Лопатка из композитного материала и содержащая такую лопатку ступень турбомашины

Авторы патента:

ГРЕЛЕН Эрве (FR)

БЕРАР Саша (BE)

F01D5/28 - выбор специальных материалов; меры против эрозии или коррозии

Владельцы патента RU 2591968:

ТЕКСПЕЙС АЭРО С.А. (BE)

Лопатка турбомашины из композитного материала оснащена пером и содержит первую смолу, армированную длинными волокнами, и вторую смолу, армированную короткими волокнами. Первая и вторая смолы являются химически совместимыми или идентичными. Длинные волокна служат для повышения жесткости лопатки, а короткие волокна, диспергированные во второй смоле, служат для заполнения частей лопатки, не армированных длинными волокнами, и придают лопатке конечную форму. Длинные волокна размещены в промежуточном положении между краевой зоной оболочки и сердцевиной лопатки. Короткие волокна расположены в сердцевине лопатки и между промежуточным положением и краевой зоной оболочки. Другое изобретение группы относится к ступени турбомашины, содержащей лопатки, выполненные, как указано выше. Группа изобретений позволяет снизить массу лопаток и упростить их изготовление. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Область техники

Изобретение относится к композитной лопатке, применяемой в любой отрасли промышленности (например, аэрокосмической, энергетической и пр.), где используется энергия потока. В частности, изобретение относится к композитной лопатке для турбомашины.

Изобретение также относится к неподвижной, или роторной, ступени турбомашины, содержащей указанные композитные лопатки.

Кроме того, предметом изобретения является способ изготовления лопатки из композитного материала.

Уровень техники

Из уровня техники хорошо известны осевые компрессоры, которые могут использоваться, например, в турбомашинах.

Эти компрессоры низкого или высокого давления имеют несколько ступеней вращающихся лопаток, называемых также подвижными. Ступени разделены выравнивающими ступенями, назначение которых заключается в изменении вектора скорости текучей среды, поступающей с предыдущей ступени, перед тем как она будет направлена в следующую ступень.

Указанные выравнивающие ступени образованы по существу неподвижными лопатками, также называемыми выравнивающими, которые соединяют внешний кожух с внутренним кожухом, причем два эти кожуха расположены концентрично и ограничивают между собой зону протекания воздуха или, говоря другими словами, «аэродинамический канал».

В настоящее время выравнивающие лопатки турбомашин принято изготавливать из металлов, например, из титановых сплавов (TA6V), стали или алюминия.

Также известно выполнение простых по форме лопаток из композитного материала. Это могут быть, например, лопатки соплового аппарата (т.е. лопатки OGV, от английских слов Outlet Guide Vane), используемые во вторичном тракте турбореактивного, двигателя и изготавливаемые с применением технологии ручного нанесения предварительно пропитанных тканей или технологии RTM (от английских слов Resin Transfer Moulding, трансферное формование пластмасс) из сухих плетеных или тканых заготовок.

Из патента US 2859936 известен способ изготовления прямолинейной лопатки, в соответствии с которым лопатка имеет у основания металлическую вставку, используемую для размещения пропитанных смолой волокон, после чего в литьевую форму дополнительно вводят смесь из смолы и коротких волокон, которая покрывает и охватывает собой указанные предварительно пропитанные волокна.

Кроме того, из заявки US 2010/0080710 на изобретение известен способ изготовления лопаток соплового аппарата, в соответствии с которым сваривают два металлических листа, образуя тем самым оболочку лопатки, в полость которой инжектируют пластмассу. Сцепление между различными компонентами лопатки обеспечивается только за счет механической связи между оболочкой и сердцевиной.

Из заявки US 2010/0129651, являющейся продолжением вышеупомянутой заявки, известен способ изготовления пера лопатки вентилятора или статора, в соответствии с которым между металлической оболочкой и композитным материалом сердцевины помещают слой полиуретана, с тем чтобы обеспечить более надежную связь между сердцевиной и оболочкой, уменьшив тем самым опасность расслаивания, а также компенсировать различия в расширении между композитным материалом и металлической оболочкой.

Наконец, из заявки US 2010/0150707 известен способ изготовления пера лопатки из композитного материала, например, для лопатки соплового аппарата, в соответствии с которым перо имеет полую оболочку, образованную отдельными слоями композитного материала, а также размещенную в этой оболочке гофрированную сердцевину, поддерживающую неизменным промежуток между стенками оболочки. На концах пера лопатки предусмотрены полки, закрепленные посредством приваривания или приклеивания.

