專利名稱：具有互補的奇數(shù)/偶數(shù)幾何布局的渦輪機組葉片及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及由包括纖維增強件的復合材料制成的渦輪機組葉片，該纖維增強件通過基質(zhì)進行致密化。預期的領域是用于航空發(fā)動機或工業(yè)渦輪機的燃氣渦輪機葉片。
背景技術：
已經(jīng)提出了復合材料的渦輪機組葉片的制造。具體可以參考由SNECMA公司和SNECMA Propulsion Solide共同申請的國際專利申請PCT/FR2009/052309。該申請描述了由包括纖維增強件的復合材料制成的渦輪機組葉片的制造，該纖維增強件通過基質(zhì)進行致密化。更精確地，該方法展現(xiàn)的特性在于，對通過三維編織制造的纖維坯件進行成形，從而獲得具有第一部分和至少一個第二部分的整塊的纖維預成型件，該第一部分構成翼面和葉根的預成型件，該至少一個第二部分構成內(nèi)部平臺或葉片外部平臺預成型件。因此，在預成型件致密化之后，可以獲得的葉片由具有纖維增強件的復合材料制成，并且與整合后的內(nèi)部平臺和/或外部平臺形成單一件，該纖維增強件由預成型件構成并且通過基質(zhì)進行致密化。通過這種方法獲得的葉片具有的缺點在于，其外部平臺無法整合對于環(huán)繞葉片的殼體的密封功能(由于存在擦拭器)以及空氣動力學功能(由于遮罩擾流器的存在，該擾流器對渦輪機中的氣流流動路徑的外側(cè)進行限定)。由 SNECMA 和 SNECMA Propulsion Solide 共同申請的法國專利申請 No. 09 58931描述了與整合后的內(nèi)部平臺和外部平臺形成單一件的由復合材料制成的葉片的制造，該外部平臺既提供密封功能又提供航空動力學功能。然而，利用法國專利申請No. 09 58931中描述的方法制造這種外表平臺具體涉及到利用兩層纖維結構進行成形和模塑操作，這些操作是完全可行的但是與單層結構相比執(zhí)行起來會更為復雜。此外，由此制造的葉片并不包含抗傾斜壁。另外，在損壞根據(jù)法國專利申請No. 0958931描述的方法制造的葉片的外表平臺的情況下，航空動力學功能和密封功能兩者都會受到影響，這是因為外部平臺在提供兩種功能的單一件中形成。

發(fā)明內(nèi)容
因此，對于渦輪機組的壓縮機或渦輪機期望能夠具有可由復合材料(特別是但并不必須是熱結構復合材料，例如CMC)制成的可用的葉片，這些葉片制造起來相對簡單，并且整合了所需的功能，特別是密封、流動通道的限定(航空動力學功能)和抗傾斜功能。為此目的，根據(jù)本發(fā)明，提出了一種用于制造渦輪機組葉片的方法，該渦輪機組葉片由包括纖維增強件的復合材料制成，該纖維增強件通過基質(zhì)進行致密化，所述方法包括
-通過對整塊纖維坯件進行三維編織而進行制造，-對所述纖維坯件進行成形，以獲得整塊纖維的葉片預成型件，該葉片預成型件具有-第一部分，所述第一部分構成了翼面和葉根的預成型件，-第二部分，該第二部分構成了葉片內(nèi)部平臺預成型件，那么所述葉片預成型件缺少葉片抗傾斜壁預成型件，或者所述第二部分構成了葉片抗傾斜壁預成型件，則所述葉片預成型件缺少葉片內(nèi)部平臺預成型件，以及-第三部分，該第三部分構成了葉片外部平臺擾流器板預成型件，那么所述葉片預成型件缺少葉片外部平臺擦拭器板預成型件，或者 -第二部分，該第二部分構成了葉片抗傾斜壁預成型件，則所述葉片預成型件缺少葉片內(nèi)部平臺預成型件，以及-第三部分，該第三部分構成了葉片外部平臺擾流器板預成型件，那么所述葉片預成型件缺少葉片外部平臺擦拭器板預成型件，或者該第三部分構成了葉片外部平臺擦拭器板預成型件，那么所述葉片預成型件缺少葉片外部平臺擾流器板預成型件，-通過基質(zhì)來對所述預成型件進行致密化，以便獲得由具有纖維增強件的復合材料制成的葉片，所述纖維增強件由所述預成型件構成并且通過所述基質(zhì)進行致密化，并且所述葉片與以下元件中的兩個元件一起形成單一件葉片內(nèi)部平臺、葉片抗傾斜壁、葉片外部平臺擾流器，或者所述葉片與以下元件中的兩個元件一起形成單一件葉片抗傾斜壁、葉片外部平臺擾流器和葉片外部平臺擦拭器。