Сектор статора для газотурбинного двигателя, способ изготовления сектора статора, статор газотурбинного двигателя, компрессор газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель

Сектор статора турбины содержит множество лопаток из композитного материала, содержащего волоконное армирование, уплотненное матрицей, первую и вторую платформы. Каждая лопатка имеет аэродинамический профиль, а платформы имеют вид дуг окружностей и изготовлены из композитного материала, содержащего волоконное армирование, уплотненное матрицей. Первая и вторая платформы имеют отверстия, в которых зацепляются первые и вторые концы лопаток соответственно. Каждое отверстие в первой платформе имеет непрерывную кромку, которая находится в непрерывном контакте с соответствующим первым концом соответствующей лопатки. Отверстия в первой платформе имеют размеры, которые больше размеров первых концов лопаток, входящих в зацепление в указанные отверстия так, чтобы оставить зазор между первыми концами каждой из лопаток и отверстиями. Каждый первый конец лопатки, входящий в зацепление в отверстие, имеет размеры меньшие, чем размеры аэродинамического профиля, так чтобы образовать плечо, простирающееся вокруг указанного первого конца. Плечо имеет размеры большие, чем размеры отверстий первой платформы, и находится в контакте с поверхностью первой платформы. Первая и вторая платформа и первый и второй концы лопатки сформированы и размещены с возможностью соединения в шип. Другие изобретения группы относятся к способу изготовления сектора статора и статору газотурбинного двигателя, а также компрессору с указанным статором и газотурбинному двигателю, имеющему указанный компрессор. Группа изобретений позволяет повысить герметичность статора компрессора газотурбинного двигателя. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 14 ил.

 

Изобретение относится к статорам газотурбинных двигателей. Конкретная область применения - это компрессоры или установки направляющих лопаток газовых турбин для авиадвигателей и промышленных турбин.

Повышение производительности газотурбинных двигателей и снижение их загрязняющих выбросов приводит к тому, чтобы обеспечить более высокие рабочие температуры. Поэтому, для элементов в горячих частях газотурбинных двигателей, были сделаны предложения, использовать керамические матричные композитные (CMC) материалы. Эти материалы обладают замечательными термоструктурными свойствами, т.е. механическими свойствами, которые делают их пригодными для образования структурных элементов, вместе со способностью сохранять эти свойства при высоких температурах. Кроме того, CMC материалы имеют плотность, которая значительно меньше, чем плотность металлических материалов, традиционно используемых для элементов в горячих частях газотурбинных двигателей.

Таким образом, документы WO 2010/061140, WO 2010/116066 и WO 2011/080443 описывают изготовления лопаток для роторных колес газотурбинного двигателя из CMC со встроенными внутренней и внешней платформами. Также было предложено использовать CMC материалы для сопел турбины, в частности, в документе WO 2010/146288.

Обычные сопла турбины или установка направляющих лопаток компрессора выполненные из металла, изготавливаются из множества секторов, которые собираются вместе, причем каждый сектор имеет внутреннюю платформу, внешнюю платформу и множество лопаток, простирающихся между внутренней и внешней платформами и прикрепляющихся к ним. Внутренняя и внешняя платформы образуют канал для газового или воздушного потока через сопло, или установку направляющих лопаток. На внешней стороне, внешние платформы секторов закрепляются пластинами, дающими возможность соплу турбины или статору компрессора устанавливаться в корпус.

Документ ЕР 1 213 484 описывает звено статора компрессора, выполненного из металлического материала путем сборки лопаток между внутренним ободом и внешним ободом, причем внутренние и внешние концы лопаток прикрепляются, соответственно, к внутреннему ободу и внешнему ободу посредством соответствующих единичных полос. При таких обстоятельствах, закрепление лопаток относительно внутренней или внешней платформ с помощью непрерывной полосы создает проблемы выравнивания между лопатками. В частности, такая технология закрепления требует обеспечения большого величества зазоров между лопатками для того, чтобы они могли быть выровнены относительно полосы. Такой зазор является неприемлемым в сопле низкого давления или статоре, так как это приводит к чрезмерным утечкам и потерям напора в двигателе.

Документ ЕР 1 626 163 описывает статор компрессора, выполненный из металлического материала, имеющий лопатки, которые собираются между внутренним ободом и внешним ободом, с предоставленным большим количеством зазоров, в частности, между прорезями во внутреннем ободе и внутренними концами лопаток. Что же касается документа EP 1 213 484, такой зазор не может быть терпим там, где образуется внутренний канал, так как это приводит к чрезмерным утечкам в двигателе.

ЦЕЛЬ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание способа, позволяющего изготавливать сектор статора, в частности, сопло турбины или установку направляющих лопаток компрессора, из композитного материала, воспроизводя при этом различные функции металлического сектора, в частности, функции образования канала газового или воздушного потока с помощью внутренней и внешней платформ, а также функции крепления внутри корпуса. Другой целью настоящего изобретения является обеспечивание упрощенного способа изготовления такого сектора статора, путем сборки друг с другом простых элементов, и при этом, насколько возможно, без возникновения утечек в местах, где лопатки и платформы собираются друг с другом.

Эта цель достигается с помощью способа изготовления сектора статора газотурбинного двигателя, причем способ содержит:

изготовление множества цельных волокнистых заготовок лопаток;

придание формы волокнистым заготовкам для получения цельных волокнистых преформ лопаток;

уплотнение преформ лопаток матрицей для получения лопаток из композитного материала, каждая из которых содержит волоконное армирование, образованное преформой и уплотненное матрицей;

обработка каждой лопатки для формирования первого конца и второго конца, образующих между ними аэродинамический профиль, причем каждый первый конец имеет размеры меньше, чем размеры аэродинамического профиля так, чтобы образовать плечо, простирающееся вокруг первого конца;

изготовление соответствующих прорезей или пазов в первом и втором концах лопаток;

изготовление волокнистой заготовки для первой платформы и волокнистой заготовки для второй платформы;

придание формы волокнистой заготовке для получения цельной волокнистой преформы для первой платформы в виде дуги окружности и цельной волокнистой преформы для второй платформы в виде дуги окружности;

уплотнение преформы для первой и второй платформ матрицей для получения первой и второй платформ, изготовленных из композитного материала в виде дуг окружностей, содержащие волоконное армирование, образованное преформой и уплотненное матрицей;

изготовление отверстий в первой и второй платформах, причем отверстия первой платформы, имеют размеры большие, чем размеры первых концов лопаток, плечо, простирающееся вокруг каждого первого конца, имеет размеры большие, чем размеры отверстий в первой платформе;

зацепление вторых концов лопаток в отверстиях второй платформы;

размещение закрепляющего элемента в каждой прорези или в пазу на вторых концах лопаток;

зацепление первых концов лопаток в отверстиях первой платформы; а также

размещения закрепляющего элемента в каждой прорези или в пазу на первых концах лопаток.

