rotary centrifugal compressor assembly made of advanced carbon fiber reinforced polymer composite materials 45, according to the invention, has the following advantages:

- înlăturarea dezavantajelor prelucrărilor mecanice asupra rotorului realizat din 47 materiale compozite;- eliminating the disadvantages of mechanical processing on the rotor made of 47 composite materials;

RO 133845 Β1RO 133845 B1

- înlăturarea dezavantajelor fabricării individuale a discului și a palelor rotorului;- eliminating the disadvantages of individual manufacturing of the rotor disc and blades;

- reducerea costurilor de fabricație;- reduction of manufacturing costs;

- asigură o reducere a masei ansamblului rotativ al unui compresor centrifugal, ceea ce duce implicit la o reducere semnificativă a necesarului de energie, consum de combustibil mai scăzut și a reducerii emisiilor poluante;- ensures a reduction in the mass of the rotating assembly of a centrifugal compressor, which implicitly leads to a significant reduction in energy requirements, lower fuel consumption and reduced pollutant emissions;

- prezintă un randament ridicat.- has a high yield.

Se prezintă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1...6, care reprezintă:An embodiment of the invention is presented below, in connection with Fig. 1...6, which represents:

- fig. 1, secțiune transversală printr-un compresor centrifugal;- Fig. 1, cross-section through a centrifugal compressor;

- fig. 2, rotorul compresor centrifugal în: a) vedere izometrică; b) vedere sus - parte activă; c) vedere spate - parte inactivă; d) vedere din lateral; e) vedere din secțiune; f) detaliu - vedere din secțiune inel metalic pentru echilibrare;- fig. 2, centrifugal compressor rotor in: a) isometric view; b) top view - active part; c) rear view - inactive part; d) side view; e) sectional view; f) detail - sectional view of metal ring for balancing;

- fig. 3, pală rotor din material compozit polimeric ranforsat cu fibre de carbon în: a) vedere izometrică; b) vedere din față; c) vedere de sus;- fig. 3, rotor blade made of carbon fiber reinforced polymer composite material in: a) isometric view; b) front view; c) top view;

- fig. 4, arborele de angrenare și bucșă metalică cu profil K;- fig. 4, gear shaft and metal bushing with K profile;

- fig. 5, secțiune prin rotor cu exemplificarea încastrării bucșei metalice cu profil Kîn materialul compozit;- Fig. 5, section through the rotor with an example of embedding the metal bushing with K profile into the composite material;

- fig. 6, rotorul de compresor în: a) vedere în secțiune în rotorul de compresor centrifugal realizat din materiale compozite polimerice ranforsate cu fibre de carbon; b) vedere în perspectivă al unui sector de rotor evidențiind orientările straturilor de țesătură pre-impregnate pentru pală, respectiv canalul de curgere la 0° și orientările straturilor pre-impregnate pentru disc la 0°, 45°, 90°.- fig. 6, the compressor rotor in: a) sectional view of the centrifugal compressor rotor made of carbon fiber reinforced polymer composite materials; b) perspective view of a rotor sector highlighting the orientations of the pre-impregnated fabric layers for the blade, respectively the flow channel at 0° and the orientations of the pre-impregnated layers for the disk at 0°, 45°, 90°.

Ansamblul rotativ de compresor centrifugal I din materiale compozite polimerice avansate ranforsate cu fibre de carbon, conform invenției și așa cum se poate observa și din cadrul fig. 1, este alcătuit dintr-un arbore 1 de transmisie care transferă mișcarea de rotație a motorului către un rotor 2 realizat din materiale compozite polimerice armate cu fibre de carbon printr-un arbore 4 de antrenare și printr-un butuc 5 metalic ce constă dintr-o bucșă metalică cu profil K. Partea inferioară a rotorului 2 este prevăzută cu un inel 6 metalic încastrat în structura unui disc 7 pe parcursul procesului de fabricație cu rol în echilibrarea rotorului.The rotating centrifugal compressor assembly I made of advanced polymer composite materials reinforced with carbon fibers, according to the invention and as can be seen from Fig. 1, is made up of a transmission shaft 1 that transfers the rotational movement of the engine to a rotor 2 made of polymer composite materials reinforced with carbon fibers through a drive shaft 4 and through a metal hub 5 consisting of a metal bushing with a K profile. The lower part of the rotor 2 is provided with a metal ring 6 embedded in the structure of a disk 7 during the manufacturing process with a role in balancing the rotor.

