涡轮机旋转风扇叶片、风扇和设置有该风扇的涡轮机制造技术

本发明专利技术涉及一种涡轮机旋转风扇叶片(2)，该涡轮机旋转风扇叶片具有预定断裂区域(5)，该预定断裂区域从上游边缘(22)沿着给定长度(L)延伸，并且在给定高度(H)上从叶片尖端边缘(27)延伸。根据本发明专利技术，主体由复合材料制成，该复合材料包括通过三维编织经线股和纬线股(41、42)而获得的纤维增强物(4)以及嵌入有纤维增强物(4)的树脂基体(43)，并且主体在区域(5)中或附近具有线股中的至少一些线股的间断(6)，该间断被配置为使得当在厚度方向(EP)上存在对叶片尖端边缘(27)的切向摩擦时，区域(5)部分地分离，高度(H)小于叶片(2)的空气动力学流路高度(HVA)的3％。力学流路高度(HVA)的3％。力学流路高度(HVA)的3％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涡轮机旋转风扇叶片、风扇和设置有该风扇的涡轮机


[0001]本专利技术涉及一种涡轮机旋转风扇叶片、一种设置有该叶片的涡轮机旋转风扇以及一种设置有该涡轮机旋转风扇的涡轮机。
[0002]本专利技术的领域涉及飞行器涡轮机，尤其涉及涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机。

技术介绍

[0003]众所周知，涡轮机旋转风扇叶片在围绕涡轮机旋转风扇叶片的固定外壳中旋转，在叶片和外壳之间具有间隙，该外壳内部覆盖有耐磨材料，该耐磨材料可被旋转叶片尖端锉平。文献EP
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1312762描述了这种类型的叶片，在出现导致轴承分离的不平衡之后发生冲击的情况下，叶片的尖端能够被保持外壳的内壁分解，以便获得分离器操作所需的更大间隙。根据该文献，每个叶片在其尖端附近具有弱化区域，通过在吸力侧面上平行于叶片的尖端设置的凹槽产生该弱化区域。该凹槽填充有树脂，可确保尖端附近吸力侧的空气动力学连续性。在叶片的基底材料中形成的凹槽的深度使得在前缘、压力侧面和后缘旁边的弱化区域中的基底材料的剩余壁具有足够的强度，以能够刨掉耐磨材料层，同时足够弱，以在叶片尖端和保持外壳的内壁之间发生冲击的情况下断裂。
[0004]如图1所示，发动机的旋转运动R导致叶片2在各种外部因素(例如，鸟类吸入或振动现象)的作用下旋转，会导致在叶片尖端27和位于风扇外壳300上的耐磨材料301之间的突然且显著的接触。
[0005]叶片和外壳之间的这种接触会导致相当大的损坏。事实上，突然的精确接触会导致叶片变形，这将增加叶片的接触表面积或增加耐磨材料中的接触深度。如果这种现象得不到控制，可能会导致叶片损坏，直到发生相当大的材料损失。
[0006]为了避免这种特殊情况，风扇尖端280处的径向间隙J和叶片2的体积的尺寸被设计成避免在耐磨材料中接合叶片而导致发动机损坏。
[0007]研究表明，当叶片高速运转时，该叶片在离心力和气动力的作用下变形。叶片尖端处的径向间隙J减小，并且在某些情况下，该间隙J似乎不能确保足够的余量来避免叶片尖端27和耐磨材料之间的接触。这种摩擦在叶片尖端27上产生切向载荷，如图2中箭头F所示，该载荷沿着与叶片2绕发动机的旋转轴线AX旋转的方向相反的方向从叶片2的内弧面24指向外弧面25。
[0008]这种应力包括叶片的额外变形。然后会出现几种情况。
[0009]根据第一种情况，如果这种变形导致间隙增加，从而减小力并使叶片从耐磨材料脱离，则叶片被定义为非接合的。然后认为，在第一种情况下，当叶片与耐磨材料接触时，叶片的性能良好。
[0010]相反，根据第二种情况，如果正间隙的消耗是由变形引起的，则叶片被定义为自接合的。在第二种情况下，叶片将继续沉入耐磨材料中，叶片上的力将增加。叶片及其周围的部分可能会受到严重损坏。
[0011]避免这种自接合现象或至少降低其危险程度的最简单的解决方案是增加叶片尖端的间隙，以便在叶片与耐磨材料接触之前具有额外的余量。这种策略可以避免对发动机造成任何损坏，但会对叶片装置的空气动力学性能产生不可忽视的影响。增加尖端间隙会增加该区域的泄漏流量和相关损失。

