專利名稱：通過(guò)封接獲得的葉片與復(fù)合材料支承件的裝配件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在航空領(lǐng)域中、尤其在渦輪機(jī)壓縮器的整流器中的組裝件的技術(shù)領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及渦輪機(jī)壓縮器的整流器(級(jí))，其包括具有有機(jī)基質(zhì)復(fù)合材料的零件以及包括至少一葉片子組件，所述至少一葉片子組件集成通過(guò)封接實(shí)現(xiàn)的機(jī)械裝配件。在本發(fā)明的背景內(nèi)，封接是指，借助包括或不包括填料的聚合元件，通過(guò)與支承件和/或待固定元件的理化交互作用和/或機(jī)械鎖閉，把零件固定在支承件中的操作。
背景技術(shù)：
在目前的技術(shù)中，不存在復(fù)合材料制成的渦輪機(jī)壓縮器的整流器，而僅存在金屬材料制成的，例如鈦(TA6V)、鋼或鋁制成的渦輪機(jī)壓縮器的整流器。另一方面，葉片在同一級(jí)上通常具有單一的材料和廓形，由于最后級(jí)上的空氣動(dòng)力的原因，在需要時(shí)安裝角度有較小變化。目前的系統(tǒng)包括作為殼體且保證大部分機(jī)械功能的外環(huán)、通過(guò)各種裝配技術(shù)(焊接、鉚接、栓接)在第一端附接在外環(huán)上的葉片、以及在第二端與葉片連接但不保證結(jié)構(gòu)功能的相對(duì)柔軟的內(nèi)環(huán)上。如今，使用復(fù)合零件的主要問(wèn)題之一在于它們與外部的接觸面。本發(fā)明提出用于各種性質(zhì)的零件的裝配方案:所述零件是“金屬/復(fù)合材料”混合體、或者甚至是“復(fù)合材料/復(fù)合材料”混合體，同時(shí)使用盡可能少的金屬固定件，這些金屬固定件產(chǎn)生眾多問(wèn)題(重量、不同的膨脹，等等)。文獻(xiàn)EP1493901公開(kāi)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮器的整流器的葉片與內(nèi)環(huán)之間的裝配。每個(gè)葉片穿過(guò)布置在內(nèi)環(huán)中的開(kāi)口并通過(guò)含有有機(jī)聚合粘合劑的密封粘膠劑固定在內(nèi)環(huán)上。文獻(xiàn)EP1081335公開(kāi)了用于旋轉(zhuǎn)機(jī)的定子組合件，更確切地，定子葉片與內(nèi)環(huán)的耐磨件的裝配。定子組合件包括配有用于接收定子葉片足部的開(kāi)口的熱塑性材料制成的凸肩，以及借助粘合劑與凸肩連接的彈性體材料制成的耐磨件。文獻(xiàn)DE102009010613公開(kāi)了一種用于實(shí)現(xiàn)圍繞渦輪機(jī)葉片的封閉的帶的方法。纖維材料制成的帶被插入到布置在葉片自由端處的槽座中，基質(zhì)滲入帶的纖維材料中并聚合以形成復(fù)合物。文獻(xiàn)FR1431558公開(kāi)了一種具有葉片的結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體包括一個(gè)殼體、與兩個(gè)同心的罩即一個(gè)外罩和一個(gè)內(nèi)罩，內(nèi)罩與外罩通過(guò)間隔裝置隔開(kāi)。葉片被緊裝于在兩個(gè)罩內(nèi)面對(duì)面布置的孔洞中。葉片可以被焊接、粘合或固定在外罩上，外罩緊裝在外部殼體中。特別地，具有葉片的結(jié)構(gòu)體的所有這些零件都可以是合成樹(shù)脂制成的和可以彼此相互粘結(jié)。葉片還可以用金屬制成和被焊接在外部殼體上。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明旨在擺脫現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