Rotorul are în componență un număr de șapte pale 3 (număr mai redus în comparație cu cele șaptesprezece pale în cazul referinței metalice) dispuse echidistant și fabricate integral din materiale compozite polimerice avansate ranforsate cu fibre de carbon, așa cum rezultă din cadrul fig. 3. Palele 3 sunt goale la interior (pasaj de 3 mm) și prezintă câte un canal 8 de curgere cu o grosime exterioară de 6 mm, mult mai mare în comparație cu grosimea referinței metalice. Discul 7 a fost proiectat astfel încât să fie parte comună cu palele 3 și de aceea, fiecare pală 3 este fabricată individual împreună cu o secțiune a discului 7 rotorului 2 - formând astfel un sector de rotor. Cele șapte sectoare rezultate sunt unite ulterior utilizând aceleași tip de straturi de țesătură pre-impregnată.The rotor is composed of seven blades 3 (a smaller number compared to the seventeen blades in the case of the metallic reference) arranged equidistantly and manufactured entirely from advanced polymer composite materials reinforced with carbon fibers, as shown in Fig. 3. The blades 3 are hollow on the inside (3 mm passage) and each have a flow channel 8 with an external thickness of 6 mm, much larger compared to the thickness of the metallic reference. The disc 7 was designed so as to be a common part with the blades 3 and therefore, each blade 3 is manufactured individually together with a section of the disc 7 of the rotor 2 - thus forming a rotor sector. The seven resulting sectors are subsequently joined using the same type of pre-impregnated fabric layers.

Componentele metalice ale rotorului 2 au un rol bine stabilit, butucul 5 arborelui constituit din bucșa cu profil K (fig. 4 și fig. 5) rezolvă problema toleranțelor reduse la nivele mari de deformații, precum și a încărcărilor mecanice datorate transmiterii cuplului dintre arborele 1 de transmisie și rotorul 2, în timp ce inelul 6 metalic are dublu rol, respectiv cel de element de rigidizare și de echilibrare a rotorului.The metal components of the rotor 2 have a well-established role, the shaft hub 5 consisting of the K-profile bushing (fig. 4 and fig. 5) solves the problem of reduced tolerances at high levels of deformation, as well as mechanical loads due to the transmission of torque between the transmission shaft 1 and the rotor 2, while the metal ring 6 has a dual role, namely that of a stiffening and balancing element of the rotor.

RO 133845 Β1RO 133845 B1

Profilul discului 7 așa cum se poate observa din cadrul fig.6 este compus din nouă 1 straturi 9, 10, 11 de țesătură din fibre de carbon bidirecționale, tip diagonal fundamental, pre-impregnate cu rășină epoxidică, având o greutate specifică de 200 g/m² (42% matrice 3 epoxidică), straturile 9,10,11 dispuse conform așezării secvenționale [0°, 45°, 90°]₃. Aceste nouă straturi 9, 10, 11 sunt așezate axial în raport cu arborele 1 de angrenare și se extind 5 radial și circumferențial.The profile of the disc 7 as can be seen from Fig. 6 is composed of nine 1 layers 9, 10, 11 of bidirectional carbon fiber fabric, fundamentally diagonal type, pre-impregnated with epoxy resin, having a specific weight of 200 g/m ² (42% epoxy matrix 3 ), the layers 9,10,11 arranged according to the sequential arrangement [0°, 45°, 90°] ₃ . These nine layers 9, 10, 11 are arranged axially in relation to the gear shaft 1 and extend 5 radially and circumferentially.

Rezistența circumferențială a butucului 5 este asigurată de straturile pre-impregnate 7 care se extind circumferențial în timp ce rezistența radială este asigurată de straturile pre-impregnate care se extind radial. Transmiterea forțelor de forfecare între straturile 9 pre-impregnate radiale și circumferențiale este minimă.The circumferential strength of the hub 5 is provided by the circumferentially extending prepreg layers 7 while the radial strength is provided by the radially extending prepreg layers. The transmission of shear forces between the radial and circumferential prepreg layers 9 is minimal.

Atât profilul palei 3 cât și cel al canalului 8 de curgere este format din șase straturi 11 9 de țesătură din fibre de carbon bidirecționale, tip diagonal fundamental, pre-impregnate cu rășină epoxidică dispuse conform așezării secvenționale [0°]₆. Cele șapte pale 3 sunt 13 introduse într-un calapod de aluminiu și aliniate folosind matrițele utilizate în fabricarea palelor 3. între palele 3 sunt așezate opt straturi 9 de țesătură din fibră de carbon pre-impregnată, 15 bidirecțională, orientate la 0° pentru a face legătura între ele. Pentru ranforsarea rotorului 2 au fost așezate alte opt straturi 10, 11 de țesătură din fibre de carbon bidirecționale 17 pre-impregnate conform așezării secvenționale [0790°]₄. De asemenea, pe spatele rotorului 2 este integrată bucșa metalică în zona interfeței cu arborele 1 de antrenare, ce rezolvă 19 problema toleranțelor scăzute la nivele mari de deformații, precum și a încărcărilor mecanice datorate transmiterii cuplului dintre arborele 1 și rotorul 2, iar inelul 6 metalic de pe spatele 21 rotorului 2 rezolvând procesul de echilibrare.Both the blade 3 profile and the flow channel 8 profile consist of six layers 11 9 of bidirectional carbon fiber fabric, fundamentally diagonal type, pre-impregnated with epoxy resin arranged according to the sequential arrangement [0°] ₆ . The seven blades 3 are 13 inserted into an aluminum mold and aligned using the molds used in the manufacture of the blades 3. Between the blades 3 are placed eight layers 9 of pre-impregnated, bidirectional carbon fiber fabric, 15 oriented at 0° to connect them together. For the reinforcement of the rotor 2, another eight layers 10, 11 of bidirectional carbon fiber fabric 17 pre-impregnated according to the sequential arrangement [0790°] ₄ . Also, on the back of the rotor 2, the metal bushing is integrated in the interface area with the drive shaft 1, which solves the problem of low tolerances at high levels of deformation, as well as mechanical loads due to the transmission of torque between the shaft 1 and the rotor 2, and the metal ring 6 on the back 21 of the rotor 2 solves the balancing process.

