RU2350757C1 - Turbomachine composite material blade - Google Patents
Turbomachine composite material blade Download PDFInfo
- Publication number
- RU2350757C1 RU2350757C1 RU2007134993/06A RU2007134993A RU2350757C1 RU 2350757 C1 RU2350757 C1 RU 2350757C1 RU 2007134993/06 A RU2007134993/06 A RU 2007134993/06A RU 2007134993 A RU2007134993 A RU 2007134993A RU 2350757 C1 RU2350757 C1 RU 2350757C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- composite material
- composite
- profile
- metal plates
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к газотурбинным установкам, а именно к конструкциям неметаллических лопаток осевых компрессоров и вентиляторов.The invention relates to gas turbine units, and in particular to the construction of non-metal blades of axial compressors and fans.
При эксплуатации газотурбинных установок, особенно турбореактивных двигателей, не исключена возможность повреждения отдельных лопаток компрессора, а тем более крупногабаритных лопаток вентилятора посторонними предметами, в том числе птицами, попадающими на вход в двигатель.When operating gas turbine units, especially turbojet engines, the possibility of damage to individual compressor blades, and especially large fan blades, cannot be ruled out by foreign objects, including birds, entering the engine inlet.
При работе в таких условиях серьезными факторами, определяющими эксплуатационные характеристики, в том числе ресурс современных турбомашин, особенно роторов вентиляторов с широкохордными лопатками, являются жесткость, прочность и масса лопаток.When working in such conditions, the stiffness, strength and weight of the blades are serious factors that determine operational characteristics, including the resource of modern turbomachines, especially fan rotors with wide-chordate blades.
Размеры вентиляторов современных турбомашин не позволяют использовать в конструкции рабочих лопаток традиционные металлические сплавы из-за их относительно высокого удельного веса. Комплексное решение проблемы обеспечения требуемых параметров жесткости, прочности и массы рабочих лопаток таких вентиляторов для нормальных рабочих условий работы достигается применением композиционных материалов (см. материалы из журнала Aviation Week, 1999, 31/V, v.150, N22, p.40-41).The dimensions of the fans of modern turbomachines do not allow the use of traditional metal alloys in the design of rotor blades due to their relatively high specific gravity. A comprehensive solution to the problem of providing the required parameters of stiffness, strength and mass of the blades of such fans for normal operating conditions is achieved by the use of composite materials (see materials from the journal Aviation Week, 1999, 31 / V, v.150, N22, p.40-41 )
Использование композиционных материалов для создания лопаток турбомашин позволяет решить проблему создания высоконапорных и высокооборотных вентиляторов для перспективных турбомашин. Однако значительными недостатками композиционных материалов является их низкая сдвиговая прочность и эрозионная стойкость, обусловленные низкими механическими характеристиками связующего материала, входящего в его состав. Низкая сдвиговая прочность, в свою очередь, обуславливает низкую ударную прочность входных и выходных кромок лопаток из этого материала, что при возможности попадания на вход в турбомашины посторонних предметов и птиц является весьма существенным фактором, влияющим на их целостность и работоспособность.The use of composite materials to create turbomachine blades allows solving the problem of creating high-pressure and high-speed fans for promising turbomachines. However, significant disadvantages of composite materials are their low shear strength and erosion resistance, due to the low mechanical characteristics of the binder material included in its composition. Low shear strength, in turn, leads to a low impact strength of the inlet and outlet edges of the blades of this material, which, if it is possible for foreign objects and birds to enter the turbomachines, is a very significant factor affecting their integrity and performance.
При изготовлении лопаток из слоистых композиционных материалов стремятся использовать материалы с повышенной толщиной монослоя. Это позволяет снизить стоимость изготовления лопаток. С другой стороны, при аэродинамическом проектировании постоянно стремятся уменьшить толщину и радиусы закругления кромок пера лопатки. Варианты ТРДД GE90, оснащенные вентиляторами со стреловидными лопатками, имеют сниженный на 1% расход топлива и обеспечивают возможность увеличения расхода воздуха, что ведет к повышению тяги двигателя примерно на 4,45 кН, (см. материалы из журнала Aviation Week, 1999, 31/V, v.150, N22, p.40-41).In the manufacture of blades from layered composite materials tend to use materials with an increased thickness of the monolayer. This reduces the cost of manufacturing the blades. In aerodynamic design, on the other hand, they constantly strive to reduce the thickness and radius of curvature of the edges of the blade feathers. GE90 turbojet variants equipped with swept fan blades have a 1% reduced fuel consumption and the possibility of increasing air consumption, which leads to an increase in engine thrust by about 4.45 kN (see materials from Aviation Week, 1999, 31 / V, v. 150, N22, p. 40-41).