特別地，本發(fā)明的目的在于，能夠制造用于其轉(zhuǎn)子由盤、筒或其它構(gòu)成的所有壓縮機(jī)的、重量輕且成本低的葉片整流器。本發(fā)明的目的還在于能使具有各種特征的整流器葉片的裝配方便，以便更好地優(yōu)化其機(jī)械強(qiáng)度以及成本。本發(fā)明的目的還在于能方便地安裝與拆卸整流器，由此有利于使用保養(yǎng)，同時(shí)限制金屬固定零件的數(shù)量。本發(fā)明的目的還在于節(jié)約安裝壓縮機(jī)時(shí)的時(shí)間。最后，本發(fā)明的目的在于能獲得金屬或CMO復(fù)合材料(composite matriceorganique有機(jī)基質(zhì)復(fù)合材料)制成的零件與CMO復(fù)合材料制成的零件的持久且不變形的連接。發(fā)明的主要特征要素本發(fā)明的第一目標(biāo)總體地涉及航空領(lǐng)域中的機(jī)械裝配件，所述裝配件包括:一具有能被固定的一端部的零件；一具有有機(jī)基質(zhì)復(fù)合材料即CMO壁的槽座，槽座用于接收所述零件；一封接復(fù)合物，其包括具有在0%到70%重量百分比之間的填料的熱塑性或熱固性材料，填料優(yōu)選短纖維，封接復(fù)合物在所述零件與具有CMO壁的槽座之間實(shí)現(xiàn)機(jī)械的和/或理化的連接。按照本發(fā)明特別的實(shí)施方式，機(jī)械裝配件具有至少一個(gè)以下特征或具有以下特征的恰當(dāng)組合:一所述零件是葉片；一所述零件具有一端部(或足部)，該端部(或足部)的幾何形狀能優(yōu)化機(jī)械連接；一所述零件具有呈足部的幾何形部；—具有CMO壁的槽座是成型支承件，優(yōu)選為“U”形的成型支承件；一槽座的有機(jī)基質(zhì)是熱塑性或熱固性材料制成的；一具有CMO壁的槽座的材料與封接復(fù)合物的材料是相同的或在化學(xué)上可并存的，以便能夠在它們之間實(shí)現(xiàn)化學(xué)的或理化的附著；一通過(guò)在由壓縮模塑、熱塑性或熱固性基質(zhì)的注射、加熱成型以及共固結(jié)所構(gòu)成的集合中選擇的一種方法，來(lái)制造具有熱固性或熱塑性的CMO壁的槽座；一通過(guò)在由具有或不具有填料的熱塑性或熱固性基質(zhì)的注射以及壓縮模塑所構(gòu)成的集合中選擇的一種方法，來(lái)實(shí)施用于被注射的封接復(fù)合物。本發(fā)明的第二目標(biāo)涉及用于渦輪機(jī)壓縮器的整流器級(jí)，所述整流器級(jí)包括按照上面的原理的多個(gè)葉片與具有CMO壁的槽座的機(jī)械裝配件，具有CMO壁的槽座賦予裝配件以結(jié)構(gòu)剛性，葉片每一個(gè)都包括一足部，所述具有CMO壁的槽座與所述封接復(fù)合物配合，以把葉片的足部封接在槽座內(nèi)。按照本發(fā)明的特別實(shí)施方式，整流器級(jí)包括至少一個(gè)以下特征或以下特征的恰當(dāng)
組合:一機(jī)械裝配件具有通過(guò)機(jī)械固定件固定至整流器級(jí)的外環(huán)上的環(huán)形或扇區(qū)形狀；
一機(jī)械固定件是鎖緊螺栓；
一葉片是金屬的或由復(fù)合材料制成；—葉片由鈦或鋁制成。本發(fā)明的第三目標(biāo)涉及渦輪機(jī)壓縮器，所述渦輪機(jī)壓縮器包括一個(gè)或多個(gè)如上描述的整流器級(jí)。


圖1示出按照本發(fā)明的裝配件和相關(guān)零件的透視圖。圖2分別按照側(cè)視圖與正視圖示意性地示出通過(guò)超注射緊接在后的加熱成型得到的本發(fā)明的復(fù)合裝配件。圖例1、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)式樣2、U形成型件3、葉片3A、葉片的足部4、封接材料
具體實(shí)施例方式按照本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方式的裝配件的原理及參與的零件以透視方式示出在圖1上，該裝配件主要包括通過(guò)以下部件間的機(jī)械類型的封接而獲得的子組件1:一零件2，其優(yōu)選是成型的，進(jìn)一步優(yōu)選呈“U”形，所述零件以熱固性或熱塑性的有機(jī)基質(zhì)復(fù)合材料(CMO)為基礎(chǔ)，該零件賦予裝配件以結(jié)構(gòu)剛性，以及一由原則上非專門材料(金屬或復(fù)合材料)制成的具有足部的葉片3，足部的幾何形狀是可變化的或是可適應(yīng)需要的。該裝配件的其它示意性視圖示出在圖2上。