由陶瓷基复合材料制造喷嘴叶片的方法技术

本发明专利技术涉及一种制造由陶瓷基复合材料制成的涡轮喷嘴叶片的方法。成的涡轮喷嘴叶片的方法。成的涡轮喷嘴叶片的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由陶瓷基复合材料制造喷嘴叶片的方法


[0001]本专利技术涉及由陶瓷基质复合材料(“CMC材料”)制成的涡轮喷嘴叶片的制造方法。这些叶片可以集成到航空涡轮发动机或工业涡轮发动机的喷嘴中。

技术介绍

[0002]涡轮喷嘴是与涡轮喷气发动机外壳相连的部件，可以引流和引导主流中的气体。涡轮级包括一个称为“喷嘴”(或定子)的叶片组件，然后是叶片组件或转子(涡轮盘和叶片组)。涡轮喷嘴由空心翼型叶片制成，也就是说，翼型在其外端和内端之间的整个长度上具有内部纵向通道。这种通道允许将气流从外部输送到内部，特别是用于冷却涡轮转子轮盘。
[0003]CMC材料已被提议作为涡轮机的热段部件。事实上，这些材料具有显著的热结构特性，也就是说，机械特性使它们能够构成结构部件，并能够在高温下保持这些特性。此外，CMC材料的密度比传统上用于涡轮发动机热段部件的金属材料低得多。
[0004]喷嘴受到与流动路径中的空气动力流相关的力，以及喷嘴下方壳体上的活塞效应(喷嘴下方上游腔和下游腔之间的压力差)。这些力在喷嘴和壳体之间的紧固件周围产生力矩。
[0005]喷嘴叶片必须通过确保足够结构阻力的区域来引导这些力，同时具有相对复杂的形状，确保各种功能，例如，特别是气流向下游级(翼型的气动外形)的定向和分布，通过上部和下部流动路径(平台)引导气流，以及向内部壳体提供冷却空气。
[0006]期望有一种容易制造由CMC材料制成的喷嘴叶片的方法，以令人满意的方式确保对所施加的力的抵抗力以及期望的功能。