Тенденция уменьшения толщины кромок приводит к тому, что в кромке и примыкающей к ней зоне пера лопатки удается разместить небольшое число слоев композиционного материала. При этом стойкость кромки от удара посторонними предметами сильно снижается.The tendency to reduce the thickness of the edges leads to the fact that a small number of layers of composite material can be placed in the edge and adjacent to the area of the blade pen. In this case, the edge resistance from impact by foreign objects is greatly reduced.
Для повышения стойкости кромок пера лопаток турбомашин от удара посторонними предметами, особенно передних кромок, их окантовывают металлическими накладками V-образного сечения (см., например, патент Великобритании №1556181 от 13 июля 1976). Соединение металлической накладки с композиционным материалом осуществляют тем же полимерным материалом, который входит в состав композиционного материала, или специальной клеевой прослойкой. В патенте №1556181 используется также металлическая сетка, установленная под металлической накладкой по нейтральной от изгиба оси лопатки, которая с разветвлением окаймляет кромку композиционного материала. Прочность скрепления металлической накладки с пером лопатки определяется прочностью на сдвиг полимера или клея, уровень которой низок. Кроме того, слои композиционного материала в зоне металлических накладок не ориентированы так, чтобы повысить стойкость кромок удару посторонними предметами.To increase the durability of the edges of the feather blades of turbomachines from impact by foreign objects, especially the front edges, they are edged with metal overlays of a V-shaped cross-section (see, for example, UK patent No. 1556181 of July 13, 1976). The connection of the metal plate with the composite material is carried out with the same polymeric material, which is part of the composite material, or with a special adhesive layer. The patent No. 1556181 also uses a metal mesh installed under the metal plate along the axis of the blade, which is neutral from bending, which borders the edge of the composite material with branching. The bond strength of a metal plate with a feather blade is determined by the shear strength of the polymer or adhesive, the level of which is low. In addition, the layers of the composite material in the area of the metal plates are not oriented so as to increase the resistance of the edges to impact by foreign objects.
В сильно закрученных лопатках прямой стреловидности вентиляторов ТРДД большой двухконтурности последнего поколения передняя кромка сильно искривлена. Металлическая накладка с большим удельным весом и кривизной в случае крепления ее к перу лопатки из композиционного материала полимером или клеевым соединением под действием центробежных сил может оторваться от последнего.In the highly swirling blades of the direct sweep of the turbofan fans of the large bypass of the latest generation, the leading edge is strongly curved. A metal plate with a large specific gravity and curvature, if it is attached to the feather of a blade made of a composite material by a polymer or an adhesive compound under the action of centrifugal forces, can come off from the latter.
Известна композиционная лопатка турбомашины (см. патент Германии №4411679 от 5 апреля 1994 г.), в которой металлические накладки на передней и задней кромках скреплены с композиционным материалом пера лопатки путем сшивки по всей высоте накладок. Здесь слои композиционного материала в зоне металлических накладок также не ориентированы для противодействия ударам по кромкам посторонними предметами. Использование конструкции с прикрепленными нитью металлическими кромками заметно повышает стоимость изготовления лопаток.A composite turbomachine blade is known (see German Patent No. 4411679 dated April 5, 1994), in which metal plates on the front and rear edges are bonded to the composite material of the blade pen by stitching over the entire height of the plates. Here, the layers of the composite material in the area of the metal plates are also not oriented to counter impacts on the edges of foreign objects. Using a design with metal edges attached to the thread significantly increases the cost of manufacturing the blades.
Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип, является «Композиционная лопатка турбомашины», патент РФ №2282726 от 24 января 2005 г. Прототип относится к конструкциям лопаток из композиционных материалов для турбомашин и позволяет повысить надежность их работы при длительной эксплуатации со знакопеременными нагрузками, а также одновременно уменьшить общую массу, что особенно существенно для вентиляторов с широкохордными лопатками.The closest analogue selected for the prototype is “Composite turbomachine blade”, RF patent No. 2282726 dated January 24, 2005. The prototype relates to the design of blades made of composite materials for turbomachines and improves the reliability of their operation during long-term operation with alternating loads, as well as at the same time reduce the total mass, which is especially important for fans with wide chord blades.