與專利申請No. 0958931中描述的方法相比，本發(fā)明構想了第一葉片和第二葉片，所述第一葉片提供了以下功能的兩種徑向向內(nèi)流動路徑的限定、徑向向外流動路徑的限定、密封和抗傾斜，所述第二葉片提供了并未被第一葉片提供的另外兩個功能，這些功能的每一者都通過利用單層紋理來制造的葉片的多個不同部分來實現(xiàn)。這樣制造的第一和第二葉片呈現(xiàn)了互補的幾何布局，其通過依次地插入這些第一和第二葉片而可以提供翼面的面向每一個所述葉片的兩個表面上所需的所有功能。根據(jù)所述方法的一個有利特征，在與待制造的葉片的縱向方向相對應的所述纖維坯件的縱向方向上，所述纖維坯件包括第一組數(shù)層紗線和第二組數(shù)層紗線，所述第一組數(shù)層紗線相互連結以構成所述坯件的第一部分，該第一部分對應于所述葉片和葉根的預成型件，所述第二組數(shù)層紗線至少局部地相互連結以構成所述坯件的第二部分和所述坯件的第三部分，該第二部分對應于平臺預成型件或者抗傾斜壁預成型件，該第三部分對應于葉片外部平臺擾流器板預成型件或者擦拭器板預成型件，所述第一組紗線層的紗線并未連結到所述第二組紗線層的紗線，并且所述第一組紗線層在坯件的第二部分或每一個第二部分處被所述第二組紗線層的紗線穿過。設置分隔區(qū)域允許在不切割連結紗線的條件下對所述纖維預成型件進行成形，因為這樣的切割可能會降低纖維增強件的機械強度，由此降低制得的葉片的機械強度。根據(jù)所述方法的另一個特征，所述纖維坯件與連續(xù)的第二組紗線層進行編織，并且所述纖維坯件的成形包括切除，意即，將位于所述纖維坯件的第二部分以及所述纖維坯件的第三部分外側(cè)的所述第二組紗線層的多個部分切割掉。根據(jù)所述方法的再一個特征，在所述第一組紗線層被所述第二組紗線層的紗線穿過的位置處或至少一個位置處，該第一組紗線層和第二組紗線層之間的交點沿循了并未與所述纖維還件的縱向方向相正交的直線。還可以制造由復合材料制成的葉片，其中內(nèi)部平臺和/或外部平臺大體上與葉片的縱向方向非垂直地延伸。根據(jù)所述方法的再一個特征，在所述纖維坯件的第一部分中并且在與沿著待制造葉片中的可變厚度的翼面輪廓延伸的方向?qū)姆较蛏?，所述第一組紗線層在縱向方向中的紗線層數(shù)量是恒定的。所述第一組紗線的紗線重量可變和/或支數(shù)可變。有利地，通過三維編織來制造條帶，該條帶包括一系列纖維坯件。這些纖維坯件接著可以被切割成條帶。這些坯件可以被編織為使得待制造葉片的縱向方向處在緯線方向或者經(jīng)線方向上。根據(jù)本發(fā)明，還提出了一種由復合材料制成的渦輪機組葉片，所述復合材料具有纖維增強件，該纖維增強件通過對紗線進行三維編織而獲得并通過基質(zhì)進行致密化，所述·葉片包括構成翼面和葉根的第一部分，其特征在于，所述第一部分至少與以下部分構成了單一件-第二部分，該第二部分構成了葉片平臺，那么所述葉片缺少葉片抗傾斜壁，或者所述第二部分構成了葉片抗傾斜壁(250)，則所述葉片缺少葉片內(nèi)部平臺，以及-第三部分，該第三部分構成了葉片外部平臺擾流器板，那么所述葉片缺少葉片外部平臺擦拭器板，或者-第二部分，該第二部分構成了葉片抗傾斜壁，則所述葉片缺少葉片內(nèi)部平臺，以及-第三部分，該第三部分構成了葉片外部平臺擾流器板，那么所述葉片缺少葉片外部平臺擦拭器板，或者該第三部分構成了葉片外部平臺擦拭器板，那么所述葉片缺少葉片外部平臺擾流器板。本發(fā)明還提出了包括根據(jù)本發(fā)明的葉片的第一葉片和第二葉片的葉片組，所述第一葉片的第二部分構成了葉片內(nèi)部平臺，那么所述第一葉片缺少葉片抗傾斜壁，所述第一葉片的第三部分構成了葉片外部平臺擾流器板，那么所述第一葉片缺少葉片外部平臺擦拭器板，所述第二葉片的第二部分構成了葉片抗傾斜壁，則所述第二葉片缺少葉片內(nèi)部平臺，所述第二葉片的第三部分構成了葉片外部平臺擦拭器板，那么所述第二葉片缺少葉片外部平臺擾流器板。