按照本發(fā)明，熱固性或熱塑性基質(zhì)復(fù)合材料支承件2可以通過(guò)能得到滿意機(jī)械性能的任何類型的方法來(lái)制造，所述方法例如:壓縮模塑，熱塑性或熱固性基質(zhì)的注射，例如RTM (Resin transfer molding:樹(shù)脂傳遞模塑),加熱成型,或共固結(jié),等等。然而,本發(fā)明不局限于使用例如呈“U”形的成型零件2。因此，平坦的支承件也是可以考慮的。封接固定復(fù)合物或封接復(fù)合物或封接材料4是以包含0%到70%之間的纖維、例如或者優(yōu)選短纖維的熱固性或熱塑性基質(zhì)為基礎(chǔ)，且可以通過(guò)注射熱塑性或熱固性基質(zhì)的方法或通過(guò)壓縮模塑來(lái)實(shí)施。通常，填料可以是任何合適的無(wú)機(jī)或有機(jī)填料。如此，基質(zhì)還可以被填充(用纖維)或不被填充(純基質(zhì)，0%的纖維)。還是按照本發(fā)明，正是葉片足部3A的特別幾何形狀保證了其在結(jié)構(gòu)中的定位與保持(圖2)。葉片3被封接，葉片足部3A因此被上面提到的固定復(fù)合物4包埋，該固定復(fù)合物執(zhí)行例如對(duì)成型零件2的填灌并因此保證對(duì)葉片3的保持。按照本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)金屬制成的葉片3所使用的封接或裝配的技術(shù)被特別地和很示意性地示出在圖2上。結(jié)構(gòu)零件或支承結(jié)構(gòu)件2由通過(guò)加熱成型獲得的具有長(zhǎng)纖維的熱塑性復(fù)合材料制成的“U”形成型零件2保證(“U”形的開(kāi)口相對(duì)于輪葉朝向外部定向)。
一旦葉片足部3A在支承結(jié)構(gòu)件2中就位，被填充有短纖維的熱塑性樹(shù)脂4被注射，以填灌剩余的中空體積。而且，為了最好地滿足氣動(dòng)應(yīng)力，超注射材料至不能夠通過(guò)加熱成型獲得幾何形狀的區(qū)域處(未示出)。為實(shí)現(xiàn)機(jī)械的和/或理化的連接而通過(guò)封接材料進(jìn)行的填灌例如在第二步中進(jìn)行，或者如果可能，與復(fù)合材料制成的結(jié)構(gòu)部分的實(shí)施同時(shí)進(jìn)行。按照本發(fā)明，呈“U”形的復(fù)合材料支承件2的材料與封接材料4是相同的或在化學(xué)上可并存的(例如是相同性質(zhì)的熱塑性材料)，以便在它們之間實(shí)現(xiàn)化學(xué)附著。由此得到的“材料”連接在最后僅實(shí)現(xiàn)一單一均勻零件，對(duì)于裝配件的機(jī)械強(qiáng)度這是一額外的優(yōu)點(diǎn)。還是按照本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式，屬于整流器級(jí)的子組件I具有通過(guò)機(jī)械固定件比如鎖緊螺栓(未示出)固定至外環(huán)或殼體的環(huán)形或扇區(qū)形狀。如果例如在葉片扇區(qū)之間，出現(xiàn)不同膨脹的問(wèn)題，可以將可變形或不可變形的中間零件徑向地或周向地插入到裝配件中。按照本發(fā)明的用于實(shí)現(xiàn)渦輪機(jī)整流器的設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)如下:一由于對(duì)殼體和在需要時(shí)對(duì)葉片使用復(fù)合材料，因而相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)重量減輕，以及；一由于零件的數(shù)量有限以及容易裝配，因而制造成本被約束；一升壓機(jī)(壓縮機(jī))的定子部分簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)的可修復(fù)性，葉片扇區(qū)的簡(jiǎn)單替換比在目前最常用的結(jié)構(gòu)(例如，鈦制成的焊接的裝配件)的情況下要容易很多；一最終零件的制造不需要脫模后的再加工。
權(quán)利要求