Композиционная лопатка турбомашины содержит профилированное перо и металлические накладки V-образного профиля с поперечными прорезями на окончаниях. Перо лопатки выполнено из чередующихся и ориентированных слоев композиционного материала, соединенных между собой связующим материалом. Металлические накладки расположены на входной и выходной кромках пера и имеют развитые ступенчатые окончания, заглубляемые и уходящие во внутренние слои композиционного материала пера лопатки. На заглубляемых окончаниях металлических накладок у каждой поперечной прорези выполнены отверстия с диаметром d, превышающим ширину h поперечных прорезей.The composite blade of the turbomachine contains a profiled feather and metal plates of a V-shaped profile with transverse slots at the ends. The blade feather is made of alternating and oriented layers of composite material interconnected by a binder. Metal plates are located on the input and output edges of the pen and have developed stepped endings that are buried and extend into the inner layers of the composite material of the blade pen. Holes with a diameter d exceeding the width h of the transverse slots are made on the deepened ends of the metal plates for each transverse slot.
Описанная конструкция (прототип) лопатки использует превосходные свойства композиционных материалов, а металлические накладки, надежно закрепленные на кромках пера, защищают композиционный материал от эрозии и в некоторой степени от ударов при воздействии на нее посторонних предметов, попадающих на вход в турбомашину с небольшим запасом кинетической энергии. Однако такая конструкция композиционной лопатки не обладает достаточной жесткостью и прочностью для противодействия локальным ударам от посторонних предметов, попадающих на вход в турбомашину с большим запасом кинетической энергии.The described design (prototype) of the blade uses the excellent properties of composite materials, and metal pads, securely fixed to the edges of the pen, protect the composite material from erosion and, to some extent, from impacts when exposed to foreign objects entering the turbomachine with a small amount of kinetic energy . However, this design of the composite blade does not have sufficient rigidity and strength to counter local impacts from foreign objects entering the turbomachine with a large supply of kinetic energy.
В основу изобретения положено решение следующих задач:The invention is based on the following tasks:
- повысить ударную прочность входной и выходной кромок лопатки в направлении удара посторонними предметами, т.е. уменьшить возникающие при ударах повреждения лопатки;- increase the impact strength of the inlet and outlet edges of the blade in the direction of impact by foreign objects, i.e. reduce damage to the shoulder blades due to shock;
- обеспечить равномерное распределение деформации от каждого ударного воздействия по кромкам пера, что уменьшает расслоение и разрушение несущей части композиционной лопатки;- to provide a uniform distribution of deformation from each impact on the edges of the pen, which reduces the delamination and destruction of the bearing part of the composite blades;
- обеспечить возможность создания композиционной лопатки с минимально необходимой толщиной кромок и соответствующим радиусом их наружного закругления;- to provide the ability to create a composite blade with the minimum required thickness of the edges and the corresponding radius of their outer rounding;
- обеспечить высокую ремонтопригодность композиционной лопатки после повреждения ее кромки посторонними предметами;- to provide high maintainability of the composite blades after damage to its edges by foreign objects;
- обеспечить относительно низкую стоимость изготовления и ремонта композиционных лопаток.- to provide a relatively low cost of manufacturing and repair of composite blades.
Необходимыми условиями выполнения поставленных задач являются:The necessary conditions for the implementation of the tasks are:
- повышение жесткости и прочности композиционного материала пера лопатки в направлениях предполагаемых ударов;- increasing the stiffness and strength of the composite material of the feather blades in the directions of the intended impacts;
- обеспечение «размазывания» локальной ударной нагрузки на большую площадь несущей части композиционного материала;- providing "smearing" of local shock load over a large area of the bearing part of the composite material;
- изменение характера деформирования передней кромки при ударе посторонними предметами;- a change in the nature of the deformation of the leading edge upon impact by foreign objects;
- использование металлической части кромки малой толщины.- the use of the metal part of the edge of a small thickness.
Изучение траекторий движения посторонних предметов на входе в вентилятор или компрессор турбомашины позволяет наметить пути для решения поставленных задач.Studying the trajectories of the movement of foreign objects at the entrance to the fan or compressor of the turbomachine allows you to identify ways to solve the problems.