Таким образом, делая отверстия в первой платформе, которые имеют размеры большие, чем размеры первых концов лопаток и, делая плечо, которое простирается вокруг каждого первого конца, которое имеет размеры большие, чем размеры отверстия в первой платформе, можно оставлять зазор между внутренними концами лопаток и отверстиями во внутренней платформе так, чтобы их было легче собрать вместе. В частности, когда вторые концы лопаток уже зацеплены и прикреплены к отверстиям во второй платформе, которая имеет форму дуги окружности, становится больше невозможным ввести в зацепление первые концы лопаток в отверстия в первой платформе, если только эти отверстия не имеют размеров, достаточных, чтобы оставить зазор относительно первых концов лопаток. В отличие от этого, так как первые концы лопаток окружены соответствующими плечами с размерами большими, чем размеры отверстий в первой преформе, плечи служат, чтобы перекрыть от канала потока зазор, который присутствует между первыми концами и отверстиями в первой платформе, тем самым давая возможность статору быть герметичным там, где образуется внутренняя часть канала.

Кроме того, выбор, связанный с тем, чтобы обеспечить зазор для облегчения сборки между лопатками и платформами дает возможность для массового производства лопаток однообразного вида, и, следовательно, дает возможность уменьшить количество различных видов частей, необходимых для изготовления сектора статора. Это служит для сокращения времени и затрат на изготовление такого сектора статора.

В соответствии с конкретной характеристикой способа, согласно настоящему изобретению, лопатки, первая платформа, вторая платформа, а также закрепляющие элементы изготовляются из керамического матричного композитного (CMC) материала.

Изобретение также предлагает сектор для статора турбины, причем сектор содержит множество лопаток из композитного материала, содержащего волоконное армирование, уплотненное матрицей, каждая лопатка имеет аэродинамический профиль, простирающийся между первым концом и вторым концом, указанный сектор содержит также первую платформу и вторую платформу, при этом платформы имеют форму в виде дуг окружностей и выполнены из композитного материала, содержащего волоконное армирование, уплотненное матрицей, первая платформа имеет отверстия, в которых зацепляются первые концы лопаток, а вторая платформа имеет отверстия, в которых зацепляются вторые концы лопаток, сектор характеризуется тем, что отверстия в первой платформе, имеют размеры, которые больше, чем размеры первых концов лопаток, зацепленных в указанных отверстиях так, чтобы оставить зазор между первыми концами каждой из лопаток и отверстями, и те, что каждый первый конец лопатки, зацепленный в указанном отверстии имеет размеры меньше, чем размеры аэродинамического профиля так, чтобы образовать плечо, простирающееся вокруг указанного первого конца, причем плечо имеет размеры большие, чем размеры отверстий первой платформы, и контактирует с поверхностью первой платформы.

В соответствии с первой характеристикой сектора, согласно настоящему изобретению, участок второго конца каждой лопатки, простирающийся за пределы второй платформы, включает в себя, по меньшей мере, одну прорезь или паз, в котором размещается закрепляющий элемент.

В соответствии со второй характеристикой сектора, согласно настоящему изобретению, участок первого конца каждой лопатки, простирающийся за пределы первой платформы, включает в себя, по меньшей мере, одну прорезь или паз, в котором размещается закрепляющий элемент.

В соответствии с третьей характеристикой сектора, согласно настоящему изобретению, лопасти, первая платформа и вторая платформа изготовляются из керамического матричного композитного (CMC) материала.

В соответствии с четвертой характеристикой сектора, согласно настоящему изобретению, первая платформа соответствует внутренней платформе сектора статора и поскольку первый конец аэродинамического профиля соответствует внутреннему концу указанного аэродинамического профиля, вторая платформа соответствует внешней платформе указанного сектора статора, и второй конец аэродинамического профиля соответствует внешнему концу указанного аэродинамического профиля.

Настоящее изобретение также относится к:

статору газотурбинного двигателя, имеющему множество секторов согласно настоящему изобретению;

компрессору газотурбинного двигателя, имеющему статор согласно настоящему изобретению; а также

газотурбинному двигателю, имеющему компрессор согласно настоящему изобретению.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение может быть лучше понято из следующего описания, приведенного в качестве неограничивающего указания и с помощью ссылок на прилагаемые чертежи, на которых:

Фигуры 1А и 1В - виды в перспективе сектора статора газотурбинного двигателя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фигура 2 - в высшей степени схематичное изображение изготовления заготовки из многослойного тканого волокна для изготовления лопатки сектора статора, показанного на фигурах 1А и 1В;

Фигура 3 показывает волокнистую преформу, сделанную из волокнистой заготовки, изображенной на фигуре 2 для лопатки сектора статора, показанного на фигурах 1А и 1В;

Фигура 4 - вид в перспективе лопатки, изготовленной из композитного материала для сектора статора, согласно фигурам 1А и 1В, которая получена из волокнистой преформы, показанной на фиг. 3;

Фигура 5 - в высшей степени схематичное изображение изготовления заготовки из многослойного тканого волокна для изготовления внутренней платформы сектора статора, показанного на фигурах 1А и 1В;

Фигура 6 показывает волокнистую преформу для внутренней платформы сектора статора, показанного на фигурах 1А и 1В, которая изготовлена из волокнистой заготовки, показанной на фигуре 5;

Фигура 7 - вид в перспективе внутренней платформы, изготовленной из композитного материала для сектора статора, показанного на фигурах 1А и 1В, которая получена из волокнистой преформы, показанной на фигуре 6;

Фигура 8 - вид в перспективе внешней платформы, изготовленной из композитного материала для сектора статора, показанного на фигурах 1А и 1В;

Фигура 9 - вид в перспективе, показывающий внешнюю платформу и лопатки, собранные вместе при изготовлении сектора статора, показанного на фигурах 1А и 1В;

Фигура 10 - вид в перспективе, показывающий внутреннюю платформу и лопатки, собранные вместе при изготовлении сектора статора, показанного на фигурах 1А и 1В;

Фигура 11 - вид снизу, показывающий наличие зазора между внутренними концами лопаток и отверстиями во внутренней платформе;

Фигура 12 - вид в разрезе по линии XII XII, показанной на фигуре 11, показывающий наличие зазора между внутренними концами лопаток и отверстиями во внутренней платформе; а также

Фигура 13 - вид в перспективе статора газотурбинного двигателя, сформированного путем объединения множества секторов статора, показанного на фигурах 1А и 1В.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение применяется для различных типов газотурбинных статоров, и, в частности, сопел низкого давления или установок направляющих лопаток газотурбинного двигателя.