1.航空領(lǐng)域中的機(jī)械裝配件(I)，其包括: 一具有能被固定的一端部的零件(3)； 一具有有機(jī)基質(zhì)復(fù)合材料即CMO壁的槽座(2)，所述槽座用于接收所述零件(3)；一封接復(fù)合物(4)，其包括具有在0%到70%重量百分比之間的填料的熱塑性或熱固性材料，所述封接復(fù)合物在所述零件(3)與具有CMO壁的槽座(2)之間實(shí)現(xiàn)機(jī)械的和/或理化的連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的機(jī)械裝配件，其特征在于，所述零件(3)是葉片。
3.按照權(quán)利要求1所述的機(jī)械裝配件，其特征在于，所述零件(3)具有一端部，該端部的幾何形狀能夠優(yōu)化機(jī)械的和/或理化的連接。
4.按照權(quán)利要求3所述的機(jī)械裝配件，其特征在于，所述零件(3)具有呈足部的幾何形部。
5.按照權(quán)利要求1所述的機(jī)械裝配件，其特征在于，具有CMO壁的槽座(2)是成型支承件，優(yōu)選為“U”形的成型支承件。
6.按照權(quán)利要求1所述的機(jī)械裝配件，其特征在于，槽座(2)的有機(jī)基質(zhì)是熱塑性或熱固性材料制成的。
7.按照權(quán)利要求1所述的機(jī)械裝配件，其特征在于，具有CMO壁的槽座(2)的材料與封接復(fù)合物(4)的材料是相同的或在化學(xué)上可并存的，以便能夠在它們之間實(shí)現(xiàn)化學(xué)的或理化的附著。
8.按照權(quán)利要求6所述的機(jī)械裝配件，其特征在于，通過(guò)在由壓縮模塑、熱塑性或熱固性基質(zhì)的注射、加熱成型以及共固結(jié)所構(gòu)成的集合中選擇的一種方法，來(lái)制造具有熱固性或熱塑性CMO壁的槽座(2)。
9.按照權(quán)利要求1所述的機(jī)械裝配件，其特征在于，通過(guò)在由具有或不具有填料的熱塑性或熱固性基質(zhì)的注射以及壓縮模塑所構(gòu)成的集合中選擇的一種方法，來(lái)實(shí)施用于被注射的封接復(fù)合物(4)。
10.用于渦輪機(jī)壓縮器的整流器級(jí)，其包括按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的多個(gè)葉片(3)與具有CMO壁的槽座(2)的機(jī)械裝配件(1)，具有CMO壁的槽座賦予機(jī)械裝配件以結(jié)構(gòu)剛性，葉片(3)每一個(gè)都包括一足部(3A)，所述具有CMO壁的槽座(2)與所述封接復(fù)合物(4)配合，以把葉片(3)的足部(3A)封接在槽座(2)內(nèi)。
11.按照權(quán)利要求10所述的整流器級(jí)，其特征在于，機(jī)械裝配件(I)具有通過(guò)機(jī)械固定件固定至整流器級(jí)的外環(huán)上的環(huán)形或扇區(qū)形狀。
12.按照權(quán)利要求11所述的整流器級(jí)，其特征在于，機(jī)械固定件是鎖緊螺栓。
13.按照權(quán)利要求10所述的整流器級(jí)，其特征在于，葉片(3)是金屬的或由復(fù)合材料制成。
14.按照權(quán)利要求13所述的整流器級(jí)，其特征在于，葉片(3)由鈦或鋁制成的。
15.渦輪機(jī)壓縮器，其包括一個(gè)或多個(gè)按照權(quán)利要求10至14中任一項(xiàng)所述的整流器級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及航空領(lǐng)域中的機(jī)械裝配件(1)，所述機(jī)械裝配件包括具有能被固定的一端部的零件(3)；具有有機(jī)基質(zhì)復(fù)合材料即CMO壁的槽座(2)，所述槽座用于接收所述零件(3)；封接復(fù)合物(4)，其包括具有0%到70%重量百分比的填料的熱塑性或熱固性材料，封接復(fù)合物在所述零件(3)與具有CMO壁的槽座(2)之間實(shí)現(xiàn)機(jī)械的和/或理化的連接。
文檔編號(hào)F01D5/28GK103168149SQ201180044417
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者P·勒納爾, H·格雷林, S·貝拉爾 申請(qǐng)人:高科技空間航空股份有限公司