技术领域
[0001] 本
发明涉及一种在利用
流体的
能量的各种领域(航空、能量等)中使用的复合轮叶。更具体地，本发明涉及一种在
涡轮机中使用的复合轮叶。
[0002] 本发明还涉及包括这些复合轮叶的
涡轮机的一固定层(étage fixe)或一
转子层。
[0003] 本发明也涉及一种制造复合材料制成的轮叶的方法。
背景技术
[0004] 同轴
压缩机本身是为人熟知的并且特别是被使用在涡轮机中。
[0005] 这些低压或
高压压缩机包括多个转动的轮叶层，也被称为活动轮叶，轮叶层通过
整流器层(étages redresseurs)相隔开，整流器层的目的在于将从上一层级中出离的流体向下一层级运送前重新调整其速度向量。
[0006] 这些整流器层基本上由固定轮叶组成，也被称为整流器轮叶，将一外套圈与一内套圈相连接，两套圈是同心的并且界定空气流或
气动射流(veine aérodynamique)的区域。
[0007] 现今，涡轮机的整流器轮叶以金属材料制成，如以
钛合金(TA6V)、
钢或
铝制成。
[0008] 存在复合材料制成的形状简单的轮叶，如出口导流轮叶(OGV，用于Outlet Guide Vane)，位于涡轮喷气
发动机的第二射流中和通过预浸渍
纤维织物的手动沉积方法或通过从编织或织物的干预型件的RTM(用于Resin Transfer Moulding)方法实施。
[0009] 从
专利US 2,859,936也已知一种制造直形轮叶的方法，其中轮叶在其足部包括一金属嵌入工具，用于
定位预浸渍的
树脂纤维；并且树脂和短纤维的混合物继而被添加进模子中和
覆盖并围绕预浸渍的纤维。
[0010] 从专利
申请US 2010/0080710A1中还已知一种制造OGV
叶片的方法，其中
焊接两金属板来形成轮叶的表层和一空间，塑料材料被注入该空间内。在轮叶的不同组件之间的黏合通过在表层和中心之间的
单体机械连结进行保证。
[0011] 还从继前述专利申请之后的专利申请US 2010/0129651A1已知一种制造送
风器的或
定子的轮叶叶片的方法，其中一聚
氨酯层插入金属表层和中心的复合材料之间，以便保证在中心和表层之间的更好连结，并从而降低起鳞的风险，以及还以便吸收在中心的复合材料和金属表层之间的膨胀差。
[0012] 还从专利申请US 2010/0150707已知一种制造复合材料，如OGV制成的轮叶叶片的方法，其中叶片包括由不同的复合材料层形成的一凹空
外壳和此外包括布置在外壳中和保证外壳壁体的间隔的一波纹形型心(noyau de forme ondulée)。平台(plateforme)通过焊接或胶接接合在叶片的端部。
[0013] 每种
现有技术的复合叶片的制造方法具有一个或多个以下的弊端：
[0014] -这些方法不允许实施复杂的形状；
[0015] -这些方法允许实施厚度相对较大(15-20mm)的轮叶，如OGV轮叶，但不允许实施厚度较小(小于10mm)的压缩机轮叶；
[0016] -轮叶的该或多个平台不与轮叶的叶片集成并因此需要在之后进行接合；
[0017] -在轮叶的组成部分之间的黏合通过机械连结进行保证。
发明内容
[0018] 本发明旨在提供一种能够消除现有技术的弊端的技术方案。
[0019] 本发明从而旨在实施复杂形状的轮叶，和这限制之后的机加工或精整操作。
[0020] 本发明此外旨在以较大范围的可能厚度来实施轮叶。
[0021] 本发明还旨在用成一体件的一叶片和一平台来实施轮叶。
[0022] 本发明此外旨在实施这样的轮叶，其中在不同组成部分之间的黏合借助于化学连结进行保证。
[0023] 本发明的主要特征元件
[0024] 本发明涉及一种复合材料制成的涡轮机轮叶，所述涡轮机轮叶括一叶片，其特征在于，所述轮叶包括被长纤维加强的第一树脂和被短纤维加强的第二树脂，所述第一树脂和所述第二树脂在化学上是相兼容的或相同的，所述长纤维用于硬化轮叶，而所述短纤维分布在所述第二树脂中，用于填充轮叶没有被长纤维加强的部分和赋予轮叶基本上最终的形状。