Фигуры 1А и 1В показывают сектор 100 статора, соответствующий варианту осуществления и соответствующий части сопла низкого давления газотурбинного двигателя. Статор 100 в этом примере содержит четыре лопатки 110, внутреннюю платформу 120 и внешнюю платформу 130, при этом внутренняя и внешняя платформы 120 и 130 имеют форму дуг окружностей.

В данном описании термин "внешняя платформа" или "внутренняя платформа" используется взаимозаменяемо, чтобы обозначить либо двухфункциональную платформу, имеющую часть, формирующую платформу для образования канала потока и часть, формирующую пластины или скобы или шипы для закрепления, либо, иначе, однофункциональную платформу, которая ограничивается только одной из этих частей.

Термин «платформа для образования канала потока" используется для обозначения элемента, формирующего часть внешней или внутренней стенки, образующей канал для потока газа в турбине через сопло турбины или канал для потока воздуха в компрессоре через установку направляющих лопаток компрессора.

В настоящем описании, термины "внутренний" и "внешний" используются со ссылкой на положение или ориентацию относительно оси турбины.

Внешняя платформа 130 включает в себя платформу 132, образующую канал потока. На внешней стороне платформы 132, образующей канал потока, выступают обращенные вверх по потоку закрепляющие пластины 133 и обращенные вниз по потоку закрепляющие пластины 134 в виде угловых участков, по существу, S-образной секции. Закрепляющие пластины 133, 134 простираются под тем же углом, что и платформа 132. Концевые части пластин 133, 134 указывают соответственно верх по направлению потока и низ по направлению потока и предназначены для зацепления скобами, переносимыми корпусом авиационного двигателя (не показан на фигурах 1А и 1В) способом, аналогичным тому, который используется для металлического сопла турбины.

В данном описании термины "вверх по потоку" и "вниз по потоку" используются по отношению к направлению потока газовой струи через газотурбинный двигатель.

Внешняя платформа 120 имеет платформу 122, образующую канал потока. На внутренней стороне внутренней платформы 120 выступают обращенные вверх по потоку и вниз по потоку скобы 123 и 124, которые имеют форму кольцевых участков, по существу, С-образной секции, и они загибаются, соответственно в направлении вниз и вверх по потоку.

Скобы 123 и 124 предназначены для поддержки и удержания в аксиальном положении системы уплотнения для соседних дисков ротора в двигателе (не показан на фигурах 1А и 1В).

Каждая лопатка содержит аэродинамический профиль 111, который простирается между внутренним концом 112 и внешним концом 113. Внутренняя платформа 120 имеет отверстия 121, в которых зацепляются внутренние концы 112 лопаток 110, одновременно, внешняя платформа 130 имеет отверстия 131, в которых зацепляются внешние концы 113 лопаток 110. Внутренняя платформа 120 прикреплепляется к внутренним концам 112 лопаток 110 с помощью соединений типа шип-паз, изготовленных с помощью закрепляющих элементов или шпилек 140, каждая из которых, вставляется в прорезь или в паз 1120, образованный в участке каждого внутреннего конца 112, который располагается за пределами внутренней платформы 120 (фигура 1В). Внешняя платформа 130 прикрепляется к внешним концам 113 лопаток 110 посредством соединения типа шип-паз, представленного с помощью закрепляющих элементов или шпилек 150, каждая из которых вставляется в прорезь или в паз 1130, образованный в участке каждого внешнего конца 113, который располагается за пределами внутренней платформы 120 (фигура 1А).

В соответствии с настоящим изобретением, лопатки 110, внутренняя платформа 120, внешняя платформа 130 и закрепляющие элементы 140 и 150, изготавливаются каждый независимо друг от друга.

Фигура 2 - в высшей степени схематичный вид волокнистой заготовки 200, из которой может быть сформирована волокнистая преформа лопатки так, чтобы после уплотнения матрицей и обработки, получилась лопатка из композитного материала, такая как лопатки 110, показанные на фигурах 1А и 1В.

В этом примере заготовка 200 получается путем трехмерного плетения или многослойного плетения между множеством нитей основы ткани и нитей утка. После придания формы волокнистая заготовка 200 предназначается для образования преформы лопатки. Заготовка 200 может иметь различную толщину, которая определяется в зависимости от толщины профиля лопатки, которая должна быть сделана.

Волокнистая преформа 300 лопатки, которая должна быть сделана, получается затем путем формования из заготовки 200, которая деформируется таким образом, чтобы воспроизвести криволинейный профиль лопатки, показанной на фигуре 3. После первоначального уплотнения, служащего для получения преформы, которая способна к сохранению своей формы, преформа 300 механически обрабатывается таким образом, чтобы сформировать участок преформы, образующий аэродинамический профиль, участок преформы, образующий внутренний конец лопатки, имеющий размеры меньше, чем размеры участка преформы для аэродинамического профиля, и включающий в себя прорезь или паз, и участок преформы для внешнего конца лопатки, имеющий размеры меньше, чем размеры участка преформы для аэродинамического профиля и включающего в себя прорезь или паз. Как показано на фигуре 4, лопатка 110 получается таким образом, что содержит аэродинамический профиль 111, который простирается между внутренним концом 112 и внешним концом 113, каждый из которых имеет соответствующую прорезь 1120, 1130. Хотя внутренний конец 112 имеет форму, подобную форме аэродинамического профиля 111, тем не менее, его размеры меньше, чем размеры аэродинамического профиля так, чтобы образовать плечо 1121, которое простирается целиком вокруг внутреннего конца 112. Аналогично, хотя внешний конец 113 имеет форму, подобную форме аэродинамического профиля 111, тем не менее, он имеет размеры, которые меньше, чем размеры аэродинамического профиля так, чтобы образовать плечо 1131, которое простирается целиком вокруг внутреннего конца 113.