技术实现思路

[0012]本专利技术寻求获得一种涡轮机旋转风扇叶片，该涡轮机旋转风扇叶片使得能够限制叶片上的自接合的临界状态，而不会使空气动力学性能恶化。
[0013]为此，本专利技术的第一主题是一种用于涡轮机旋转风扇的叶片，所述叶片包括主体，所述主体具有：上游边缘和下游边缘，所述主体在上游边缘和下游边缘之间沿着第一纵向方向延伸；外弧面和内弧面，所述主体在外弧面和内弧面之间沿着横向于第一方向的第二厚度方向延伸；叶片根部和上部叶片尖端边缘，所述主体在叶片根部和上部叶片尖端边缘之间沿着横向于第一方向和第二方向的第三高度方向延伸，所述叶片根部的功能是固定到纵向旋转风扇毂，
[0014]所述叶片包括预定断裂区域，所述预定断裂区域从上游边缘沿着第一纵向方向在确定的非零长度上延伸，并且从叶片尖端边缘沿着第三高度方向在确定的非零高度上延伸，
[0015]所述叶片的特征在于，
[0016]主体由复合材料制成，所述复合材料包括通过对至少沿第三高度方向延伸的经线股和至少沿第一纵向方向延伸的纬线股进行三维编织而获得的纤维增强物以及嵌入有纤维增强物的树脂基体，
[0017]所述主体在预定断裂区域中或附近具有经线股中的至少某些经线股和/或纬线股中的至少某些纬线股的至少一个间断，所述间断被配置为使得在存在沿第二厚度方向延伸的对叶片尖端边缘的切向摩擦时，所述预定断裂区域部分地分离，
[0018]所述预定断裂区域的确定的非零高度小于叶片的空气动力学流路高度的3％，所述空气动力学流路高度被限定为从上部叶片尖端边缘到叶片的空气动力学流路起始点，所述空气动力学流路起始点沿着第三高度方向位于距叶片根部一距离处并且旨在与叶片间平台接触。
[0019]由于本专利技术，外部叶片尖端边缘在其可能的旋转期间对风扇外壳的耐磨材料的磨耗可以逐渐增加，以保持叶片尖端的足够高度，减少叶片和该外壳之间的泄漏流量，同时仍然避免上述第二种情况的自接合。因此，在叶片以较大的力接触抵靠风扇外壳的耐磨材料的过程中，断裂区域的离开叶片尖端边缘的小块将逐渐分离，这避免了损坏叶片的其余部分以及周围部件，并且使叶片相对于耐磨材料脱离。本专利技术使得能够在导致叶片自接合现象的关键事件期间改善空气动力学性能并限制损坏。自接合叶片上的预定断裂区域或可熔区域使得叶片能够在接触期间脱离，从而限制对叶片尖端的损坏。因此，在导致叶片自接合现象的关键事件期间，不需要更换许多零件，而只需要修理或更换叶片。叶片尖端间隙的确定不再考虑叶片的自接合特性。这样就有可能减小间隙，从而提高叶片的空气动力学性能。因此，叶片的尺寸取决于发动机目标(直径、转速等)，将在所提出的实施例中确定用于产生预定断裂区域的最佳解决方案。
[0020]根据本专利技术的实施例，所述间断由以下事实体现，即，所述纤维增强物相对于树脂基体的体积，具有第一体积比的线股，第一体积比的线股存在于位于所述预定断裂区域外部的主要区域中，并且所述纤维增强物相对于所述树脂基体的体积，在所述预定断裂区域中具有第二体积比的线股，所述线股的第二体积比小于所述线股的第一体积比。
[0021]根据本专利技术的实施例，所述间断由以下事实体现：所述预定断裂区域由所述树脂基体组成，并且在所确定的非零高度中既不包括经线股也不包括纬线股。
[0022]根据本专利技术的另一个实施例，所述经线股和/或纬线股的间断位于从所述主要区域到所述预定断裂区域的至少一个过渡部中，所述过渡部与所述叶片尖端边缘相距所确定的非零高度，
[0023]所述预定断裂区域在所确定的非零高度中包括通过三维编织而获得的纤维增强物以及嵌入有所述纤维增强物的树脂基体，所述纤维增强物具有第二体积比的经线股和纬线股，该经线股至少沿着第三高度方向延伸，该纬线股至少沿着第一纵向方向延伸。