根據(jù)實施方案的一個變型，本發(fā)明還提出了包括根據(jù)本發(fā)明的葉片的第一和第二葉片的葉片組，所述第一葉片的第二部分構成了葉片抗傾斜壁，那么所述第一葉片缺少葉片內(nèi)部平臺，所述第一葉片的第三部分構成了葉片外部平臺擾流器板，那么所述第一葉片缺少葉片外部平臺擦拭器板，所述第二葉片的第二部分構成了葉片內(nèi)部平臺，則所述第二葉片缺少葉片抗傾斜壁，所述第二葉片的第三部分構成了葉片外部平臺擦拭器板，那么所述第二葉片缺少葉片外部平臺擾流器板。所述葉片可以由陶瓷基質(zhì)的復合材料制成。根據(jù)所述葉片的一個特征，構成纖維增強件的對應于葉片的第二部分的那個部分的紗線延伸穿過了纖維增強件的對應于葉片的第一部分的那個部分。所述葉片的翼面能夠具有可變厚度輪廓，所述纖維增強件的與所述葉片的第一部分對應的那部分在所述葉片的縱向方向上沿著該可變厚度輪廓具有恒定數(shù)量的紗線層(這些紗線層具有可變重量和/或支數(shù))，或者具有可變數(shù)量的紗線層。本發(fā)明還涉及渦輪機組轉(zhuǎn)子或者盤片，以及配備了多個諸如之前限定的葉片組的渦輪機組。


通過以下參考所附附圖以顯示方式而非限制性地給出的描述將更好地理解本發(fā)明，在這些附圖中-圖I是具有整合的內(nèi)部平臺和外部平臺擾流器的渦輪機組葉片的立體圖；-圖2是具有整合的抗傾斜壁和外部平臺擦拭器板的渦輪機組葉片的立體圖；-圖3極為示意性地顯示了三維編織纖維坯件中的兩組紗線層的布置，該三維編織的纖維坯件旨在用于制造諸如如圖I所示的葉片的纖維預成型件；-圖4和圖5顯示了以圖3的纖維坯件開始來制造用于例如圖I所示的葉片的纖維預成型件的連續(xù)的制造步驟；-圖6和圖7顯示了以圖3的纖維坯件開始來制造用于例如圖2所示的葉片的纖維預成型件的連續(xù)的制造步驟；-圖8是顯示例如圖I或圖2中的葉片翼面的扁平輪廓的截面圖；-圖9是可以獲得例如圖8中的輪廓的一組經(jīng)紗層的截面圖；-圖IOA和IOB是顯示了對圖I中的纖維坯件進行編織的一個方法的經(jīng)線截面圖；-圖IlA為圖3中的纖維坯件的一部分在平行于經(jīng)線方向和緯線方向的平面中的局部截面圖，該纖維坯件的一部分對應于翼面和葉片內(nèi)部平臺或者葉片抗傾斜壁之間的接合位置；-圖IlB是圖3中的纖維坯件的一部分的局部緯線截面圖，該纖維坯件的一部分對應于翼面和葉片內(nèi)部平臺或者葉片抗傾斜壁之間的接合位置；-圖12A是圖3中的纖維坯件的一部分在平行于經(jīng)線方向和緯線方向的平面中的局部截面圖，該纖維坯件的一部分對應翼面和葉片外部平臺擾流器板或者葉片外部平臺擦拭器板之間的接合位置；-圖12B是圖3中的纖維坯件的一部分的局部截面圖，該纖維坯件的一部分對應于翼面和葉片外部平臺擾流器板或者擦拭器板之間的接合位置；-圖13A為顯示在纖維坯件的一部分中的緯紗布置實例的緯線截面視圖，該部分對應于翼根的一部分；-圖13B至13D為顯示用于在圖13A的纖維坯件部分中進行三維(多層)編織的實例的經(jīng)線平面的緯線截面圖；-圖14為顯不與翼根對應的還件的一部分的另一個實施方案的局部不意性截面圖；-圖15和16極為示意性地顯示了通過三維編織獲得的編織成的纖維條帶的兩個實施方案，其包含了多個如圖3中那樣的纖維坯件；-圖17顯示了用于根據(jù)本發(fā)明的渦輪機組葉片的制造方法的一個實施方案中的連續(xù)步驟；
-圖18顯示了用于根據(jù)本發(fā)明的渦輪機組葉片的制造方法的另一個實施方案中的多個連續(xù)步驟；-圖19顯示了將與圖I和圖2中的葉片相似的多個葉片組裝到渦輪機組轉(zhuǎn)子。
具體實施例方式本發(fā)明可應用于具有整合的內(nèi)部平臺和/或外部平臺的不同類型的渦輪機組，特別是不同燃氣渦輪機本體的壓縮機和渦輪機葉片，例如像圖I和圖2所示的低壓(BP)渦輪機轉(zhuǎn)子葉片。圖I中顯示的第一葉片100以公知方式包括翼面120、由厚度更大的部分構成的根部130，該根部例如具有球形截面并通過 柄腳132相連。翼面120在其根部130和其尖端121之間的縱向方向上延伸，并且在橫截面中具有限定兩個表面122和123的可變厚度的中凹輪廓，這兩個表面分別對應于翼面120的上表面和下表面，并且每一個表面均連接翼面120的前緣120a和后緣120b。