[0025] 根据本发明的具体实施方式，轮叶包括以下特征的至少一个或以下特征的至少一适当的组合：
[0026] -轮叶在叶片的一端部包括将所述轮叶固定在一外部元件上的一固定部件而所述固定部件集成在轮叶的叶片上；
[0027] -长纤维被布置在轮叶的外表层或在外表层和轮叶的中心之间的中间
位置；
[0028] -长纤维被布置以使得同样的长纤维可以被同时布置在轮叶的外表层和同时布置在外表层和轮叶的中心之间的中间位置；
[0029] -长纤维在叶片和固定部件之间是连续的；
[0030] -固定部件是一平台或一燕尾球形体(bulbe en queue d’aronde)；
[0031] -叶片和平台形成一L或一T；
[0032] -短纤维和长纤维在由玻璃纤维和
碳纤维组成的组中进行选择；
[0033] -长纤维是单向的或编织的而短纤维的长度小于数个毫米；
[0034] -第一树脂和第二树脂是热塑性树脂；
[0035] -第一树脂和第二树脂是热固性树脂；
[0037] -第一树脂和/或第二树脂包括保证轮叶的防腐蚀保护(protection contre l’érosion)的填料。
[0038] 本发明还涉及一种用于制造复合材料制成的涡轮机轮叶的方法，所述涡轮机轮叶包括一叶片和固定到一外部元件的一固定部件，所述固定部件与所述叶片形成单体构件，所述轮叶包括布置在轮叶的表层的至少一部分上的长纤维和此外包括填充轮叶没有被长纤维填充的部分的短纤维，所述方法相继地包括至少以下步骤：
[0039] a)制造预加固板，预加固板包括预浸渍有第一热塑性树脂的长纤维；
[0040] b)按照所要求的尺寸切割预加固板；
[0041] c)成形预加固板；
[0042] d)利用填充有短纤维的第二热塑性树脂，对叶片的中心和固定部件的中心进行注模，第二树脂与第一树脂是相同的或在化学上与第一树脂相兼容，所述预成形板承担在注入模中的复合嵌入工具的作用。
[0043] 本发明也涉及包括如上文所述的复合轮叶的涡轮机的一整流器层或一定子层。
附图说明
[0044] 图1示出根据本发明的轮叶的叶片的示意性横向剖视图。
[0045] 图2示出集成有根据本发明的一平台的轮叶的叶片的示意性纵向剖视图。
[0046] 图3示出根据本发明的轮叶的示意性正视图。
[0047] 图例
[0048] (1)轮叶
[0049] (2)叶片
[0050] (3)轮叶的平台或球形体，更通常地，用于将轮叶固定在一外部元件上的固定部件[0051] (4)长纤维
[0052] (5)短纤维
具体实施方式
[0053] 根据本发明的轮叶可以被使用在需要轮叶——无论是活动的还是静止的——的各种领域中。在航空领域中，轮叶可以例如作为压缩机轮叶和作为出口导流轮叶(OGV)被使用。
[0054] 根据本发明，轮叶以复合材料制成并且包括连续纤维制成的加强体，连续纤维也被称为长纤维，和短纤维制成的加强体。一有机基体与每个加强体相连，以使得所有基体是相同的或在化学上相兼容的，以保证在不同组件之间的化学连结。有机基体可以是热塑性树脂或热固性树脂。
[0055] 连续纤维制成的加强体用于保证轮叶的结构刚性，而与其树脂相连的短纤维制成的加强体被使用于实施容积的填充和赋予轮叶最终的或几乎最终的形状。这两种材料的组合从而允许实施轮叶可能具有的复杂形状和直接获得轮叶的最终形状，即在制造后在离开模子时集成有叶片和固定部件。
[0056] 优选地，连续纤维是单向的或编织的而短纤维的长度为数个毫米或更短。典型地，对于1mm的最大长度，短纤维的直径在1μm到15μm之间。根据本发明，短纤维和连续纤维可以是相同性质的或不同性质的。例如，长纤维和短纤维可以分别是
碳纤维或玻璃纤维。在短纤维内或长纤维内的纤维也可是不同性质的；例如，长纤维可包括玻璃纤维和碳纤维。
[0057] 优选地，短纤维被布置在轮叶的中心而连续纤维被布置在外表层，在此情形下，连续纤维贴合轮叶的外表面，或位于在外表层和中心之间的中间位置。在后一情形中，与树脂混合的短纤维还填充在中间位置和外表层之间的空间。本发明还延伸到这样的实施方式：其中，根据纤维的长度，同样的长纤维连续地布置在轮叶的外表层和中间位置。