[0024]根据本专利技术的实施例，所述线股的第一体积比大于50％，所述线股的第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于涡轮机旋转风扇的叶片(2)，所述叶片(2)包括主体(20)，所述主体具有：上游边缘(22)和下游边缘(23)，所述主体(20)在所述上游边缘和所述下游边缘之间沿着第一纵向方向(AX)延伸；外弧面(24)和内弧面(25)，所述主体(20)在所述外弧面和所述内弧面之间沿着横向于第一方向(AX)的第二厚度方向(EP)延伸；叶片根部(26)和上部叶片尖端边缘(27)，所述主体(20)在所述叶片根部和所述上部叶片尖端边缘之间沿着横向于所述第一方向和第二方向(AX、EP)的第三高度方向(DR)延伸，所述叶片根部(26)的功能是固定到纵向旋转风扇毂(250)，所述叶片包括预定断裂区域(5、51、52、53、54、55、56)，所述预定断裂区域从所述上游边缘(22)沿着所述第一纵向方向(AX)在确定的非零长度(L)上延伸，并且从叶片尖端边缘(27)沿着所述第三高度方向(DR)在确定的非零高度(H)上延伸，所述叶片的特征在于，所述主体(20)由复合材料制成，所述复合材料包括通过对至少沿所述第三高度方向(DR)延伸的经线股(41)和至少沿所述第一纵向方向(AX)延伸的纬线股(42)进行三维编织而获得的纤维增强物(4)以及嵌入有所述纤维增强物(4)的树脂基体(43)，所述主体(20)在所述预定断裂区域(5、51、52、53、54、55、56)中或附近具有所述经线股(41)中的至少某些经线股和/或所述纬线股(42)中的至少某些纬线股的至少一个间断(6、61、62、63、64、65、66)，所述间断被配置为使得在存在沿所述第二厚度方向(EP)延伸的对所述叶片尖端边缘(27)的切向摩擦时，所述预定断裂区域(5、51、52、53、54、55、56)部分地分离，所述预定断裂区域(5、51、52、53、54、55、56)的确定的非零高度(H)小于叶片(2)的空气动力学流路高度(HVA)的3％，所述空气动力学流路高度被限定为从所述上部叶片尖端边缘(27)到叶片(2)的空气动力学流路起始点(7)，所述空气动力学流路起始点沿着所述第三高度方向(DR)位于距所述叶片根部(26)一距离处并且旨在与叶片间平台接触。2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述间断(6、61，62、63)由以下事实体现，即，所述纤维增强物(4)相对于所述树脂基体(43)的体积，具有第一体积比的线股(41、42)，所述第一体积比的线股存在于位于所述预定断裂区域(5、51、52、53)外部的主要区域(21)中，并且所述纤维增强物相对于所述树脂基体(43)的体积，在所述预定断裂区域(5、51、52、53)中具有第二体积比的线股(41、42)，所述线股(41、42)的第二体积比小于所述线股(41、42)的第一体积比。3.根据权利要求1和2中任一项所述的叶片，其特征在于，所述间断(6、61)由以下事实体现：所述预定断裂区域(5、51)由所述树脂基体(43)组成，并且在所确定的非零高度(H)中既不包括经线股(41)也不包括纬线股(42)。4.根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述经线股(41)和/或所述纬线股(42)的间断(6、62)位于从所述主要区域(21)到所述预定断裂区域(5、52)的至少一个过渡部(8)中，所述过渡部(8)与所述叶片尖端边缘(27)相距所确定的非零高度(H)，所述预定断裂区域(5、52)在所确定的非零高度(H)中包括通过三维编织而获得的纤维增强物(4)以及嵌入有所述纤维增强物(...

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