葉片100通過將根部130插入到設置在轉(zhuǎn)子周邊處的形狀匹配的凹口而組裝在渦輪機轉(zhuǎn)子(未示出)上。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，翼面120還包括葉片內(nèi)部平臺140和葉片外部平臺擾流器板160。更精確地，在其徑向向內(nèi)端部處，翼面120連接到葉片內(nèi)部平臺140，該葉片內(nèi)部平臺140的外表面(或上表面)142徑向向內(nèi)限定了氣流f的流動通道。在其上游和下游端部部分中(在氣流的流動方向f上)，內(nèi)部平臺140以包覆擾流器144和146而終止。此外，在其上游端部部分和下游端部部分之間，內(nèi)部平臺140在其位于翼面120的表面123的側(cè)面上的邊緣上展現(xiàn)了凹進部分147，該凹進部分147的形狀被限定成與以下將要描述的葉片200的表面222 (上表面)相協(xié)作，并且葉片100被設計成與該表面222相協(xié)作。在其相對的邊緣上，也就是存在于翼面120的側(cè)面122上的邊緣上，內(nèi)部平臺140展現(xiàn)出突起部分148，該突起部分148的形狀被限定成與以下描述的翼面200的表面223 (下表面)協(xié)作，并且葉片100被設計成與該表面223協(xié)作。在所示的實例中，內(nèi)部平臺的表面142大致垂直于葉片的縱向方向。取決于氣流的流動通道的內(nèi)表面的所需輪廓，內(nèi)部平臺的表面142還可以傾斜，從而相對于葉片縱向方向的法向形成大致非零的角度。根據(jù)氣流流動路徑的內(nèi)表面的期望輪廓，角度可以為零，或者表面142可以具有大致非直線的輪廓，例如為中凹的。葉片120還在其徑向向外端部處連接到葉片外部平臺擾流器板160，該葉片外部平臺擾流器板160在其內(nèi)表面(下表面)161上徑向向外限定氣流f的流動通道。在其上游和下游端部部分處，葉片外部平臺擾流器板160以包覆擾流器162和163而終止。此外，在其上游端部部分和下游端部部分之間，葉片外部平臺擾流器板160在其位于翼面120的表面123的側(cè)面上的邊緣上展現(xiàn)了凹進部分164，該凹進部分164被限定成與以下將要描述的翼面200的表面222 (上表面)相協(xié)作，并且翼面100被設計成與該表面222相協(xié)作。在其相對的邊緣上，也就是存在于翼面120的側(cè)面122上的邊緣上，葉片外部平臺擾流器板160展現(xiàn)出突起部分165，該突起部分165的形狀被限定成與以下描述的翼面200的表面223 (下表面)協(xié)作，并且翼面100被設計成與該表面223協(xié)作。
在所示的實例當中，葉片外部平臺擾流器板160的表面161大致垂直于葉片的縱向方向延伸。作為變型，取決于氣流的流動通道的外表面的所需輪廓，表面161可以傾斜，從而相對于葉片縱向方向的法向形成大致非零的角度，或者表面161可以具有大致非直線的輪廓，例如為中凹的。進一步地，翼面120在其徑向內(nèi)端部 處缺少抗傾斜壁并且在其徑向外端部處缺少葉片外部平臺擦拭器。圖2顯示了第二葉片200，該第二葉片200被設計成與葉片100相協(xié)作并且包括翼面220、由厚度更大的部分構成的根部230，該根部例如具有球形截面并通過柄腳232相連。翼面200在其根部230和其尖端221之間的縱向方向上延伸，并且在橫截面中呈現(xiàn)了限定兩個表面222和223的可變厚度的中凹輪廓，這兩個表面分別對應于翼面200的上表面和下表面，并且每一個表面均連接翼面200的前緣220a和后緣220b。葉片200通過將根部230插入到設置在轉(zhuǎn)子周邊處的形狀匹配的凹口而安裝在渦輪機轉(zhuǎn)子(未示出)上。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，在其徑向端部處，翼面220連接到抗傾斜壁250，該抗傾斜壁250在其上游端部和下游端部處包括側(cè)翼251和252，其能夠在葉片安裝在渦輪機轉(zhuǎn)子上的時候防止葉片傾斜。