轴向涡轮机压缩器的外壳制造技术

本发明专利技术涉及一种外壳，特别是轴向涡轮机压缩器的外壳。外壳包括由复合材料制成的柱形整体形状的支撑件(34)、通过结合至支撑件(34)的内表面而安装的金属箍(36)以及通过将等离子体喷涂到金属箍(36)的内表面上而安装的可磨耗材料层(22)。金属箍(36)最好由不锈钢制成，并最好被穿孔。穿孔允许更好地键入粘合剂并允许对其除气。金属箍(36)的外表面在结合之前最好被喷砂。其内表面在等离子喷涂可磨耗材料之前也最好被喷砂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】轴向涡轮机压缩器的外壳
本专利技术涉及一种具有旨在提供旋转密封的可磨耗材料层的轴向涡轮机的外壳，特别针对轴向涡轮机压缩器(axialturbomachinecompressor)的外壳。本专利技术还涉及一种配备有这样的壳的轴向涡轮机压缩器。本专利技术还涉及一种制造这样的壳的方法。应当注意到，形容词“可磨耗的(abradable)”常用来指能够提供一定程度的密封来防止表面相对于材料移动的脆性材料。能够以各种方式来构成、形成或构造该材料。例如，配备有该材料层的轴向涡轮机压缩器的外壳会确保对所述压缩器的转子叶片的末端的旋转密封。这能够实现要维持的整体气密性，不论涡轮机中固有的多么轻微的任何扭曲，特别是由于离心力所产生的叶片延长的任何变形。通过最小化移动叶片和流体流的壳体之间的间隙，提高了涡轮喷气发动机的有效性和效率。特别针对航空发动机中的轴向涡轮机压缩器，研发并发展了复合材料的使用，特别是具有有机基质的那些复合材料。使用这样的材料，尤其作为外壳的一部分带来了新的约束。
技术介绍
专利US2009/0277153A1公开了一种具有支撑可磨耗材料层的复合填料的燃气涡轮发动机的定子。该可磨耗材料层的作用在于给讨论中的发动机定子壳体的内表面加内衬，以摩擦接触旋转叶片的末端。壳体的内侧内衬有复合多孔材料层，该复合多孔材料层设计成在发生“风机叶片关闭”的情况下吸收来自冰冻或叶片碎片的潜在影响。衬层通过中间壁被涂覆有可磨耗材料层。该中间壁具有直径大于1mm的一系列孔。中间壁被粘接至复合衬层，并且优先由用玻璃纤维增强的聚酯制成。使用键入到孔中的粘合剂将可磨耗材料层固定至中间壁。这些孔允许除气发生，特别是朝向复合衬层的单元除气，并且能够实现可磨耗材料层和中间壁之间的机械结合。在简略的专利US2009/0277153A1中提出了一种将可磨耗材料固定至多孔支撑件的方法。因此，该解决方案的范围严重受限。专利US4329308公开了一种具有拥有“U”型横截面的边缘的金属环，中空部分填充有可磨耗材料。该可磨耗材料通过在环中模制它而成型，或者是预成型的然后布置在环中。然后，可磨耗层被压到齿轮上，以便在焙烧之前形成空腔。如之前阐述的，可磨耗材料由预成型的聚合物制成。该专利中陈述的是，该环可以插入到定子壳体中或者形成定子壳体的一部分。然而，将环固定至定子的方法未加以限定。该阐述所提出的解决方案需要一种生产以及固定可磨耗层的特定方法。此外，所提出的解决方案没有提出将环固定至壳体。专利US4867639公开了一种包括蜂窝金属结构和陶瓷部件的可磨耗层。蜂窝状结构直接钎焊到定子的内壁上，或者钎焊到附接至定子壁的支撑件上。该可磨耗层是更强壮的，特别是比上述的可磨耗聚合物更耐温度。然而，如之前阐述的，在固定支撑件之前，可磨耗层由于其本质被设置到合适的位置。另外，相对结实的支撑件被固定至具有机械接头的壳体中，机械接头不与复合材料制成的壳体兼容。除之前专利的阐述之外，现在使用等离子喷涂将高性能的可磨耗层沉积在金属壳上，尤其是在低压压缩器中。这些可磨耗材料包含金属部件，当直接施加到复合支撑件上时，由于金属和合成物的膨胀系数的显著差异，并且由于接口的易碎特性，这带来了保留问题。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种配备有可磨耗层的壳以及一种用于制造这样的壳的方法，这克服了上面提到的至少一个问题。更具体地，本专利技术旨在提出一种具有通过等离子喷涂沉积的可磨耗层的复合壳以及一种制造这样的壳的简单且有效的方法，这提供了一种减小压缩器的质量(mass)的方式。本专利技术由轴向涡轮机的壳组成，包括：具有大致圆形内表面的大致环形或柱形支撑件；环，具有内表面和与所述内表面相对的附接至所述支撑件内表面的外表面；附接至所述环的内表面的可磨耗材料层；其中所述支撑件由有机基质复合材料制成；并且所述环由金属材料制成。支撑件和/或环可以是大致柱形的，然而却具有轴向涡轮机的压缩器壳体的形状所固有的(轻微的)固有锥度。优选地，支撑件是确保涡轮机刚性的结构元件。环可以是闭合的、打开的或者由若干段组成，段然后被先后地布置在支撑件上以便形成环。优选地，金属环被穿孔或结构化。虽然使用复合材料来降低重量通常为人所知，但使用热膨胀特征与复合支撑壁和可磨耗层匹配的中间金属环的构思却并非不值一提的。