Поставленные задачи решаются тем, что композиционная лопатка турбомашины содержит профилированное перо и металлические накладки. Перо выполнено из чередующихся и ориентированных слоев композиционного материала, соединенных между собой связующим материалом. Металлические накладки расположены на входной и выходной кромках пера и имеют развитые ступенчатые заглубляемые окончания, уходящие во внутренние слои композиционного материала пера лопатки, а на заглубляемых окончаниях металлических накладок у каждой поперечной прорези выполнены отверстия с диаметром (d), большим ширины (h) поперечных прорезей.The tasks are solved in that the composite blade of the turbomachine contains a profiled pen and metal plates. The pen is made of alternating and oriented layers of composite material, interconnected by a binder. Metal plates are located on the input and output edges of the pen and have developed stepped buried ends extending into the inner layers of the composite material of the blade pen, and holes for the transverse ends of the metal plates have holes with a diameter (d) greater than the width (h) of the transverse slots .
В соответствии с изобретением в части внутренней полости металлической накладки, примыкающей к месту перегиба ее профиля, однонаправлено армированные слои композиционного материала расположены поперечно перу лопатки. В любом поперечном сечении лопатки армирующие волокна в этих слоях направлены вдоль средней линии профиля пера лопатки. Это особенно существенно для сильно закрученных лопаток вентиляторов ТРДД большой степени двухконтурности. Такая конструкция кромки композиционной лопатки турбомашины позволяет:In accordance with the invention, in the part of the inner cavity of the metal plate adjacent to the place of inflection of its profile, the unidirectional reinforced layers of the composite material are located transverse to the blade blade. In any cross section of the blade, the reinforcing fibers in these layers are directed along the midline of the profile of the blade feather. This is especially important for heavily swirling fan blades of a large degree of bypass. This design of the edge of the composite blades of the turbomachine allows you to:
- повысить ее жесткость, что обеспечивает повышенное сопротивление внедрению посторонних предметов в кромку пера лопатки;- increase its rigidity, which provides increased resistance to the introduction of foreign objects into the edge of the pen blade;
- обеспечить более равномерную передачу ударного воздействия на перо лопатки, предотвращая расслоение и последующее разрушение несущей части композиционной лопатки;- to provide a more uniform transmission of impact on the feather of the blade, preventing stratification and subsequent destruction of the bearing part of the composite blade;
- повысить ее прочность, что обеспечивает повышенную стойкость лопатки удару посторонними предметами;- increase its strength, which provides increased resistance of the blade to impact by foreign objects;
- обеспечить создание композиционной лопатки с толщиной передних кромок, минимально допустимых по другим критериям, и с соответствующим радиусом их наружного закругления;- to ensure the creation of a composite blade with a thickness of the leading edges, the minimum acceptable by other criteria, and with the corresponding radius of their outer rounding;
- обеспечить относительно низкую стоимость ее изготовления.- to provide a relatively low cost of its manufacture.
Развитие и уточнение совокупности существенных признаков изобретения для частных случаев его выполнения даны далее.The development and refinement of the set of essential features of the invention for particular cases of its implementation are given below.
Применение однонаправлено армированного композиционного материала в части внутренней полости выходной металлической накладки, примыкающей к месту перегиба ее профиля с армирующими волокнами, направленными вдоль средней линии профиля пера лопатки, позволяет повысить прочность кромки, что обеспечивает ее повышенную стойкость удару посторонними предметами в секторе охвата задней кромки пера лопатки.The use of a unidirectional reinforced composite material in the part of the internal cavity of the output metal plate adjacent to the point of inflection of its profile with reinforcing fibers directed along the midline of the blade profile of the blade allows to increase the strength of the edge, which ensures its increased resistance to impact by foreign objects in the coverage area of the rear edge of the pen shoulder blades.
Выполнение входной и выходной металлических накладок с развитыми ступенчатыми окончаниями с поперечными прорезями, заглубляемыми в слои композиционного материала и у каждой поперечной прорези имеются отверстия с диаметром (d), превышающим ширину (h) поперечных прорезей, позволяет обеспечить их надежное соединение с пером лопатки и равномерное распределение ударного воздействия на перо лопатки, что уменьшает расслоение и задерживает разрушение несущей части композиционной лопатки.The implementation of the input and output metal plates with developed stepped ends with transverse slots embedded in the layers of the composite material and each transverse slot has holes with a diameter (d) greater than the width (h) of the transverse slots, allows for reliable connection with the feather blade and uniform the distribution of the impact on the feather of the blade, which reduces delamination and delays the destruction of the bearing part of the composite blade.