在其上游端部和下游端部之間，抗傾斜壁250在其位于翼面220的表面223的側(cè)面上的邊緣上呈現(xiàn)了凹進部分253，該凹進部分253的形狀被限定成與之前所述的翼面100的表面122 (上表面)相協(xié)作，并且葉片200被設計成與該凹進部分253協(xié)作。在其相對邊緣上，亦即位于翼面220的側(cè)面222上的邊緣上，抗傾斜壁250呈現(xiàn)了突起部分254，該突起部分254的形狀被限定成與以下描述的翼面100的表面123 (下表面)相協(xié)作，并且葉片200被設計成與該突起部分254協(xié)作。此外，在其徑向外端部處，翼面220連接到葉片外部平臺擦拭器板270部分。在其外表面(上表面)272上，葉片外部平臺擦拭器板270限定了凹陷部或浴盆部273。沿著浴盆部273的上游和下游邊緣，板270承載具有齒形輪廓的擦拭器274和275，這些擦拭器的尖端可以穿透到渦輪機環(huán)部(未顯示)的可磨蝕材料層內(nèi)，以便減小葉片尖端和渦輪機環(huán)部之間的間隙?？箖A斜壁250的中心部分和葉片外部平臺擦拭器板270的中心部分大致垂直于葉片的縱向方向延伸。作為變型，取決于氣流的流動通道的外表面的所需輪廓，這些元件的中心部分可以傾斜，從而相對于葉片縱向方向的法向形成大致非零的角度，或者這些中心部分可以具有大致非直線的輪廓，例如為中凹的。并且，翼面220在其徑向內(nèi)端部處缺少內(nèi)部平臺并且在徑向外端部處缺少葉片外部平臺擾流器板，這兩個元件在翼面200組裝到翼面100期間被組裝到了翼面200上，其將會在以下進行解釋。因此，通過其內(nèi)部平臺140和其葉片外部平臺擾流器板160，葉片100提供了限定通道的功能，通過其抗傾斜壁250和其葉片外部平臺擦拭器板270，葉片200提供了抗傾斜和密封功能。圖3極為示意性地顯示了纖維坯件300，能夠通過該纖維坯件開始對纖維葉片預成型件進行成形，以便在通過基質(zhì)進行致密化并且可能的機加工之后獲得由復合材料制成的葉片，該葉片與圖I所示的葉片100那樣帶有整合的內(nèi)部平臺和外部平臺擾流器板。
坯件300由通過三維編織或多層編織而獲得的兩個部分302、304構成，圖3中只是顯示了這兩個部分的外殼。部分302在成形之后被設計為構成纖維葉片預成型件的與翼面和葉根預成型件對應的一部分。該部分呈現(xiàn)出的表面302a被設計用于構成了翼面的下表面，并且呈現(xiàn)出的表面302b被設計用于構成了翼面的上表面。部分304在成形之后被設計用于構成纖維預成型件的對應于內(nèi)部平臺和葉片外部平臺擾流器板預成型件的部分。兩個部分302、304的形式為基本在與待制造的葉片的縱向方向?qū)姆较騒上延伸的條帶。纖維條帶302在其設計為形成葉片預成型件的部分中呈現(xiàn)出根據(jù)待制造葉片的翼面輪廓厚度而確定的可變厚度。在其設計為構成根部預成型件的部分中，纖維條帶302呈現(xiàn)出根據(jù)待制造葉片的根部厚度確定的額外厚度303。纖維條帶302的寬度I根據(jù)待制造翼面的和葉根的已發(fā)展出的(扁平)輪廓的長度來選定，而纖維條帶304的寬度L均大于根據(jù)待制造的葉片內(nèi)部平臺和外部平臺擾流器板的已發(fā)展出的長度(或者是根據(jù)待制造的抗傾斜壁的已發(fā)展出的長度和葉片外部平臺擦拭器板的已發(fā)展出的長度)而選定的I?！だw維條帶304具有根據(jù)待制造的葉片內(nèi)部平臺和外部平臺擾流器板的厚度(或者是根據(jù)抗傾斜壁和葉片外部平臺擦拭器板的厚度)而確定的基本恒定的厚度。條帶304包括第一部分304a、第二部分304b和第三部分305a，該第一部分沿著條帶302的第一表面302a (下表面)且鄰近該第一表面而延伸，該第二部分沿著條帶302的第二表面302b (上表面)且鄰近該第二表面而延伸，該第三部分沿著條帶302的第一面302a且鄰近該第一面而延伸。部分304a和304b通過連接部分304c而連接，該連接部分在與待制造葉片的內(nèi)部平臺的位置對應的位置處相對于條帶302橫向地延伸。連接部分340c大致垂直于纖維坯件的縱向方向而延伸穿過條帶。部分304b和305a通過連接部分350c而連接,該連接部分350c在于待制造的外部平臺擾流器板的位置對應的位置處沿循波狀輪廓而相對于條帶302橫向地延伸。