在US2009/0277153A1的阐述中，主体的结构部分(亦即壳体壁)由金属材料制成。由合成物制成的中间穿孔层被用在复合的可磨耗层和中间多孔的金属层之间。在本文描述的本专利技术中，使用金属环会引起复合壳和可磨耗材料的热膨胀系数之间的较少的突变，以确保可磨耗层的机械强度。还能够实现通过等离子喷涂施加的高性能可磨耗材料。另外，该金属环还作为用于复合支撑件的保护层。金属材料的存在补偿了复合材料的典型的缺乏延展性，并保护复合支撑件免受剧烈的机械应力，如腐蚀或由发生诸如风机叶片损耗所造成的叶片行为。该保护层针对部件的可修复也是有利的。当通过诸如喷砂或水射流的已知方法移除可磨耗层时，壳的复合部分被保护。根据本专利技术的第一实施方式，环包括分布在其表面上的一系列孔。孔一般均匀分布和/或规则地分布在环的表面上，优选地分布在环的整个表面上。孔大致是圆形的，并且具有的直径小于或等于1mm，优选地小于或等于0.6mm。该环可以由金属环的若干箍构成。孔不仅能够实现粘合剂的除气，还能够实现更好的机械结合。根据本专利技术的第二实施方式，环由丝网制成。优选地，环的金属材料由如下材料构成：不锈钢、钛、镍-铁合金、殷钢(铁-镍36％)。根据本专利技术的第三实施方式，环由多孔材料制成，优选地由金属泡沫制成，更优选地由镍泡沫制成。优选地，针对上述的三个实施方式，环段由具有0.1mm和1mm之间厚度的条制成，该厚度优选地介于0.15和0.5mm之间，更优选地介于0.15mm和0.3mm之间。优选地，针对上述的三个实施方式，壳包括布置在支撑件和环之间确保它们的结合的胶粘层。优选地，胶粘层与支撑件表面和环的相应表面直接接触。优选地，针对上述的三个实施方式，可磨耗层包括具有金属部件的使用等离子体喷涂的可磨耗材料。优选地，针对上述的三个实施方式，可磨耗层包括使用等离子体喷涂的铝硅聚酯可磨耗材料。优选地，可磨耗层被直接施加至环，优选地通过喷涂被直接施加至环。根据本专利技术的又一有利实施方式，支撑件包括涡轮机的压缩器壳体的结构部分，所述部分优选地对应于所述压缩器的至少一排定子叶片和一排转子叶片。本专利技术还由轴向涡轮机压缩器组成，该轴向涡轮机压缩器包括配备有所谓的转子叶片排的叶片的转子、具有所谓的定子叶片排的叶片的壳体，其中所述壳体包括具有如上面限定的至少一个壳的壳或组件，所述壳成为具有可磨耗层的所述壳体的一部分，可磨耗层为所述转子叶片的末端提供密封。本专利技术还由制造轴向涡轮机的壳的方法组成，该轴向涡轮机最好是轴向涡轮机压缩器，该方法包括如下步骤：a)为由具有有机基质的复合材料制成的大致环形或柱形的支撑件提供大致圆形内表面；b)将金属环固定至所述支撑件上，所述环具有内表面和外表面，该外表面与所述内表面相对，并且优选地通过粘接而固定在所述支撑件的内表面上；c)将可磨耗材料层施加在所述环的内表面上。根据本专利技术的有利实施方式，通过等离子喷涂来执行步骤c)，可磨耗材料最好是铝硅聚酯。根据本专利技术的再一有利实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.11 EP 10172542.21.轴向涡轮机的壳，包括：具有大致圆形内表面的大致环形或柱形的支撑件(34)，所述支撑件是确保涡轮机刚性的结构元件；具有内表面和外表面的环(36)，所述外表面与所述环的内表面相对并且附接至所述支撑件(34)的内表面；附接至所述环(36)的内表面的可磨耗材料层(22)；其中所述支撑件(34)由具有有机基质的复合材料制成；所述环(36)由金属材料制成；并且所述壳包括布置在支撑件(34)和环(36)之间确保它们的结合的胶粘层(38)。2.根据前述权利要求所述的轴向涡轮机的壳，其中，环(36)包括分布在其表面上的一系列孔，孔具有小于或等于1mm的直径。3.根据权利要求2所述的轴向涡轮机的壳，其中，所述孔具有小于或等于0.6mm的直径。4.根据权利要求1所述的轴向涡轮机的壳，其中，环(36)由丝网组成。5.根据前述权利要求中任一项所述的轴向涡轮机的壳，其中，环(36)的金属材料由如下材料构成：不锈钢、钛、镍-铁合金、殷钢。6.根据权利要求1所述的轴向涡轮机的壳，其中，环(36)由多孔材料制成。7.根据权利要求6所述的轴向涡轮机的壳，其中，所述环(36)由金属泡沫制成。8.根据权利要求6所述的轴向涡轮机的壳，其中，所述环(36)由镍泡沫制成。9.根据权利要求1至4和6至8中任一项所述的轴向涡轮机的壳，其中，环(36)由厚度介于0.1mm和1mm之间的条制成。10.根据权利要求9所述的轴向涡轮机的壳，其中，所述环(36)由厚度介于0.15mm和0.5mm之间的条制成。11.根据权利要求9所述的轴向涡轮机的壳，其中，所述环(36)由厚度介于0.15mm和0.3mm之间的条制成。12.根据权利要求1至4和6至8中任一项所述的轴向涡轮机的壳，其中，环(36)由若干段制...

【专利技术属性】
技术研发人员：G杜查内，M菲力佩特，
申请(专利权)人：航空技术空间股份有限公司，
类型：
国别省市：