В одном варианте осуществления, нити для пряжи, которые используется, могут быть нитями из карбида кремния (SiC), которые доступны под названием "Nicalon" от японского поставщика Nippon Carbon и имеют количество единичной нити 0.5K (500 единичных нитей).

Естественно, в зависимости от количества единичных нитей доступной пряжи, различные сочетания количества слоев пряжи и вариации уплотненности и количество одиничных нитей может быть принято для профиля, который должен быть получен.

В качестве примера, для плетения волокнистой заготовки 200, используемое плетение может включать в себя несколько слоев плетения, выполненных переплетением атласного или мульти-атласного типа. Могут быть использованы другие типы многослойного плетения, например, многослойное плетение с мульти-миткалевым переплетением или интерлочным переплетением. Интерлочное переплетение представляет собой переплетение, в котором каждый слой уточных нитей соединяет между собой множество слоев нитей основы всеми нитями в данном столбце утка, имеющие одинаковое перемещение в плоскости плетения.

Различные многослойные способы плетения описываются, в частности, в Документе WO 2006/136755, содержание которого включено в настоящее описание посредством ссылки.

Волокнистая заготовка, которая применяется для образования волоконного армирования лопатки, может быть также получена путем укладки множества слоев:

одномерной (UD) ткани;

двумерной (2D) ткани;

тесьмы;

трикотажной ткани;

войлока; и/или

однонаправленного (UD) полотна из нитей или очесов или многонаправленного (nD) полотна, полученного путем наложения множества UD полотен в различных направлениях и взаимосвязывания с UD полотнами, например, посредством стегания, с помощью химического связующего агента, или прошиванием.

Слои связываются между собой, например, посредством стегания, посредством вставления нитей или жестких элементов, или прошиванием.

Фигура 5 – в высшей степени схематично, показывает волокнистую заготовку 400 для образования волоконного армирования внутренней платформы и из которой можно формировать волокнистую преформу внутренней платформы после первоначального уплотнения матрицей, служащей для получения преформы, способной к сохранению своей формы, а затем обработки указанной уплотненной преформы для получения внутренней платформы 120, показанной на фигурах 1А и 1В.

В описываемом в настоящий момент примере, волокнистая заготовка 400 получается, как схематически показано на фигуре 5, с помощью многослойного плетения из множества слоев нитей основы, и множество слоев нитей утка. Многослойное плетение может, в частности, включать в себя интерлочное переплетение, то есть переплетение, в котором каждый слой нитей утка соединяет между собой множество слоев нитей основы всеми нитями данного столбца утка, имеющие одинаковое перемещение в плоскости плетения.

Заготовка 400 имеет первую и вторую части 410 и 420, которые предназначаются, чтобы сформировать соответственно платформу 122, образующую канал потока и скобы 123 и 124. Во время плетения, первая и вторая линии 401 и 402, где нет взаимосвязывания, делаются внутри волокнистой заготовки между двумя последовательными слоями нитей основы, расположенными на границе между участками 410 и 420, и перед двумя соответствующими зонами 403 и 404 где нет взаимосвязывания. Участки 410 и 420 являются взаимосвязанными в зоне 405 взаимосвязывания, расположенной между двумя зонами 403 и 404, где нет взаимосвязывания. Отсутствие взаимосвязывания начинается на линиях 401 и 402 и служит для формирования двух соответствующих участков 421 и 422, которые могут быть загнуты при формировании заготовки для того, чтобы в конечном итоге образовать скобы 123 и 124.

Волокнистая заготовка, которая применяется для формирования внутренней платформы, также может быть получена путем сборки вместе двух волокнистых тканей, соответствующих, соответственно, первой и второй частям 410 и 420 описанной выше волокнистой заготовки 400. При таких обстоятельствах, обе волокнистые ткани взаимосвязываются, например, стеганием или прошиванием, только в зоне 405 взаимосвязывания таким образом, чтобы сформировать две части 421 и 422, которые могут быть загнуты при формировании заготовки для того, чтобы в конечном итоге образовать скобы 123 и 124. Две волокнистые ткани соответствующие, соответственно, первой и второй частям 410 и 420 каждая, в частности, может быть получена из слоя или пакета из множества слоев:

одномерной (UD) ткани;

двумерной (2D) ткани;

тесьмы;

трикотажной ткани;

войлока; и/или

однонаправленного (UD) полотна из нитей или очесов или многонаправленных (nD) полотен, полученных путем наложения множества UD полотен в различных направлениях и взаимосвязывания с UD полотнами, например, посредством стегания, с помощью химического связующего агента, или прошиванием.

При укладке множества слоев, они связываются между собой, например, посредством стегания, посредством вставления нитей или жестких элементов, или прошиванием.

Фигура 6 – в высшей степени схематичный вид волокнистой преформы 500 для внутренней платформы, которая должна быть сделана, и которая последовательно получается формованием и деформированием всей преформы, чтобы получить круговую дугообразную общую форму, с участком 410, деформированным так, чтобы воспроизвести формы, аналогичные формам внутренней поверхности для воссоздании канала потока, и с участками 421 и 422 участка 420, которые сгибаются так, чтобы воспроизвести формы, аналогичные формам частей крепежного участка скобы.

После первоначального уплотнения, преформа 500 обрабатывается для образования отверстия по форме и размерам эквивалентного отверстиям внутренней платформы, которая должна быть сделана.

Показанное на фигуре 7, представляет внутреннюю платформу 120 круговой дугообразной формы, имеющую платформу 122, образующую собой канал потока, скобы 123, 124, и отверстия 121 в форме, эквивалентной форме внутренних концов 112 лопаток 110, но размеров, которые больше, чем размеры внутренних концов 112, как описывается ниже.