取決于葉片的外部平臺擾流器板的所需的幾何布局，連接部分340c和/或連接部分350c可以穿過條帶302,該條帶302相對于還件的縱向方向X的法向形成了非零角度。此外，連接部分340c和/或連接部分350c的輪廓可以是曲線而并非是如圖所示的直線。正如之后要更加詳細描述的那樣，通過三維編織而不在條帶302和條帶304的部分304a、304b和305a之間形成連結，并且通過在X方向上同時對多個連續(xù)坯件300進行連續(xù)編織，從而同時對條帶302和304進行了編織。圖4至圖6極為示意性地顯示了如何能夠由纖維坯件300開始來獲得形狀接近待制造葉片形狀的纖維預成型件。纖維條帶302在一端處切穿了額外厚度303，并且在另一端處被切割成略微超過連接部分350c，以便獲得對應于待制造葉片的縱向尺寸的條帶320，其中膨脹部分330由額外厚度303的一部分構成并且位于與待制造葉片的根部位置對應的位置處。條帶320展現(xiàn)了表面320a和表面320b,該表面320a被設計用于構成翼面的下表面?zhèn)?該表面320b被設計用于構成翼面的上表面?zhèn)取４送?，在條帶304的部分304a和305a的端部處并在其部分304b中進行切斷，從而留下了存留在連接部分340c任意側(cè)上的區(qū)段340a和340b，以及留下了存留在連接部分350c的任一側(cè)上的區(qū)段350a和350b，如圖4所示。區(qū)段340a、340b和350a、350b的長度根據(jù)待制造葉片中的內(nèi)部平臺和外部平臺擾流器板的長度來確定。由于一方面在纖維坯件的條帶302和部分304a、304b和305a之間缺乏連結，另一方面區(qū)段340a、340b、350a和350b能夠在不切割紗線的條件下垂直于條帶302折回，從而形成如圖5所示的多個板件340、360。隨后通過利用條帶302的變形而進行的模塑來獲得待制造葉片的纖維預成型件400，以便再現(xiàn)葉片翼面的中凹輪廓。板件340、360也進行變形以再現(xiàn)與內(nèi)部平臺的形狀和葉片外部平臺擾流器板的形狀相似的形狀，如圖6所示。由此獲得的預成型件具有翼面預成型件部分420、根部預成型件部分430 (帶有柄腳預成型件)和內(nèi)部平臺預成型件和外部平臺預成型件部分440、460。圖7極為示意性地顯示了纖維預成型件500，其通過基質(zhì)進行致密化并且可能的機加工之后可以獲得由復合材料制成的葉片，與圖2所示的葉片200那樣，該葉片具有整合 的抗傾斜壁和外部平臺擦拭器板。通過在三個部分中進行三維編織或多層編織并且將這些部分切成區(qū)段(其已經(jīng)在之前結合圖3至圖5進行了描述)，并且通過利用條帶的變形了來進行模塑從而再現(xiàn)了葉片翼面的中凹輪廓和以及利用上板和下板的變形來再現(xiàn)類似于抗傾斜壁和外部平臺擦拭器板的形狀，從而而獲得了預成型件500，如圖7所示。這樣獲得的預成型件500帶有翼面預成型件部分520、根部預成型件550 (帶有柄腳預成型件)和抗傾斜壁預成型件以及外部平臺擦拭器板預成型件部分550、570。如下文所述，有利地，在對坯件的纖維進行處理并且使其滲透了固結復合物之后執(zhí)行以纖維坯件開始制造葉片預成型件的各步驟。下面將更為具體地描述用于纖維坯件300的三維編織方法?？梢栽O想利用在坯件的縱向方向X上延伸的經(jīng)紗來進行編織，要指出的是，也可以利用在該方向上的緯紗進行編織。通過使用重量可變的經(jīng)紗來獲得條帶302的厚度在其寬度上的變化。作為變型或者作為補充，可以改變經(jīng)紗的支數(shù)(在緯線方向上的每單位長度的紗線數(shù)目)，在通過模塑而對預成型件進行成形的過程中，支數(shù)越少則越薄。因此，為了獲得如圖8中的扁平突出部所示的葉片翼面輪廓，可以使用具有如圖9所示的可變重量和支數(shù)的3層經(jīng)紗。在實施方案的一個實例中，所用紗線可以是由日本公司NipponCarbon提供的名為“Nicalon”的碳化硅(SiC)紗線，其重量(絲線數(shù)目)為0. 5K (500根絲線)。經(jīng)線被制作為帶有通過組合兩根0. 5K紗線而獲得的0. 5K SiC紗線和IK SiC紗線，這兩根紗線通過包覆而組合。有利地利用能夠在編織之后消除掉的臨時性質(zhì)的紗線來執(zhí)行包覆，例如利用能夠通過溶解于水中來消除的聚乙烯醇(PVA)制成的紗線。下面的表I對于每一列經(jīng)紗給出了支數(shù)(在輪廓長度上的紗線數(shù)目/cm)、0. 5K紗線的數(shù)目、IK紗線的數(shù)目以及以mm計的輪廓厚度，后者在大約Imm和2. 5mm之間變化表I
