由复合材料制成并具有增强侵蚀保护膜的叶片以及相关的保护方法技术

本发明专利技术涉及一种涡轮机叶片，该涡轮机叶片包括：由纤维增强有机基质复合材料制成的叶片主体，该叶片主体具有内拱面和设置有顶端的头部；侵蚀保护膜(22)，该侵蚀保护膜由热塑性聚合物制成并粘结到叶片主体上；增强层(23)，该增强层由热固性聚合物制成并且位于叶片头部上的侵蚀保护膜(22)上。上的侵蚀保护膜(22)上。上的侵蚀保护膜(22)上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由复合材料制成并具有增强侵蚀保护膜的叶片以及相关的保护方法


[0001]本专利技术涉及一种复合材料的叶片，该叶片在叶片顶端附近具有增强抗侵蚀膜，以及一种用于保护由复合材料制成的叶片的方法。本专利技术尤其涉及用于涡轮机、特别是涡轮喷气发动机的风扇叶片。

技术介绍

[0002]在航空领域中，涡轮机通常由包括压缩机和低压涡轮的所谓的冷部分以及包括压缩机和高压涡轮的所谓的热部分组成。风扇位于低压压缩机的上游，该风扇是由转子和定子组成的结构，该转子由大尺寸的宽弦叶片构成，该定子由风扇壳体构成。应当指明，术语“上游”是根据涡轮机内的主要气体流动方向来考虑的。
[0003]在经常积极寻求减轻重量的涡轮机中，复合材料通常用于制造部件，尤其是关于所谓的冷部分，更确切地说是关于低压风扇，因为温度水平最有利于使用有机基质复合材料。这就是为什么采用复合材料开发出最新一代的低压风扇(尤其是风扇叶片)的原因。
[0004]与传统的钛叶片(TA6V)相比，复合材料叶片在工作中提供出色的机械性能，并为涡轮机节省大量重量。但是，这些叶片的热机械强度必须通过施加不同的保护元件来提高。
[0005]这些复合叶片确实必须承受不同类型的工作应力，并且尤其必须要确保(对摄入物、异物、侵蚀物类型等的)冲击抵抗性。通常通过在冲击敏感的位置施加金属部件(例如，通常使用粘合到叶片的前缘的金属保护性边缘(通常称为屏蔽层或箔))，通过施加PTFE织物涂层和/或抗侵蚀保护元件(油漆、聚氨酯膜)来确保这种冲击抵抗性。
[0006]这些复合叶片还必须提供对风扇壳体的可磨损部分的接触型磨损的抵抗力。要记住的是，为了使叶片和风扇壳体之间的工作间隙最优化，风扇壳体上涂覆了一层所谓的“耐磨”材料，该材料通常由环氧树脂和微米级玻璃珠的混合物组成。在涡轮机运行期间，叶片可能摩擦这种耐磨材料，以优化壳体上任何位点的间隙。然而，这种接触导致叶片的自加热，从而导致复合材料的过度局部化的但不可逆转的劣化，这恶化了叶片的机械性能。这些特性特别是当风扇叶片高速旋转时恶化。
[0007]因此，复合材料风扇叶片顶端的磨损保护被证明是至关重要的，特别是当发动机制造商通过减小工作间隙、尤其是风扇叶片顶端间隙从而增加摩擦接触点的出现而不断寻求提高发动机性能时。
[0008]通常通过设置在风扇叶片顶端处并完全覆盖叶片顶端的金属箔来提供对风扇壳体上的耐磨接触型磨损的抵抗力。
[0009]然而，使用金属箔的缺点是：向风扇叶片引入了显著的额外重量，这影响了风扇叶片的离心负荷，从而影响了风扇盘的寿命和涡轮机的性能。
[0010]因此，由有机基质复合材料制成的最新一代风扇叶片在叶片顶端不包含金属箔。这种设计使它们更容易因接触风扇外壳的耐磨部分而损坏。特别地，由接触引起的自加热由于在工作期间叶片顶端的移位而影响叶片的压力侧，并且特别地，自加热影响设置在叶
片上以改善其侵蚀抵抗性的一个或多个保护元件。例如，在加热的作用下，粘结在叶片的压力侧的由热塑性聚合物制成的侵蚀保护膜(例如聚氨酯膜)在高于200℃的温度下以及在经受大的离心力时具有蠕流的可能性。结果，在使用中，该抗侵蚀膜的碎片可被离心并与叶片分离，这导致叶片复合材料的侵蚀保护性能下降，因此使叶片的使用寿命受到质疑。
[0011]本专利技术旨在提供金属箔的替代方案。更具体地，本专利技术旨在使有机基质复合材料的叶片的顶端能够在不必使用金属箔的情况下被保护免受摩擦接触。