Внешняя платформа 130, показанная на фигуре 8 получается таким же способом, описанным выше, в отношении изготовления внутренней платформы 120. Этапы, включенные в изготовление внешней платформы, следовательно, не описываются снова из соображений простоты. Внешняя платформа 130, полученная таким образом, имеет круговую дугообразную форму и имеет платформу 132, образующую собой канал потока, закрепляющие пластины 133, 134, и отверстия 131 в форме, эквивалентной форме внешних концов 113 лопаток 110, но с размерами большими, чем размеры внешних концов 113, как описывается ниже.

Для того чтобы избежать наличия дифференциальных коэффициентов теплового расширения между лопатками и платформами, эти элементы предпочтительно целиком изготавливать из одних и тех же видов волокон и матрицы.

В этом месте следует описание изготовления сектора статора путем сборки друг с другом предварительно подготовленных частей. Как показывается на фигуре 9, сборка начинается посредством монтажа лопаток 110 с внешней платформой 130. Для этой цели, внешние концы 113 лопаток 110 зацепляются в отверстиях 131 внешней платформы 130. Закрепляющий элемент 150, предпочтительно изготовленный из того же композитного материала, что лопатка и платформа, вставляется затем и приклеивается в каждой из прорезей 1130 внешних концов 113, выступающих над внешней платформой 130 так, чтобы закрепить сборку между внешней платформой 130 и каждой из лопаток 110.

После этого внутренняя платформа 120 собирается с лопатками 110 посредством зацепления внутренних концов 112 лопаток в отверстиях 121 внутренней платформы 120, как показано на фигуре 10. Закрепляющий элемент 140, который предпочтительно изготавливается из того же композитного материала, что лопатка и платформа, вставляется затем и приклеивается в каждой из прорезей 1120 наружных концов 112, имеющихся под внутренней платформой 120 так, чтобы закрепить сборку между внутренней платформой 120 и лопатками 110.

Сборка затем подвергается уплотнению, которое дает возможность образоваться соединению между частями на их собранных контактных поверхностях за счет совместного уплотнения.

Сборка между лопатками 110 и внутренней платформой 120 возможна только из-за наличия зазора между внутренними концами 112 лопаток 110 и отверстиями 121 во внутренней платформе. В частности, для того, чтобы соответствовать форме окружности конечного статора, сектору статора, который должен быть сделан необходимо соответствовать части окружности, имеющей свой радиус кривизны, определяемый внутренней и внешней платформами. При таких обстоятельствах, лопатки 110 располагаются радиально между внутренней и внешней платформами, и одна из двух платформ не может быть состыкована с лопатками в направлении, перпендикулярном к оси лопаток. В описываемом в настоящий момент варианте осуществления имеется внешняя платформа 130, которая стыкуется изначально с лопатками 110. Стыковка может, таким образом, выполняться вдоль перпендикуляра к осям лопаток так, что нет никакой необходимости оставлять зазор между внешними концами 113 лопаток и отверстиями 131 во внешней платформе 130. В отличие от этого, как только лопатки 110 собираются и прикрепляются к внешней платформе 130 так, чтобы представить собой круговую дугообразную форму, становится невозможным вести в зацепление внутренние концы 112 лопаток в отверстия 121 внутренней платформы 120 без какого-либо зазора, который предусматривается в направлении стыковки между этими отверстиями и внутренними концами лопаток.

Как показано на фигурах 11 и 12, так как отверстия 121 имеют размеры больше, чем размеры отверстий 121, между внутренними концами 112 и отверстиями 121 в направлении стыковки между этими элементами присутствует зазор J. Этот зазор J распределяется в зависимости от положения лопатки для стыковки с внутренней платформой. Зазор J распределяется по обе стороны от внутренних концов 112 лопаток 110, расположенных в центре внутренней платформы 120, при этом он располагается главным образом только с одной стороны от внутренних концов 112 лопаток, расположенных на концах внутренней платформы 120.

Зазор J, таким образом, присутствует между внутренними концами 112 лопаток 110 и отверстиями 121 внутренней платформы 120, таким образом, давая возможность платформе быть собранной со всеми лопатками, которые уже были собраны и прикреплены к внешней платформе.

Кроме того, для того, чтобы поддерживать уплотнение между лопатками и внутренней платформой при наличии такого зазора, и для того, чтобы избежать потерь напора, каждая из лопаток 110 имеет плечо 1121, которое простирается целиком вокруг внутреннего конца 112 и которое имеет размеры большие, чем размеры отверстий 121 во внутренней платформе 120. Таким образом, после того, как внутренняя платформа 112 состыкована и прикреплена к лопаткам 110, плечи 1121 находятся в контакте с верхней поверхностью 112а платформы 112, тем самым делая возможным изолировать канал потока от промежутков, присутствующих между внутренними концами 112 и отверстиями 121 (фигуры 11 и 12).

Сектор 100 статора предпочтительно изготавливается из керамического матричного композитного (CMC) материала, то есть составные части арматуры, изготавливаются из огнеупорных волокон (углеродных или керамических волокон) и уплотняются матрицей, которая, по меньшей мере, является частично керамической. Примеры CMC материалов включают в себя C/SiC композиты (армирование из углеродного волокна и матрица из карбида кремния), C/C-SiC композиты (армирование из углеродного волокна и матрица, содержащая как углеродную фазу обычно близкую к волокнам, так и фазу карбида кремния), SiC/SiC композиты (одновременно армирующие волокна и матрица, изготовленная из карбида кремния), а также оксид/оксид композиты (одновременно армирующие волокна и матрица, изготовленная из оксида алюминия). Для того чтобы улучшить механическую прочность материала, между армирующими волокнами и матрицей может быть размещен межфазный слой.

Уплотнение волокнистой преформы, которое применяется для того, чтобы образовать волоконное армирование каждой части, которая должна быть изготовлена, состоит в заполнении пор преформы во всем объеме или в части ее объема материалом, который представляет собой матрицу. Это уплотнение может быть выполнено известным способом, либо с помощью жидкостной технологии, либо с использованием газовой технологии, такой как химическая инфильтрация из паровой фазы (CVI), или же, используя обе эти технологии, одну за другой.

Жидкостная технология заключается в пропитке преформы жидкой композицией, содержащей предшественник для материала матрицы. Предшественник, как правило, применяется в виде полимера, такого как высокоэффективная эпоксидная смола с возможностью разжижения в растворителе. Преформа помещается в пресс-форму, пригодную для закрывания в герметичном виде, так чтобы оставить полость, имеющую форму завершенной части. После этого пресс-форма закрывается и жидкий предшественник для матрицы (например, смола) вводится в полость для того, чтобы пропитать всю волокнистую часть преформы.