Применение однонаправлено армированного волокнами бора полимерного композиционного материала в полостях металлических накладок позволяет получить материал с модулем упругости около 200 ГПа в направлении армирования при удельном весе около 2.0 г/см3. Жесткость, сопоставимая с жесткостью сталей, при малой плотности позволяет получить облегченную жесткую и прочную кромку.The use of unidirectional boron fiber reinforced polymer composite material in the cavities of metal plates allows to obtain a material with an elastic modulus of about 200 GPa in the direction of reinforcement with a specific gravity of about 2.0 g / cm 3 . Stiffness comparable to that of steels at low density allows for a lightweight stiff and strong edge.
Применение однонаправлено армированного высокомодульными углеродными волокнами композиционного материала в полостях металлических накладок позволяет получить материал с модулем упругости около 180 ГПа и выше в направлении армирования при удельном весе около 1.6 г/см3. Жесткость, сопоставимая с жесткостью сталей, при малой плотности позволяет получить прочную кромку наименьшего веса.The use of unidirectional composite material reinforced with high-modulus carbon fibers in the cavities of metal plates makes it possible to obtain a material with an elastic modulus of about 180 GPa and higher in the direction of reinforcement with a specific gravity of about 1.6 g / cm 3 . Stiffness comparable to that of steels at low density allows a strong edge with the smallest weight.
Применение однонаправлено армированного керновыми волокнами карбида кремния полимерного композиционного материала в полостях металлических накладок позволяет получить материал с модулем упругости около 220 ГПа и выше в направлении армирования при удельном весе около 2.25 г/см3. Жесткость, превосходящая жесткость сталей, при малой плотности позволяет получить облегченную прочную кромку.The use of unidirectional core reinforced silicon carbide silicon polymer composite material in the cavities of metal plates allows you to get a material with an elastic modulus of about 220 GPa and higher in the direction of reinforcement with a specific gravity of about 2.25 g / cm 3 . Stiffness exceeding the stiffness of steels at low density allows to obtain a lightweight strong edge.
В отдельных технологических оснастках путем предварительного прессования и отверждения изготавливаются заготовки, имеющие форму кромок с треугольным поперечным сечением и состоящие из однонаправлено армированных волокнами монослоев. Заготовки из композиционного материала вкладывают в полости каждой подготовленной металлической накладки V-образного профиля. Такие составные заготовки устанавливаются в матрицу пресс-формы с частью заготовки лопатки.In individual technological accessories, pre-pressing and curing are used to produce preforms having the shape of edges with a triangular cross section and consisting of unidirectional fiber reinforced monolayers. Billets of composite material are inserted into the cavities of each prepared metal plate of the V-shaped profile. Such composite blanks are installed in the mold matrix with a portion of the blade blank.
Далее формируется оставшаяся часть лопатки. Матрица пресс-формы с пакетом выкроенных и уложенных в определенном порядке монослоев и с составными заготовками кромок закрывается пуансоном. По отработанному силовому, температурному и временному режиму в прессе или автоклаве формируется лопатка. После извлечения лопатки из пресс-формы у нее механически удаляют облой и подтеки смолы.Next, the remaining part of the scapula is formed. The mold matrix with a package of monolayers cut and laid in a certain order and with compound blanks of edges is closed with a punch. According to the worked out power, temperature and time conditions, a blade is formed in the press or autoclave. After removing the blades from the mold, it is mechanically removed from it and the resin smudges.
Формование композиционного материала перед установкой во внутренние полости металлических накладок в виде вкладышей треугольного профиля заданной длины, где материал выполнен слоистым поперечно перу лопатки, а его смежные слои армированы волокнами, направленными вдоль средней линии профиля пера лопатки, позволяет повысить ударную прочность входной и выходной кромок пера лопатки турбомашины из композиционного материала, окантованных металлическими накладками V-образного профиля.The molding of the composite material before installation into the internal cavities of the metal plates in the form of inserts of a triangular profile of a given length, where the material is layered transverse to the blade feather, and its adjacent layers are reinforced with fibers directed along the midline of the blade feather profile, allows to increase the impact strength of the input and output edges of the feather turbomachine blades made of composite material edged with metal overlays of a V-shaped profile.