權利要求
1.一種用于制造渦輪機組葉片(100 ；200)的方法，該渦輪機組葉片由包括纖維增強件的復合材料制成，該纖維增強件通過基質(zhì)進行致密化，所述方法包括 -通過對整塊纖維坯件進行三維編織而進行制造， -對所述纖維坯件(300)進行成形，以獲得整塊纖維的葉片預成型件，該葉片預成型件具有 -第一部分(320 )，所述第一部分構成了翼面(420 )和葉根(430 )的預成型件， -第二部分(340)，該第二部分構成了葉片內(nèi)部平臺預成型件(440)，那么所述葉片預成型件缺少葉片抗傾斜壁預成型件，或者所述第二部分構成了葉片抗傾斜壁預成型件(550)，則所述葉片預成型件缺少葉片內(nèi)部平臺預成型件，以及 -第三部分(360)，該第三部分構成了葉片外部平臺擾流器板預成型件(460)，那么所述葉片預成型件缺少葉片外部平臺擦拭器板預成型件，或者 -第二部分，該第二部分構成了葉片抗傾斜壁預成型件(550)，則所述葉片預成型件缺少葉片內(nèi)部平臺預成型件，以及 -第三部分(360)，該第三部分構成了葉片外部平臺擾流器板預成型件(460)，那么所述葉片預成型件缺少葉片外部平臺擦拭器板預成型件，或者該第三部分構成了葉片外部平臺擦拭器板預成型件(570)，那么所述葉片預成型件缺少葉片外部平臺擾流器板預成型件， -通過基質(zhì)來對所述預成型件進行致密化，以便獲得由具有纖維增強件的復合材料制成的葉片，所述纖維增強件由所述預成型件構成并且通過所述基質(zhì)進行致密化，并且所述葉片與以下元件中的兩個元件一起形成單一件葉片內(nèi)部平臺、葉片抗傾斜壁、葉片外部平臺擾流器，或者所述葉片與以下元件中的兩個元件一起形成單一件葉片抗傾斜壁、葉片外部平臺擾流器和葉片外部平臺擦拭器。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，在與待制造的葉片的縱向方向相對應的所述纖維坯件的縱向方向上，所述纖維坯件包括第一組(302)數(shù)層紗線和第二組(304)數(shù)層紗線，所述第一組數(shù)層紗線相互連結以構成所述坯件的第一部分，該第一部分對應于所述翼面(420)和葉根(430)的預成型件，所述第二組數(shù)層紗線至少局部地相互連結以構成所述坯件的第二部分和所述坯件的第三部分，該第二部分對應于內(nèi)部平臺預成型件(440)或者葉片抗傾斜壁預成型件(550)，該第三部分對應于擾流器板預成型件(460)或者葉根擦拭器板預成型件(570)，所述第一組(302)紗線層的紗線并未連結到所述第二組(304)紗線層的紗線，并且所述第一組紗線層在坯件的所述第二部分或每一個第二部分處被所述第二組紗線層的紗線穿過。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述纖維坯件與連續(xù)的第二組紗線層進行編織，并且所述纖維坯件的成形包括切除，意即，將位于所述纖維坯件的第二部分以及所述纖維坯件的第三部分外側(cè)的所述第二組紗線層的多個部分切割掉。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的方法，其特征在于，在所述第一組紗線層被所述第二組紗線層的紗線穿過的位置處或至少一個位置處，該第一組紗線層和第二組紗線層之間的交點沿循了并未與所述纖維坯件的縱向方向相正交的直線。