К сожалению, каждый из перечисленных выше известных способов изготовления композитных лопаток страдает по меньшей мере одним из следующих недостатков:

- они не могут обеспечить сложные формы;

- они позволяют создавать лопатки относительно большой толщины (15-20 мм) типа лопаток для соплового аппарата, но не обеспечивают возможность изготовления компрессорных лопаток меньшей толщины (менее 10 мм);

- указанные полки лопаток не выполнены за одно целое с пером, и потому их приходится прикреплять позднее отдельным этапом;

- сцепление между компонентами лопатки обеспечивается за счет механической связи.

Задачи изобретения

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в разработке технического решения, лишенного недостатков известного уровня техники.

В частности, изобретение направлено на создание лопаток сложной формы с уменьшением объема последующих операций станочной обработки или отделки.

Другая задача изобретения состоит в создании лопаток, характеризующихся широким диапазоном возможных толщин.

Следующая задача - получение лопаток, у которых перо и полка выполнены за одно целое.

Наконец, еще одна задача изобретения состоит в получении лопаток, в которых сцепление между компонентами обеспечивается за счет химической связи.

Сущность изобретения

Изобретение относится к лопатке турбомашины из композитного материала, оснащенной пером. Данная лопатка характеризуется тем, что содержит первую смолу, армированную длинными волокнами, и вторую смолу, армированную короткими волокнами, причем указанные первая и вторая смолы являются химически совместимыми или идентичными, при этом длинные волокна служат для повышения жесткости лопатки, а короткие волокна, диспергированные во второй смоле, служат для заполнения частей лопатки, не армированных длинными волокнами, и придают лопатке по существу конечную форму.

В соответствии с отдельными вариантами изобретения лопатка характеризуется по меньшей мере одним из нижеперечисленных признаков или их определенной комбинацией.

Она снабжена на одном из концов пера средством крепления, обеспечивающим прикрепление этой лопатки к внешнему элементу, причем указанное средство крепления выполнено за одно целое с пером лопатки.

Длинные волокна размещены в краевой зоне оболочки лопатки или в промежуточном положении между краевой зоной оболочки и сердцевиной лопатки.

Длинные волокна помещены таким образом, что одно и то же длинное волокно находится по длине как в краевой зоне оболочки лопатки, так и в промежуточном положении между краевой зоной оболочки и сердцевиной лопатки.

Длинные волокна проходят непрерывно между пером и средством крепления.

Средство крепления представляет собой полку или утолщение в форме ласточкина хвоста.

Перо и полка образуют Г-образный или Т-образный профиль.

Короткие волокна и длинные волокна выбраны из группы, включающей в себя стекловолокна и углеродные волокна.

Длинные волокна являются однонаправленными или ткаными, а короткие волокна имеют длину менее нескольких миллиметров.

В качестве первой и второй смол использованы термопластичные смолы.

В качестве первой и второй смол использованы термоотверждающиеся смолы.

Оболочка лопатки дополнительно снабжена защитой от эрозии.

Первая смола и/или вторая смола включают в себя наполнители, обеспечивающие защиту лопатки от эрозии.

Изобретение также относится к способу изготовления лопатки турбомашины из композитного материала, оснащенной пером и средством крепления, обеспечивающим прикрепление к внешнему элементу и выполненным за одно целое с указанным пером, при этом лопатка содержит длинные волокна, размещенные по меньшей мере на части оболочки лопатки, и короткие волокна, заполняющие части лопатки, не заполненные длинными волокнами, причем способ включает в себя по меньшей мере следующие последовательно выполняемые этапы:

a) изготовление предварительно упрочненных пластин, содержащих длинные волокна, предварительно пропитанные первой термопластичной смолой;

b) разрезание пластин до требуемых размеров;

c) формовка пластин;

d) литьевое формование сердцевины пера и сердцевины средства крепления с использованием второй термопластичной смолы, к которой добавлены короткие волокна, причем указанная вторая смола идентична первой смоле или химически совместима с нею, а указанные предварительно отформованные пластины действуют в качестве композитных вставок в литейной форме.

Предметом изобретения является также ступень турбомашины, содержащая композитные лопатки типа описанных выше.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 схематически в поперечном разрезе изображает перо заявляемой лопатки.

Фиг. 2 схематически в продольном разрезе изображает перо заявляемой лопатки, объединенное с полкой.

Фиг. 3 схематически изображает заявляемую лопатку спереди.