Повреждения при ударе посторонними предметами в большей мере происходят в области передней кромки, не нарушая целостности лопатки. Это заметно облегчает проведение ремонтных работ. В зависимости от степени поврежденности выполняются три следующих типа ремонтных работ:Damage due to impact by foreign objects to a greater extent occurs in the area of the leading edge, without violating the integrity of the scapula. This greatly facilitates the repair work. Depending on the degree of damage, the following three types of repair work are performed:
- зачистка кромки (сверхлегкий ремонт);- edge trimming (ultralight repair);
- замена кромки (средний ремонт);- edge replacement (medium repair);
- замена кромки с частью заготовки лопатки до развитого ступенчатого окончания V-образной металлической окантовки.- replacing the edge with a part of the blade blank to the developed stepwise end of the V-shaped metal edging.
Таким образом решены поставленные в изобретении задачи:Thus, the objectives of the invention are solved:
- повышена ударная прочность входной и выходной кромок пера лопатки в направлениях ударов посторонними предметами, то есть уменьшены возникающие при ударах повреждения лопатки, что повышает ресурс ее работы;- increased impact strength of the inlet and outlet edges of the feather of the blade in the direction of impact by foreign objects, that is, damage to the blade that occurs during impacts is reduced, which increases the resource of its operation;
- обеспечено равномерное распределение деформаций от каждого ударного воздействия по кромкам пера лопатки, что также уменьшает случаи расслоения и разрушения несущей части композиционной лопатки, способствуя повышению ее ремонтопригодности;- a uniform distribution of deformations from each impact on the edges of the feather blade is ensured, which also reduces the cases of delamination and destruction of the bearing part of the composite blade, helping to increase its maintainability;
- обеспечено создание композиционной лопатки с минимально необходимой толщиной кромок и соответствующим радиусом их наружного закругления;- ensured the creation of a composite blade with the minimum required thickness of the edges and the corresponding radius of their outer rounding;
- обеспечена ремонтопригодность композиционной лопатки после ударных воздействий на нее посторонними предметами и невозможности дальнейшей эксплуатации;- maintainability of the composite blade after shock impacts on it with foreign objects and the impossibility of further operation;
- обеспечена относительно низкая стоимость изготовления и ремонта композиционных лопаток.- provided a relatively low cost of manufacture and repair of composite blades.
Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием конструкции и работы композиционной лопатки со ссылкой на фиг.1-5,The present invention is illustrated by the following detailed description of the structure and operation of the composite blade with reference to figures 1-5,
где на фиг.1 схематично изображена заявляемая композиционная лопатка;where in Fig.1 schematically depicts the inventive composite blade;
на фиг.2 показано сечение по А-А на фиг.1;figure 2 shows a section along aa in figure 1;
на фиг.3 представлен общий вид металлической накладки входной кромки пера;figure 3 presents a General view of the metal lining of the input edge of the pen;
на фиг.4 схематично изображен вкладыш из композиционного материала для металлической накладки передней кромки пера лопатки;figure 4 schematically shows a liner of composite material for a metal lining the leading edges of the feather blades;
на фиг.5 схематично изображен вкладыш из композиционного материала для металлической накладки задней кромки пера лопатки.figure 5 schematically shows a liner made of composite material for a metal lining the trailing edge of a feather blade.