5.根據(jù)權利要求I至4中任意一項所述的方法，其特征在于，在所述纖維坯件的第一部分中并且在與沿著待制造葉片中的可變厚度的翼面輪廓延伸的方向?qū)姆较蛏希龅谝唤M紗線層中的紗線層數(shù)量是恒定的。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一組紗線層的紗線的重量是能夠變化的。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第一組紗線層的紗線的支數(shù)能夠變化。
8.根據(jù)權利要求I至7中任意一項所述的方法，其特征在于，通過三維編織來制造條帶(700),該條帶包括一系列纖維坯件(300)。
9.根據(jù)權利要求I至8中任意一項所述的方法，其特征在于，多個坯件被這樣編織，其中它們的縱向方向?qū)诖圃斓娜~片在緯線方向上延伸的方向。
10.根據(jù)權利要求I至8中任意一項所述的方法，其特征在于，多個坯件被編織為使得所述坯件的縱向方向?qū)诖圃斓娜~片在經(jīng)線方向上延伸的方向。
11.一種渦輪機組葉片(100 ;200)，由包括纖維增強件的復合材料制成，所述纖維增強件通過三維編織而獲得并通過基質(zhì)進行致密化，所述葉片包括構成翼面(120 ；220)和葉根(130 ；230)的第一部分， 其特征在于，所述第一部分至少與以下部分構成了單一件 -第二部分，該第二部分構成了葉片內(nèi)部平臺(140)，那么所述葉片缺少葉片抗傾斜壁，或者所述第二部分構成了葉片抗傾斜壁(250)，則所述葉片缺少葉片內(nèi)部平臺，以及-第三部分，該第三部分構成了葉片外部平臺擾流器板(160)，那么所述葉片缺少葉片外部平臺擦拭器板，或者 -第二部分，該第二部分構成了葉片抗傾斜壁(250)，則所述葉片缺少葉片內(nèi)部平臺，以及 -第三部分，該第三部分構成了葉片外部平臺擾流器板(160)，那么所述葉片缺少葉片外部平臺擦拭器板，或者該第三部分構成了葉片外部平臺擦拭器板(270)，那么所述葉片缺少葉片外部平臺擾流器板。
12.一種包括根據(jù)權利要求11所述的第一和第二葉片(100、200)的葉片組，其特征在于，所述第一葉片(100)的第二部分構成了葉片內(nèi)部平臺(140)，那么所述第一葉片缺少葉片抗傾斜壁，所述第一葉片的第三部分構成了葉片外部平臺擾流器板(160)，那么所述第一葉片缺少葉片外部平臺擦拭器板， 并且，所述第二葉片(200)的第二部分構成了葉片抗傾斜壁(250)，則所述第二葉片缺少葉片內(nèi)部平臺，所述第二葉片的第三部分構成了葉片外部平臺擦拭器板(270)，那么所述第二葉片缺少葉片外部平臺擾流器板。
13.—種包括根據(jù)權利要求11所述的第一和第二葉片的葉片組，其特征在于，所述第一葉片的第二部分構成了葉片抗傾斜壁，那么所述第一葉片缺少葉片內(nèi)部平臺，所述第一葉片的第三部分構成了葉片外部平臺擾流器板，那么所述第一葉片缺少葉片外部平臺擦拭器板， 并且，所述第二葉片的第二部分構成了葉片內(nèi)部平臺，則所述第二葉片缺少葉片抗傾斜壁，所述第二葉片的第三部分構成了葉片外部平臺擦拭器板，那么所述第二葉片缺少葉片外部平臺擾流器板。
14.一種渦輪機組盤片，具有多個根據(jù)權利要求12或13所述的葉片組。
15.一種渦輪機組，配備有多個根據(jù)權利要求12或13所述的葉片組。
全文摘要
一種由復合材料制成的渦輪機組葉片(100)，該復合材料包括由紗線的三維編織而獲得的纖維增強件，并且該纖維增強件通過基質(zhì)進行致密化，所述葉片包括第一部分，該第一部分構成了葉片翼面(120)和葉根(130)。所述第一部分與構成葉片平臺(140)的至少第二部分形成了單一件，那么所述葉片不具有抗搖擺葉片柄腳，或者所述葉片具有抗搖擺葉片柄腳，在這種情況下，該葉片則不具有葉片平臺。所述第一部分還與構成了葉根擾流器板(160)的至少第三部分形成了單一件，那么該葉片不具有葉根擦拭器板，或者所述葉片具有葉根擦拭器板，在這種情況下，所述葉片則不具有葉根擾流器板。
文檔編號F01D5/14GK102958680SQ201180031685
公開日2013年3月6日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權日2010年6月28日
發(fā)明者C·魯西耶, J·馬泰奧 申請人:赫拉克勒斯公司, 斯奈克瑪公司