Parametrii tehnologici de proces (nivelul de vid, presiune și temperatură) sunt date 23 specifice corelate cu materialele pre-impregnate utilizate pentru fabricarea rotorului.The technological process parameters (vacuum level, pressure and temperature) are specific data 23 correlated with the pre-impregnated materials used for the manufacture of the rotor.

Temperatura de proces și etapele de post-polimerizare sunt definite în vederea obținerii unei 25 temperaturi sau a unui interval de temperaturi de utilizare a materialului compozit ranforsat impuse de regimul de funcționare a rotorului dezvoltat, calculate în funcție de temperatura 27 de tranziție vitroasă a matricei polimerice utilizate.The process temperature and post-polymerization steps are defined in order to obtain a temperature or a temperature range for use of the reinforced composite material imposed by the operating regime of the developed rotor, calculated according to the glass transition temperature of the polymer matrix used.

Avantajul și originalitatea prezentei invenții constă în realizarea unui ansamblu rotoric 29 ce poate fi integrat în componența secțiunii reci a unui motor turboreactor prin redefinirea soluției constructive geometrice, definirea unei arhitecturi structurale având la bază materiale 31 compozite polimerice ranforsate cu fibre de carbon, protocolul tehnologic de fabricare a rotorului și tehnologia de fabricație (polimerizarea în autoclavă asistată de temperatură, 33 presiune și vid) care permite obținerea unor performanțe termo-mecanice ridicate și o masă semnificativ mai redusă în comparație cu modelul metalic de referință. 35The advantage and originality of the present invention consists in the creation of a rotor assembly 29 that can be integrated into the composition of the cold section of a turbojet engine by redefining the geometric constructive solution, defining a structural architecture based on polymer composite materials 31 reinforced with carbon fibers, the technological protocol for manufacturing the rotor and the manufacturing technology (autoclave polymerization assisted by temperature, 33 pressure and vacuum) which allows obtaining high thermo-mechanical performances and a significantly reduced mass compared to the reference metallic model. 35

Claims

RO 133845 B1

demand

1. Rotating centrifugal compressor assembly made of advanced polymer composite materials reinforced with carbon fibers consisting of a transmission shaft (1) that transfers the rotational movement of a motor, through a drive shaft (4), to a rotor (2) consisting of a disk (7) provided with blades (3) and a metal hub (5) arranged in the center of the rotor, throughout its depth, characterized in that the profile of the disk (7) is composed of nine layers (9, 10, 11) of bidirectional carbon fiber fabric, fundamentally diagonal type, pre-impregnated with epoxy resin, having a specific weight of 200 g/m ² , the layers (9,10,11) are arranged according to the sequential arrangement [0°, 45°, 90°] ₃ , also the profiles of the blades (3) and of the flow channels (8) are formed of six layers of carbon fiber fabric bidirectional, fundamentally diagonal type, pre-impregnated with epoxy resin, the six layers (9) are arranged according to the sequential arrangement [0°] ₆ , and the metal hub (5) of the rotor consists of a metal bushing with a K profile, similar to that of the drive shaft (4).

2. Rotating centrifugal compressor assembly according to claim 1, characterized in that the rotor (2) comprises seven blades (3) arranged equidistantly.

3. Rotary centrifugal compressor assembly, according to claim 1, characterized in that each flow channel (8) has an external thickness of 6 mm, of which the thickness of the walls of the blade (3), intrados and extrados, is 4 mm, the interior of the channel (8) is hollow and has a minimum value of 2.5 mm.

4. Rotating centrifugal compressor assembly, according to claim 1, characterized in that a metal ring (6) is integrated into the carbon fiber reinforced polymer composite material of the disk (7), which ensures dynamic balancing of the rotor.