Композиционная лопатка турбомашины, изображенная на фиг.1, содержит профилированное перо 1, выполненное из чередующихся и ориентированных монослоев композиционного материала, а также металлические накладки 2 и 3 V-образного профиля в поперечном сечении (см. сечение Б-Б фиг.3), расположенные соответственно на входной части 4 и выходной части 5 пера 1 (см. фиг.2).The composite blade of the turbomachine, shown in figure 1, contains a profiled
В части внутренней полости входной металлической накладки 2, примыкающей к месту перегиба ее V-образного профиля, композиционный материал выполнен слоистым 6 (см. фиг.4) поперечно перу 1 лопатки с армирующими волокнами 7 между смежными слоями 6. Армирующие волокна 7 в своей зоне направлены вдоль средней линии 8 профиля пера 1 лопатки (см. фиг.2).In the part of the inner cavity of the
В части внутренней полости выходной металлической накладки 3, примыкающей к месту перегиба ее V-образного профиля, композиционный материал также может быть выполнен слоистым 9 (см. фиг.5) поперечно перу 1 лопатки с армирующими волокнами 10 между смежными слоями 9. Здесь армирующие волокна 10 в своей зоне также направлены вдоль средней линии 8 профиля пера 1 лопатки.In the part of the inner cavity of the output metal plate 3 adjacent to the bend of its V-shaped profile, the composite material can also be layered 9 (see Fig. 5) transverse to the
Металлические накладки 2 и 3 (см. фиг.2) имеют развитые заглубляемые ступенчатые окончания 11, 12 и 13, 14, уходящие во внутренние слои композиционного материала пера 1 с поперечными прорезями 15 (см. фиг.3). У каждой поперечной прорези 15 выполнены отверстия 16 с диаметром (d), большим ширины (h) поперечных прорезей 15. При наличии ступеней на окончаниях 11, 12 и 13, 14 металлических накладок 2 и 3 увеличивается площадь их соединения с композиционным материалом пера 1, что значительно повышает прочность соединения на сдвиг и отрыв.
Композиционный материал, по крайней мере, в одной из полостей металлических накладок 2 и 3 может быть выполнен изComposite material in at least one of the cavities of the
- боропластика;- boroplasty;
- из углепластика на основе высокомодульных волокон;- from carbon fiber based on high modulus fibers;
- из полимера, армированного волокнами карбида кремния.- from a polymer reinforced with silicon carbide fibers.
Перед установкой в полости входной 2 и выходной 3 металлических накладок (см. фиг.2) для последующего формования лопатки композиционный материал предварительно сформован в виде вкладышей 17 (см. фиг.2, 4) и 18 (см. фиг.2, 5) треугольного профиля заданной длины.Before installing in the cavity of the
Для сборки лопатки вкладыши 17 и 18 закладываются во внутренние полости соответственно металлических накладок 2 и 3, которые размещают в матрице пресс-формы лопатки заданного профиля и размера. В матрицу пресс-формы также помещают предварительно подготовленный по форме пера лопатки композиционный материал, выполненный из чередующихся и ориентированных слоев пропитанный связующим материалом. Матрицу накрывают ответным пуансоном и подвергают силовому, температурному и временному воздействию с целью получения готовой лопатки. Полученная композиционная лопатка становится монолитной.To assemble the blades, the
При больших оборотах роторов вентилятора или компрессора и попадании на вход турбомашины посторонних предметов с большой кинетической энергией они, в первую очередь, контактируют с металлическими накладками передних кромок лопаток. Металлические накладки, опирающиеся на слоистый поперечно перу лопатки композиционный материал с армирующими волокнами между смежными слоями, направленными вдоль средней линии профиля пера лопатки, имеют повышенную жесткость и прочность в направлении удара. Это обеспечивает высокое сопротивление внедрению посторонних предметов в кромку и более равномерную передачу ударного воздействия на основное тело лопатки.At high revolutions of the fan or compressor rotors and foreign objects with high kinetic energy entering the turbomachine’s inlet, they primarily come in contact with the metal plates of the leading edges of the blades. Metal plates based on a layered transverse to the blade feather composite material with reinforcing fibers between adjacent layers directed along the midline of the profile of the feather blade have increased rigidity and strength in the direction of impact. This provides high resistance to the introduction of foreign objects into the edge and a more uniform transmission of impact on the main body of the scapula.