[0058] 作为选择，根据本发明的复合轮叶的表面是被防腐蚀保护的。
[0059] 本发明在下文中进行详细描述，作为非限定性示例，用于在一涡轮机中使用的一轮叶，并更为确切地说，用于在涡轮机的第一部分中使用的一轮叶，所述第一部分称为低压的部分。
[0060] 根据本发明和如在图2上所示，轮叶1包括一叶片2和在叶片足部包括一平台3，或通常地，保证将轮叶固定到一外部元件的一固定部件。在压缩机的一整流器轮叶的特定情形中，叶片在其第一端部包括一足部，用于接合在压缩机的一外套圈上，而另一端部，叶片的头部，用于组装到压缩机的一内套圈。如果足部是平台类型的，足部可以形成一T，如在图2上所示，一L或各种其它合适的形状。在图3上示出的示例中，叶片的足部，代替一平台，包括一燕尾球形体3。该球形体从而具有两斜面，所述两斜面从叶片的足部向垂直于叶片的平面的第三面扩大。本发明还延伸到仅仅包括一叶片的一复合轮叶的实施方式。
[0061] 图1到图3示意性地示出长纤维4和短纤维5在叶片的横截面内部、在具有集成的平台的叶片的足部的纵剖面内部和总体上轮叶内部的布置。长纤维4制成的加强体布置在轮叶的表层或表层附近而轮叶的余下部分用短纤维5制成的加强体进行填充。如图1到图3所示，表层的仅仅一部分可以由长纤维制成的加强体组成，轮叶的不由长纤维制成的加强体组成的表层从而用短纤维制成的加强体进行填充。因此，在迎流缘和逸流缘处的叶片的表层可以没有长纤维而仅仅包括短纤维。同样地，长纤维制成的加强体可以在轮叶的纵向方向上在表层从轮叶的平台延伸到基本等于叶片的一半高度的一距离，当然该距离可以进行调整。
[0062] 如图2所示，长纤维优选地在叶片和平台之间，或通常地，在叶片和将轮叶固定到一外部元件的固定部件之间是连续的。
[0063] 根据本发明的轮叶可以借助于在下文中作为非限定性示例给出的一方法进行实施，用于制造具有一集成式固定部件——例如一平台——的一热塑性轮叶。所述方法连续地包括至少以下步骤：
[0064] a)制造预加固板，即已经受至少局部密实化，预加固板包括长纤维4和第一热塑性树脂；
[0065] b)按照所要求的尺寸切割预加固板；
[0066] c)成形预加固板；
[0067] d)利用填充有短纤维的第二热塑性树脂，对叶片2的中心和固定部件3的中心进行注模，第二树脂与第一树脂是相同的或在化学上与第一树脂相兼容，预成形板承担在注入模中的复合嵌入工具的作用。
[0068] 根据本发明，轮叶的最终形状可以在离开模子时直接获得。在注模步骤d)后，构件也可以经受其它操作，如机加工操作或设置防腐蚀保护所需的任何其它操作。防腐蚀保护还可以通过在制造时在第一树脂和/或第二树脂中添加填料直接集成在构件上。
[0069] 如已述及的，通过在步骤a)和d)使用相同的树脂或在化学上相兼容的树脂，轮叶的不同组成部分通过化学连结相连接。
[0070] 所述方法延伸到热塑性或热固性轮叶的实施方式，所述轮叶具有至少部分地以长纤维制成的表层和至少部分地以短纤维制成的中心，所述方法的步骤能够相应地适应。
[0071] 还明确指出，优选地，如果实施热塑性基体的复合轮叶，连续纤维制成的加强体是预浸渍的，而如果实施热固性基体——例如环
氧化物类型的基体——的复合轮叶，这涉及干的或预浸渍的加强体。
[0072] 借助于复合材料的使用，如此实施的轮叶相对于现有技术在
质量上获益。
[0073] 借助于在制造方法中的步骤数的减少，如此实施的轮叶还获益受限的制造成本，最终形状可在离开模子时直接获得。
[0074] 对于连续纤维和短纤维，相同的树脂或可兼容的树脂的使用允许获得在不同组件之间(在叶片内部和在叶片和固定部件之间)的化学连结和利用一连续基体最终获得一复合轮叶。
[0075] 根据本发明的轮叶从而允许制造质量较小和成本较低的固定轮叶或活动轮叶。
[0076] 根据本发明的方法允许在较大范围的厚度内实施复杂的形状。