Предшественник превращается в матрицу, то есть он полимеризуется посредством применения термообработки, как правило, путем нагрева пресс-формы после удаления растворителя, если таковой вообще имеется, и после того, как полимер отвердел, и посредством преформы, продолжающейся удерживаться в пресс-форме в форме, соответствующей форме той части, которая должна быть изготовлена.

При формировании керамической матрицы, термическая обработка состоит в пиролизе предшественника для того, чтобы преобразовать матрицу в углеродную или керамическую матрицу в зависимости от используемого предшественника и от условий пиролиза. Например, жидкие предшественники керамики, в частности SiC, могут быть смолами следующих типов: поликарбосилан (PCS), или полититан карбосилан (PTSC), или полисилазан (PSZ). Для того чтобы достичь желаемой степени уплотнения, может быть выполнено множество последовательных циклов от пропитки до термической обработки.

Волокнистая преформа может быть также уплотнена известным способом с помощью газовой технологии путем химической инфильтрации из паровой фазы (CVI). Волокнистая преформа, соответствующая волоконному армированию той части, которая должна быть сделана, помещается в печь, в которой допускается газофазовая реакция. Давление и температура внутри печи, а также состав газовой фазы выбираются так, чтобы дать возможность газовой фазе диффундировать в поры преформы для образования в ней матрицы путем введения твердого материала в сердцевину материала и в контакт с волокнами, причем твердый материал получается из одного из компонентов распада газовой фазы или из реакции между множеством компонентов, в отличии от условий с давлением и температурой, которые являются специфическими для способов химического осаждения из паровой фазы (CVD), которые приводят к осаждению материала исключительно на поверхности материала.

SiC матрица может быть получена с использованием метилтрихлорсилана (MTS), который дает SiC в результате распада MTS.

Уплотнение, сочетающее жидкостную технологию и газовую технологию также может быть использовано для того, чтобы облегчить работу, предельные затраты, а также сократить циклы изготовления, тем не менее получая при этом характеристики, которые являются удовлетворительными для предполагаемого использования.

Первое уплотнение, выполняемое отдельно на каждой волокнистой преформе для лопатки, внутренней платформы, внешней платформы, и закрепляющих элементов может быть выполнено, используя жидкостную технологию, газовую технологию или сочетание обеих технологий.

Фигура 13 показывает статор 600, полученный путем объединения множества вышеописанных секторов 100 статора, при этом статор 600 пригоден для образования сопла низкого давления для турбины авиационного двигателя.

В описанном выше секторе 100 статора, зазор остается между внутренними концами и отверстиями во внутренней платформе так, чтобы сделать возможной, при создании сектора статора сборку лопаток с внутренней платформой после того, как они были собраны с внешней платформой. Тем не менее, изобретение не ограничивается сборкой в этом порядке. Сектор статора, согласно изобретению может быть сделан, начиная со сборки лопаток с внутренней платформой, а затем с внешней платформой. В таких условиях, отверстия во внешней платформе, которые должны принимать внешние концы лопаток, имеют размеры, большие, чем размеры внешних концов лопаток так, чтобы оставить зазор между отверстиями и внешними концами и, таким образом, дать возможность внешней платформе быть собранной с лопатками, которые уже были собраны с внутренней платформой и прикреплены к ней.

1. Способ изготовления сектора статора газотурбинного двигателя, причем способ содержит:

изготовление множества цельных волокнистых заготовок лопаток;

придание формы волокнистым заготовкам, чтобы получить цельные волокнистые преформы лопаток;

уплотнение преформы лопаток матрицей, чтобы получить лопатки из композитного материала, каждая из которых содержит волоконное армирование, образованное преформой и уплотненное матрицей;

обработку каждой лопатки, чтобы сформировать первый конец и второй конец, образующие между собой аэродинамический профиль, причем каждый первый конец имеет размеры меньше, чем размеры аэродинамического профиля, так чтобы образовать плечо, простирающееся вокруг первого конца;

изготовление соответствующих прорезей или пазов в первом и втором концах лопаток;

изготовление волокнистой заготовки для первой платформы и волокнистой заготовки для второй платформы;

придание формы волокнистым заготовкам, чтобы получить цельную волокнистую преформу для первой платформы в виде дуги окружности и цельную волокнистую преформу для второй платформы в виде дуги окружности;

уплотнение преформ для первой и второй платформ матрицей, чтобы получить первую и вторую платформы, выполненные из композитного материала в виде дуг окружностей, содержащие волокнистое армирование, образованное преформой и уплотненное матрицей;

изготовление отверстий в первой и второй платформах, причем каждое отверстие в первой платформе имеет непрерывную кромку и отверстия первой платформы имеют размеры большие, чем размеры первых концов лопаток, плечо, простирающееся вокруг каждого первого конца, имеет размеры большие, чем размеры отверстий в первой платформе;

зацепление вторых концов лопаток в отверстиях второй платформы;

размещение закрепляющего элемента в каждой прорези или в пазу на вторых концах лопаток;

зацепление первых концов лопаток в отверстиях первой платформы таким образом, что непрерывная кромка каждого отверстия в первой платформе находится в непрерывном контакте с плечом каждого соответствующего первого конца каждой лопатки, а также

размещение закрепляющего элемента в каждой прорези или в пазу на первых концах лопаток для формирования соединения шипом и шпунтового соединения.

2. Способ по п. 1, в котором лопатки, первая платформа, вторая платформа и закрепляющие элементы изготавливаются из керамического матричного композитного (CMC) материала.