Заявляемая конструкция позволяет повысить работоспособность и прочность композиционной лопатки, увеличить ресурс и надежность работы турбомашины даже в случаях попадания на вход в турбомашину посторонних предметов с большой кинетической энергией.The claimed design allows to increase the efficiency and strength of the composite blades, to increase the resource and reliability of the turbomachine even in the event of foreign objects entering the turbomachine with high kinetic energy.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007134993/06A RU2350757C1 (en) | 2007-09-21 | 2007-09-21 | Turbomachine composite material blade |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007134993/06A RU2350757C1 (en) | 2007-09-21 | 2007-09-21 | Turbomachine composite material blade |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2350757C1 true RU2350757C1 (en) | 2009-03-27 |
Family
ID=40542887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007134993/06A RU2350757C1 (en) | 2007-09-21 | 2007-09-21 | Turbomachine composite material blade |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2350757C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2503519C1 (en) * | 2012-07-17 | 2014-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method of making blower composite blade leading edge strap |
| RU2585147C2 (en) * | 2011-01-24 | 2016-05-27 | Снекма | Method of making metallic reinforcement element |
| RU2631218C2 (en) * | 2012-06-01 | 2017-09-19 | Снекма | Turbomachine blade reinforcement metal element manufacturing method |
| RU2699649C2 (en) * | 2015-04-29 | 2019-09-06 | Сафран Эркрафт Энджинз | Blade equipped with shelves, having stiffness element |
| RU2730201C2 (en) * | 2015-09-28 | 2020-08-19 | Сафран Эркрафт Энджинз | Blade, vane manufacturing method and turbojet engine containing such blade |
| WO2020212959A1 (en) * | 2019-04-18 | 2020-10-22 | 美国投资公司 | Orthogonal structural component in multi-core fiber composite material, manufacturing technique, and thin film material |
| RU2799569C2 (en) * | 2019-04-26 | 2023-07-06 | Сафран Эркрафт Энджинз | Method for repairing blades from composite material |
-
2007
- 2007-09-21 RU RU2007134993/06A patent/RU2350757C1/en active
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2585147C2 (en) * | 2011-01-24 | 2016-05-27 | Снекма | Method of making metallic reinforcement element |
| RU2631218C2 (en) * | 2012-06-01 | 2017-09-19 | Снекма | Turbomachine blade reinforcement metal element manufacturing method |
| RU2503519C1 (en) * | 2012-07-17 | 2014-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method of making blower composite blade leading edge strap |
| RU2699649C2 (en) * | 2015-04-29 | 2019-09-06 | Сафран Эркрафт Энджинз | Blade equipped with shelves, having stiffness element |
| RU2730201C2 (en) * | 2015-09-28 | 2020-08-19 | Сафран Эркрафт Энджинз | Blade, vane manufacturing method and turbojet engine containing such blade |
| WO2020212959A1 (en) * | 2019-04-18 | 2020-10-22 | 美国投资公司 | Orthogonal structural component in multi-core fiber composite material, manufacturing technique, and thin film material |
| RU2799569C2 (en) * | 2019-04-26 | 2023-07-06 | Сафран Эркрафт Энджинз | Method for repairing blades from composite material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8075274B2 (en) | Reinforced composite fan blade | |
| RU2350757C1 (en) | Turbomachine composite material blade | |
| EP0764764B1 (en) | Partially-metallic fan-blade for a gas turbine | |
| RU2620482C1 (en) | Composite shoulder | |
| US7008689B2 (en) | Pin reinforced, crack resistant fiber reinforced composite article | |
| US3762835A (en) | Foreign object damage protection for compressor blades and other structures and related methods | |
| US9556742B2 (en) | Composite airfoil and turbine engine | |
| US7837446B2 (en) | Composite blade | |
| EP2905424B1 (en) | Gas turbine component with leading edge protector | |
| US8061966B2 (en) | Composite containment casings | |
| US20110052405A1 (en) | Composite airfoil with locally reinforced tip region | |
| EP2570597A2 (en) | Method of manufacturing a composite filled metal airfoil and corresponding fan blade | |
| EP3023588B1 (en) | Composite component | |
| US10280758B2 (en) | Composite compressor blade for an axial-flow turbomachine | |
| CN108457900B (en) | Fan with cooling device | |
| EP2463482A2 (en) | Annulus filler for a rotor disc of a gas turbine engine | |
| US9309772B2 (en) | Hybrid turbine blade including multiple insert sections | |
| US20130224035A1 (en) | Composite airfoil with local tailoring of material properties | |
| EP2071137A2 (en) | Method for repairing composite containment casings | |
| EP2781694A2 (en) | A composite vane | |
| CN110094237B (en) | Reinforced composite blade and method of making a blade | |
| WO2014149098A2 (en) | Hollow fan blade with extended wing sheath | |
| RU2282726C1 (en) | Turbomachine composition blade | |
| CN103291370A (en) | Interlaminar stress reducing configuration for composite turbine components | |
| US20240093611A1 (en) | Hybridization of the fibers of the fibrous reinforcement of a fan blade |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20100119 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210716 |