技术实现思路

[0007]本专利技术涉及一种制造由陶瓷基复合材料制成的涡轮机喷嘴叶片的方法，所述方法包括：
[0008]提供第一纤维预制件，其包括(i)用于形成待获得的叶片的翼型的纤维增强件的中空中心部分，(ii)从所述中心部分的内部部分在其每一侧上延伸并横向于所述中心部分的内部横向部分，以及(iii)从所述中心部分的外部部分在其每一侧上延伸并横向于所述中心部分的外部横向部分，
[0009]提供一对第二纤维预制件，每个第二预制件具有开口，所述开口具有待获得的叶片的翼型的形状，所述开口通向所考虑的第二纤维预制件的第一边缘，每个第二纤维预制件具有连接在所考虑的第二纤维预制件的第二边缘上的两个表层，所述第二边缘与所述第一边缘不同，这些表层在所述开口的任一侧上限定未连接区域，从而能够彼此间隔开，
[0010]通过将所述中心部分插入所考虑的第二纤维预制件的开口，并将所述内部横向部分置于所考虑的第二纤维预制件的表层之间，将其中一个第二纤维预制件与所述第一纤维预制件组装起来，这种组装旨在形成待获得的叶片的内部平台的纤维增强件，
[0011]通过将所述中心部分插入所考虑的第二纤维预制件的开口，并将所述外部横向部
分置于所考虑的第二纤维预制件的表层之间，将另一个第二纤维预制件与所述第一纤维预制件组装起来，这种组装旨在形成待获得的叶片的外部平台的纤维增强件，以及
[0012]通过在这些预制件之间形成共同的陶瓷基质，将如此组装的第二预制件固定到所述第一预制件上。
[0013]第一预制件和第二预制件的单独制造，它们各自支持有限数量的功能，与叶片的纤维增强件形成为单件的情况相比，允许简化制造。此外，在第二纤维预制件的表层之间插入横向部分的事实允许获得对操作中的力具有良好抵抗力的组件。
[0014]在一个示例性实施例中，通过三维编织获得第一纤维预制件。
[0015]在一个示例性实施例中，通过三维编织来编织第二预制件，并且在第二边缘上将表层编织在一起，第二预制件具有限定未连接区域的分离区域。
[0016]在一个示例性实施例中，第一预制件的中心部分在外部横向部分的外侧延伸出一部分，形成用于将待获得的叶片安装在壳体中的附接部分预制件。
[0017]在一个示例性实施例中，第一纤维预制件的中心部分旨在限定待获得的叶片的空气动力学轮廓。作为一种变型，第一纤维预制件还包括添加到中心部分上的异形(profiled)纤维织构，该异形纤维织构用于限定待获得的叶片的空气动力学轮廓。
[0018]在一个示例性实施例中，至少通过化学蒸汽渗透(“CVI”)形成公共基质。作为变型或组合，至少通过液体工艺形成公共基质。因此，例如可以通过化学蒸汽渗透形成第一公共基质相，然后通过液体工艺例如通过熔融状态的渗透形成第二公共基质相。
附图说明
[0019]图1是在根据本专利技术的方法的示例的情况下实施的第一纤维预制件的透视图。
[0020]图2表示第二纤维预制件中的一个，其旨在在根据本专利技术的方法的示例的情况下在与第一纤维预制件组装之后形成外部平台。
[0021]图3表示第二纤维预制件中的另一个，其旨在在根据本专利技术的方法的示例的情况下在与第一纤维预制件组装之后形成内部平台。
[0022]图4是在将第二纤维预制件组装到第一纤维预制件上之后获得的组件的透视图。
[0023]图5是图4所示组件的纵向截面示意图。
[0024]图6是第一纤维预制件的另一个变体的示意性纵向截面图，其包括可以在根据本专利技术的方法变体的情况下实施的附加异形纤维织构。
[0025]图7是图6所示第一纤维预制件的俯视图。
具体实施方式
[0026]图1是第一纤维预制件1的透视图，该预制件可用于根据本专利技术的方法的示例的情况下。
[0027]第一纤维预制件1包括中心部分11，其旨在形成待获得的叶片的翼型的结构部分。在这里考虑的示例中，中心部分11呈现空气动力学轮廓，旨在限定叶片的内弧面和外弧面。中心部分11的第一侧11a旨在限定外弧面，而中心部分11的第二侧11b旨在限定内弧面。应当注意，结构部分不一定形成叶片的空气动力学轮廓，如下面将关于图6和图7所描述的那样。
[0028]中心部分11是中空部分，其具有在其内部部分11c和其外部部分11d之间延伸的内部纵向通道12。纵向通道12旨在被冷却气流穿过。第一侧11a和第二侧11b界定纵向通道12，纵向通道12存在于这些侧11a和11b之间。
[0029]在整个文本中，术语“内部”和“外部”是相对于喷嘴的轴线(箭头A)的径向方向(箭头R)使用的，也就是说相对于喷嘴的半径方向(连接喷嘴中心和外围的直线)。
[0030]第一纤维预制件1还包括从内部部分11c在其每一侧并与其横向延伸的内部横向部分13。第一纤维预制件1还包括从外部部分11d在其每一侧并与其横向延伸的外部横向部分15。
[0031]在所示的示例中，中心部分11与内部横向部分13和外部横向部分15属于通过三维编织获得的同一纤维织构。在该示例中，因此在中心部分11与内部横向部分13和外部横向部分15之间存在织物连续性。内部横向部分13和外部横向部分15在此通过纤维织构的折叠来限定。在所示示例中，纤维织构具有从分离底部11e限定的分离区域。外部横向部分15的纱线在分离区域不与中心部分11结合。
[0032]此外，在所示的示例中，中心部分11在外部横向部分1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】1.一种制造由陶瓷基复合材料制成的涡轮喷嘴叶片的方法，所述方法包括：提供第一纤维预制件(1)，其包括(i)用于形成待获得的叶片的翼型的纤维增强件的中空中心部分(11；110)，(ii)从所述中心部分的内部部分(11c)在其每一侧上延伸并横向于所述中心部分的内部横向部分(13)，以及(iii)从所述中心部分的外部部分(11d)在其每一侧上延伸并横向于所述中心部分的外部横向部分(15)，提供一对第二纤维预制件(20a；20b)，每个第二预制件具有开口(201a；201b)，所述开口具有待获得的叶片的翼型的形状，所述开口通向所考虑的第二纤维预制件的第一边缘(21a；21b)，每个第二纤维预制件具有连接在所考虑的第二纤维预制件的第二边缘(27a；27b)上的两个表层(23a
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25a；23b
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25b)，所述第二边缘与所述第一边缘不同，这些表层在所述开口的任一侧上限定分离区域，从而能够彼此间隔开，通过将所述中心部分插入所考虑的第二纤维预制件的开口，并将所述内部横向部分置于所考虑的第二纤维预制件的表层之间，将其中一个第二纤维预制件与所述第一纤维预制件组装起来，这种组装旨在形成待获得的叶片的内部平台的纤维增强件，通过将所述中心部分插入所考虑的第二纤维预制件的开口，并将所述外部横向部分置于所考虑的第二纤维预制件的表层之间，将另一个第二纤维预制件与所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修，
申请(专利权)人：赛峰集团陶瓷，
类型：发明
国别省市：