Используемые номера позиций

1 - Лопатка

2 - Перо

3 - Полка или утолщение лопатки либо, в более общем случае, средство крепления лопатки к внешнему элементу

4 - Длинные волокна

5 - Короткие волокна

Общее описание изобретения

Предлагаемую лопатку можно использовать в любой области, где требуются лопатки, вне зависимости от того, являются ли они подвижными или статичными. Так, например, в авиапромышленности ее можно использовать в качестве компрессорной лопатки или лопатки для соплового аппарата (лопатки OGV).

В соответствии с изобретением лопатка выполнена из композитного материала и содержит армирующий наполнитель из непрерывных волокон, называемых также длинными волокнами, и армирующий наполнитель из коротких волокон. Предусмотрена органическая матрица, связанная с каждым из армирующих наполнителей таким образом, что все матрицы являются идентичными или химически совместимыми, обеспечивая химическую связь между различными компонентами. В качестве органических матриц можно использовать термопластичные или термоотверждающиеся смолы.

Армирующий наполнитель из непрерывных волокон обеспечивает конструктивную прочность лопаток, тогда как армирующий наполнитель из коротких волокон, связанный со своей смолой, используется для заполнения объема и придания лопатке конченой или по существу конечной формы. Благодаря объединению этих двух материалов удается также получать сложные формы, которые может принимать лопатка, и придавать лопатке непосредственно ее конечную форму, т.е. с объединением пера со средством его крепления, на выходе из литейной формы после изготовления.

В предпочтительном случае непрерывные волокна являются однонаправленными или ткаными, а короткие волокна имеют длину в несколько миллиметров или меньше. Диаметр коротких волокон равен, как правило, 1-15 мкм при максимальной длине 1 мм. В соответствии с изобретением короткие и непрерывные волокна могут быть как одной, так и разной природы. Так, например, длинные и короткие волокна могут представлять собой, соответственно, углеродные волокна или стекловолокна. Точно так же разными по природе могут быть волокна в пределах одной и той же группы коротких или длинных волокон: например, в группу длинных волокон могут входить как стекловолокна, так и углеродные волокна.

В предпочтительном случае короткие волокна находятся в сердцевине лопатки, а непрерывные волокна - в краевой зоне оболочки (тогда непрерывные волокна будут повторять очертания внешней поверхности лопатки), либо в промежуточном положении между краевой зоной оболочки и сердцевиной. В этом последнем случае смешанные со смолой короткие волокна будут заполнять также пространство между промежуточным положением и краевой зоной оболочки. Согласно другим вариантам настоящего изобретения, если смотреть по длине волокон, одно и то же длинное волокно располагается последовательно как в краевой зоне оболочки лопатки, так и в промежуточном положении.

В соответствии с одним из возможных вариантов изобретения поверхность предлагаемой композитной лопатки снабжена защитой от эрозии.

Детальное описание изобретения

Ниже в порядке иллюстративного примера, не ограничивающего объем правовой охраны изобретения, приводится детальное описание изобретения применительно к лопатке, используемой в турбомашине, а точнее - в первой, низконапорной части такой машины.

В соответствии с изобретением, как показано на фиг.2, лопатка 1 имеет перо 2 и у его основания полку 3 или, говоря в общем смысле, средство, обеспечивающее крепление лопатки к какому-либо внешнему элементу. В конкретном случае, относящемся к выравнивающей компрессорной лопатке, перо имеет на своем первом конце основание, выполненное с возможностью крепления к внешнему кожуху компрессора, тогда как второй его конец, т.е. головная часть, пера соединяется с внутренним кожухом компрессора. Если в качестве основания использована конструкция типа полки, то она может образовывать Т-образный профиль (показан на фиг.2), Г-образный профиль или же профиль любой другой подходящей формы. В примере, продемонстрированном на фиг.3, основание пера вместо полки снабжено утолщением 3 в форме ласточкина хвоста. Таким образом, это утолщение имеет две наклонные стороны, расширяющиеся в направлении от основания пера к третьей стороне, перпендикулярной плоскости пера. Объем правовой охраны изобретения распространяется также на композитную лопатку, имеющую только одно перо.