3. Сектор для статора турбины, причем сектор, содержит множество лопаток из композитного материала, содержащего волоконное армирование, уплотненное матрицей, каждая лопатка имеет аэродинамический профиль, простирающийся между первым концом и вторым концом, причем указанный сектор также содержит первую платформу и вторую платформу, платформы, имеющие вид дуг окружностей, изготовлены из композитного материала, содержащего волоконное армирование, уплотненное матрицей, первая платформа имеет отверстия, в которых зацепляются первые концы лопаток, и вторая платформа имеет отверстия, в которых зацепляются вторые концы лопаток, причем каждое отверстие в первой платформе имеет непрерывную кромку, а каждая непрерывная кромка находится в непрерывном контакте с соответствующим первым концом соответствующей лопатки, при этом отверстия в первой платформе имеют размеры, которые больше размеров первых концов лопаток, входящих в зацепление в указанные отверстия так, чтобы оставить зазор между первыми концами каждой из лопаток и отверстиями, и при этом каждый первый конец лопатки, входящий в зацепление в упомянутое отверстие, имеет размеры меньшие, чем размеры аэродинамического профиля, так чтобы образовать плечо, простирающееся вокруг указанного первого конца, причем плечо имеет размеры большие, чем размеры отверстий первой платформы, и находится в контакте с поверхностью первой платформы, причем первая и вторая платформа и первый и второй концы лопатки сформированы и размещены с возможностью соединения в шип.

4. Сектор по п. 3, в котором участок второго конца каждой лопатки, простирающийся за пределы второй платформы, включает в себя по меньшей мере одну прорезь или паз, в котором размещается закрепляющий элемент.

5. Сектор по п. 3, в котором участок первого конца каждой лопатки, простирающийся за пределы первой платформы, включает в себя по меньшей мере одну прорезь или паз, в котором размещается закрепляющий элемент.

6. Сектор по п. 1, в котором лопатки, первая платформа и вторая платформа изготавливаются из керамического матричного композитного (CMC) материала.

7. Сектор по п. 1, в котором первая платформа соответствует внутренней платформе сектора статора и первый конец аэродинамического профиля соответствует внутреннему концу указанного аэродинамического профиля, вторая платформа соответствует внешней платформе указанного сектора статора и второй конец аэродинамического профиля соответствует внешнему концу указанного аэродинамического профиля.

8. Статор газотурбинного двигателя имеет множество секторов (100) по п. 3.

9. Компрессор газотурбинного двигателя имеет статор по п. 8.

10. Газотурбинный двигатель имеет компрессор по п. 9.



 

Похожие патенты:

Спрямляющий аппарат вентилятора содержит множество лопаток статора, которые прикреплены к корпусу турбовентиляторного двигателя. Если комбинация типа лопатки статора и типа лопатки статора для одной ограничивающей проточный канал пластины является такой же, как комбинация типа лопатки первой лопатки статора и типа лопатки статора для другой ограничивающей проточный канал пластины, положения первых боковых соединительных участков ограничивающей проточный канал пластины и вторых боковых соединительных участков ограничивающей проточный канал пластины указанных одной ограничивающей проточный канал пластины и другой ограничивающей проточный канал пластины совпадают друг с другом.

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей и, в частности, к кольцевому элементу (13) корпуса газотурбинного двигателя. Внутренняя сторона (14) ограничивает проточный тракт для рабочей текучей среды газотурбинного двигателя.

Группа изобретений относится к спиральной камере гидравлической турбины. Камера 32 содержит множество спиральных сегментов 37, 38, определяющих границы канала для направления жидкости, поступающей в камеру, к рабочему колесу, входной сегмент 36, определяющий границы канала для приема жидкости, проходящей в сегменты 37, 38, переходный сегмент 34, соединяющий сегмент 36 с сегментом 37 и определяющий границы канала для направления жидкости, проходящей из сегмента 36 в сегменты 37, 38.

Данное изобретение относится к способу сборки ступени (10) статора газотурбинного двигателя (12), заключающемуся в том, что вставляют установочный штифт (30, 30a, 30b, 30c, 30d) в сквозное отверстие (26), причем установочный штифт (30, 30a, 30b, 30c, 30d) содержит две концевые секции (32, 32d; 34, 34d) и средний участок (36), простирающийся между концевыми секциями (32, 34) и имеющий по меньшей мере одно исполнительное приспособление (38); вставляют упомянутый по меньшей мере один сегмент (18) стенки сектора (14) направляющей лопатки в канавку (24) центральной секции (16) таким образом, что зазор (20) выравнивается в окружном направлении со сквозным отверстием (26) центральной секции (16); поворачивают установочный штифт (30, 30a, 30b, 30c, 30d) в его окружном направлении (22) таким образом, что центральная секция (16) правильно позиционируется в ступени (10) статора посредством взаимодействия упомянутого по меньшей мере одного сегмента (18) стенки с упомянутым по меньшей мере одним исполнительным приспособлением (38) установочного штифта(30, 30a, 30b, 30c, 30d); деформируют деформируемую часть (40) установочного штифта (30, 30a, 30b, 30c, 30d) таким образом, что деформированная теперь часть (40) устанавливается по прессовой посадке по меньшей мере на один сегмент (42) соответствующей структуры (44) центральной секции (16) и тем самым контрят установочный штифт (30, 30a, 30b, 30c, 30d), а значит и центральную секцию (16) в фиксированном положении в ступени статора (10).

Элемент турбомашины включает аэродинамический профиль с задней кромкой и полку. Полка включает область задней кромки для поддержания указанной задней кромки, переднюю краевую поверхность, заднюю краевую поверхность, две окружные фронтальные поверхности, паз для уплотнительной полосы и разгрузочную полость.

Статорная лопатка содержит перо, внешний и внутренний ободные участки, первый и второй крюковые участки, фланцевый участок и усиливающую ткань и вырез. Внешний и внутренний ободные участки изогнуты в периферийном направлении и продолжают внешний и внутренний конец пера соответственно.

Изобретение относится к турбомашинам, в частности к устройствам регулирования направляющих лопаток турбомашины. Предложено устройство для поворачивания множества направляющих лопаток, сгруппированных в кольцо, вокруг осей поворота направляющих лопаток, продолжающихся в радиальном направлении.