技术实现思路

[0012]为此，本专利技术的一个目的是一种涡轮机叶片，该涡轮机叶片包括：
[0013]‑
由纤维增强有机基质复合材料制成的叶片主体，该叶片主体具有压力侧和设置有顶端的头部；
[0014]‑
粘结到叶片主体上的由热塑性聚合物制成的侵蚀保护膜；
[0015]其特征在于，叶片在其头部上还包括位于侵蚀保护膜上的由热固性聚合物制成的增强层。
[0016]侵蚀保护膜(或抗侵蚀膜)是指抗侵蚀的涂层，并且该抗侵蚀的涂层通过覆盖叶片主体的一区域、通过提高该区域对侵蚀现象的抵抗性来保护该区域免受侵蚀。
[0017]优选地，叶片是风扇叶片。
[0018]应当理解，热塑性聚合物(或树脂)由具有共价键的直链或支链组成，这些链通过弱范德华力或氢型键连接在一起。热固性聚合物(或树脂)由交联的直链组成，这些链通过强共价型键在空间上连接。热固性聚合物变成不可逆的固体，这与热塑性聚合物不同，热塑性聚合物在加热到给定温度以上时会软化。
[0019]该增强层增强了抗侵蚀膜对与壳体的耐磨部分接触进行抵抗的能力。
[0020]本专利技术的另一个目的是一种保护涡轮机叶片免于侵蚀的方法，该叶片包括由纤维增强有机基质复合材料制成的叶片主体，该主体具有压力侧和设置有顶端的头部，该方法包括以下连续步骤：
[0021]a)例如通过粘结将由热塑性聚合物制成的侵蚀保护膜组装到叶片主体上；
[0022]b)将由热固性聚合物制成的增强层施加到叶片主体的头部上，使得增强层位于保护膜上；
[0023]c)可能将抗侵蚀涂料层施加到叶片主体上，以覆盖保护膜和增强层。
[0024]抗侵蚀涂料的应用是已知的步骤；抗侵蚀涂料通常选自热固性聚氨酯配方树脂，通常与热塑性聚氨酯弹性体相关。热固性部分与热塑性部分的比例允许在抗侵蚀行为和抗崩裂性之间找到折衷。这些所谓的终饰聚氨酯涂料通常与利用环氧树脂基配制的底漆相关。
[0025]根据本专利技术的方法的一个实施例，叶片是待修补的叶片，该待修补的叶片包括粘结到叶片主体上的由热塑性聚合物制成的损坏的侵蚀保护膜，该损坏的侵蚀保护膜的位于叶片的顶端附近的至少一部分被损坏，并且在步骤a)之前进行至少去除损坏的保护膜的损坏部分的操作。
[0026]根据本专利技术的方法的该实施例使得可以开发一种方案，该方案用于修补由复合材料制成的叶片，该叶片的抗侵蚀膜被损坏，以便根据证实的限定对抗侵蚀膜进行复原。
[0027]根据该实施例的一个替代方案，待修补的叶片覆盖有抗侵蚀涂料层，该方法还包括在去除损坏的保护膜的损坏的所述至少一部分的操作之前，去除该抗侵蚀涂料层的操作。
[0028]以下是根据本专利技术的叶片和保护方法的一些优选但非限制性的方面：
[0029]‑
加强层以条带的形式沿着顶端延伸，并且保护膜和加强层仅布置在叶片主体的压力侧上。
[0030]‑
保护膜利用与增强层的热固性聚合物相同的热固性聚合物的层粘结到叶片主体上；
[0031]‑
增强层的热固性聚合物与形成叶片的有机基质的热固性聚合物相同；
[0032]‑
增强层的热固性聚合物是环氧树脂；
[0033]‑
加强层是条带。
[0034]最后，本专利技术涉及一种包括风扇的涡轮机，该风扇包括多个根据本专利技术的叶片。
[0035]本专利技术提供的方案通过添加优选为条带类型的由热固性聚合物制成的增强层使得可以省去金属箔以保护由复合材料制成的叶片的顶端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涡轮机叶片，所述涡轮机叶片包括：
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由纤维增强有机基质复合材料制成的叶片主体(15)，所述叶片主体具有压力侧(16)和设置有顶端(20)的头部(19)；
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粘结到所述叶片主体上的由热塑性聚合物制成的侵蚀保护膜(22)；其特征在于，所述叶片在所述叶片的头部(19)上还包括位于所述侵蚀保护膜(22)上的由热固性聚合物制成的增强层(23)。2.一种用于保护涡轮机叶片免受侵蚀的方法，所述叶片包括由纤维增强有机基质复合材料制成的叶片主体(15)，所述主体具有压力侧(16)和设置有顶端(20)的头部(19)，所述方法包括以下连续步骤：a)例如通过粘结将由热塑性聚合物制成的侵蚀保护膜(22)组装到所述叶片主体上；b)将由热固性聚合物制成的增强层(23)施加到所述叶片主体的所述头部(19)上，以使所述增强层位于所述保护膜(22)上；c)可能将抗侵蚀涂料层(27)施加到所述叶片主体上，以覆盖所述保护膜(22)和所述增强层(23)。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述叶片是待修补的叶片(25)，所述待修补的叶片包括粘结到所述叶片主体上的由热塑性聚合物制成的损坏的侵蚀保护膜(26)，所述损坏的侵蚀保护膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂厄，
申请(专利权)人：赛峰飞机发动机公司，
类型：发明
国别省市：