Турбомашина включает статор с компонентами статора, ротор с, по меньшей мере, одним компонентом ротора и, по меньшей мере, один канал для направления рабочей среды для приведения в движение ротора.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано при изготовлении лопаток турбины высокого давления для соплового аппарата газотурбинного двигателя.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к спрямляющим аппаратам компрессора газотурбинного двигателя. В спрямляющем аппарате компрессора газотурбинного двигателя, содержащем наружное кольцо, выполненное разборным и зафиксированное в составном корпусе, внутреннее кольцо и уплотнительное кольцо, выполненные разборными, лопатки, установленные в прорезях, выполненных по окружности в наружном и внутреннем кольцах соответственно, причем наружное и внутреннее кольца выполнены коническими относительно продольной оси компрессора газотурбинного двигателя, меньшие основания которых направлены в противолежащие стороны, согласно настоящему изобретению на участках лопаток, расположенных над наружным кольцом и под внутренним кольцом, выполнены поперечные прорези, в каждой из которых установлено по упругому элементу, контактирующему по обе стороны лопатки с наружной поверхностью наружного кольца или внутренней поверхностью внутреннего кольца соответственно, при этом любой из упругих элементов зафиксирован в поперечной прорези посредством установленного в ней стопорного элемента, контактирующего с его торцом.

Спрямляющий аппарат вентилятора содержит множество лопаток статора, которые прикреплены к корпусу турбовентиляторного двигателя. Если комбинация типа лопатки статора и типа лопатки статора для одной ограничивающей проточный канал пластины является такой же, как комбинация типа лопатки первой лопатки статора и типа лопатки статора для другой ограничивающей проточный канал пластины, положения первых боковых соединительных участков ограничивающей проточный канал пластины и вторых боковых соединительных участков ограничивающей проточный канал пластины указанных одной ограничивающей проточный канал пластины и другой ограничивающей проточный канал пластины совпадают друг с другом.

Спрямляющий аппарат вентилятора содержит множество лопаток статора, которые прикреплены к корпусу турбовентиляторного двигателя. Если комбинация типа лопатки статора и типа лопатки статора для одной ограничивающей проточный канал пластины является такой же, как комбинация типа лопатки первой лопатки статора и типа лопатки статора для другой ограничивающей проточный канал пластины, положения первых боковых соединительных участков ограничивающей проточный канал пластины и вторых боковых соединительных участков ограничивающей проточный канал пластины указанных одной ограничивающей проточный канал пластины и другой ограничивающей проточный канал пластины совпадают друг с другом.

Настоящее изобретение относится к устройству регулирования направляющих лопаток турбомашины для поворачивания вокруг радиальной оси направляющих лопаток множества направляющих лопаток, которые сгруппированы в кольцо направляющих лопаток.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям обшивок, размещенных между двигателем и гондолой. Структура обшивки, расположенная между двигателем и гондолой воздушного судна, содержит кожух, окружающий двигатель и содержащий множество секторов (12А,12В), по меньшей мере, один радиальный кронштейн (14), обеспечивающий соединение с гондолой; и множество крепежных средств для прикрепления указанного множества секторов кожуха друг к другу или к указанному, по меньшей мере, одному радиальному кронштейну.

Изобретение относится к статорам газовых турбин газотурбинных двигателей авиационного применения. Статор газовой турбины, в наружном корпусе которой установлены секторы разрезного сотового кольца, выполненного двухслойным, с опорными элементами на переднем и заднем осевых концах сектора.

Изобретение относится к кольцевому внешнему корпусу компрессора низкого давления осевой турбомашины. Корпус содержит кольцевую стенку из композитного материала с органической основой.

Изобретение относится к устройству для направления регулируемых лопаток статора турбореактивного двигателя, содержащему множество угловых секторов внутреннего кольца, расположенных торец в торец для образования внутреннего кольца, при этом каждый сектор внутреннего кольца содержит каналы, проходящие радиально сквозь сектор внутреннего кольца, множество цилиндрических втулок, каждая из которых вставлена на место в канал внутреннего кольца изнутри и каждая из которых предназначена для приема направляющей оси лопатки статора, множество угловых секторов соединительного кольца, расположенных торец в торец для образования соединительного кольца и вставленных на место радиально изнутри к внутреннему кольцу, и множество блокирующих элементов, проходящих в осевом направлении сквозь внутреннее и соединительное кольца для сборки этих колец друг с другом.

Предлагается статорная облопаченная конструкция, которая может подавлять потерю давления, вызванную зазором или разницей уровня между вкладышами, образующими воздушный канал со статорными лопатками, выполненными из композитного материала, и вкладышами в турбовентиляторном двигателе, и турбовентиляторный двигатель с использованием этой статорной облопаченной конструкции.

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей и, в частности, к кольцевому элементу (13) корпуса газотурбинного двигателя. Внутренняя сторона (14) ограничивает проточный тракт для рабочей текучей среды газотурбинного двигателя.

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей и, в частности, к кольцевому элементу (13) корпуса газотурбинного двигателя. Внутренняя сторона (14) ограничивает проточный тракт для рабочей текучей среды газотурбинного двигателя.

Кольцевая крышка смазочной камеры подшипника турбомашины содержит кольцевую стенку, которая в целом является круглой, образует раструб и на одном конце, предназначенном для установки в него передаточного вала, содержит просвет, а на другом конце содержит установочную поверхность крышки.

Сектор статора турбины содержит множество лопаток из композитного материала, содержащего волоконное армирование, уплотненное матрицей, первую и вторую платформы. Каждая лопатка имеет аэродинамический профиль, а платформы имеют вид дуг окружностей и изготовлены из композитного материала, содержащего волоконное армирование, уплотненное матрицей. Первая и вторая платформы имеют отверстия, в которых зацепляются первые и вторые концы лопаток соответственно. Каждое отверстие в первой платформе имеет непрерывную кромку, которая находится в непрерывном контакте с соответствующим первым концом соответствующей лопатки. Отверстия в первой платформе имеют размеры, которые больше размеров первых концов лопаток, входящих в зацепление в указанные отверстия так, чтобы оставить зазор между первыми концами каждой из лопаток и отверстиями. Каждый первый конец лопатки, входящий в зацепление в отверстие, имеет размеры меньшие, чем размеры аэродинамического профиля, так чтобы образовать плечо, простирающееся вокруг указанного первого конца. Плечо имеет размеры большие, чем размеры отверстий первой платформы, и находится в контакте с поверхностью первой платформы. Первая и вторая платформа и первый и второй концы лопатки сформированы и размещены с возможностью соединения в шип. Другие изобретения группы относятся к способу изготовления сектора статора и статору газотурбинного двигателя, а также компрессору с указанным статором и газотурбинному двигателю, имеющему указанный компрессор. Группа изобретений позволяет повысить герметичность статора компрессора газотурбинного двигателя. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 14 ил.

Наверх