На фиг.1-3 схематически проиллюстрировано то, как проходят длинные волокна 4 и короткие волокна 5 по поперечному сечению пера, по продольному сечению основания пера, объединенного с полкой, и по всей лопатке. Армирующий наполнитель из длинных волокон 4 помещен в оболочку или расположен вблизи оболочки лопатки, а остальная часть лопатки заполнена армирующим наполнителем из коротких волокон 5. Как показано на фиг.1-3, из армирующего наполнителя, образованного длинными волокнами, может состоять только часть оболочки, при этом оболочка лопатки, не состоящая из этого наполнителя, заполняется армирующим наполнителем из коротких волокон 5. Таким образом, оболочка лопатки в зоне передней и задней кромок может не иметь длинных волокон и состоять исключительно из коротких волокон. Подобным же образом, армирующий наполнитель из длинных волокон может проходить в оболочке в продольном направлении лопатки от ее полки до точки, находящейся на расстоянии, по существу равном половине высоты пера, причем это расстояние, разумеется, может быть изменено.

Как показано на фиг.2, длинные волокна проходят предпочтительно непрерывно между пером и полкой либо, в более общем случае, между пером и средством крепления лопатки к внешнему элементу.

Данная лопатка может быть выполнена заявленным способом, обеспечивающим изготовление термопластичной лопатки с объединенным с ней за одно целое средством крепления, например, полкой. Данный способ описан ниже в виде иллюстративного примера, не ограничивающего объем правовой охраны изобретения. Он включает в себя по меньшей мере следующие последовательно выполняемые этапы:

a) изготовление предварительно упрочненных пластин, т.е. пластин, подвергнутых по меньшей мере частичному уплотнению, содержащих длинные волокна 4 и первую термопластичную смолу;

b) разрезание пластин до требуемых размеров;

c) формовка пластин;

d) литьевое формование сердцевины пера 2 и сердцевины средства 3 крепления с использованием второй термопластичной смолы, к которой добавлены короткие волокна, причем указанная вторая смола идентична первой смоле или химически совместима с нею, а указанные предварительно отформованные пластины действуют в качестве композитных вставок в литейной форме.

Согласно изобретению лопатку конечной формы можно получить уже непосредственно на выходе литейной формы. По завершении этапа d) литьевого формования деталь можно также подвергнуть другим операциям, например, станочной обработке или другой операции, необходимой для обеспечения защиты от эрозии. Средства такой защиты можно ввести непосредственно в деталь путем добавления наполнителей в первую и/или вторую смолу в процессе изготовления.

Как уже говорилось выше, в результате использования на этапах а) и d) одинаковой смолы или химически совместимых смол, разные компоненты лопатки оказываются соединенными друг с другом посредством химической связи.

Способ распространяется также на изготовление термопластичных или термоотверждающихся лопаток, содержащих оболочку, состоящую по меньшей мере частично из длинных волокон, и сердцевину, состоящую по меньшей мере частично из коротких волокон, причем этапы этого способа являются соответствующим образом адаптированными.

Следует также уточнить, что в случае изготовления композитной лопатки с термопластичной матрицей армирующий наполнитель из непрерывных волокон предпочтительно представляет собой предварительно пропитанный наполнитель, тогда как при изготовлении композитной лопатки с термоотверждающейся матрицей, например эпоксидного типа, следует использовать либо сухой, либо предварительно пропитанный армирующий наполнитель.

Преимущества изобретения

Благодаря использованию композитных материалов лопатки, изготавливаемые описанным выше способом, характеризуются меньшей массой по сравнению с лопатками известного уровня техники.

Благодаря уменьшению числа этапов способа снижаются затраты на изготовление лопатки, причем конечную форму лопатки удается обеспечить уже непосредственно на выходе из литьевой формы.

Благодаря использованию одной и той же смолы или совместимых смол как для непрерывных, так и для коротких волокон удается обеспечить химическую связь между разными компонентами (внутри лопатки, а также между ней и средством крепления) и в конечном счете создать композитную лопатку со сплошной матрицей.

Настоящее изобретение позволяет изготавливать легкие и недорогие неподвижные или подвижные лопатки.

Предлагаемый способ позволяет получать сложные формы с широкими пределами толщин.

1. Лопатка (1) турбомашины из композитного материала, оснащенная пером (2), отличающаяся тем, что лопатка (1) содержит первую смолу, армированную длинными волокнами (4), и вторую смолу, армированную короткими волокнами (5), причем указанные первая и вторая смолы являются химически совместимыми или идентичными, длинные волокна (4) служат для повышения жесткости лопатки (1), короткие волокна (5), диспергированные во второй смоле, служат для заполнения частей лопатки, не армированных длинными волокнами (4), и придают лопатке (1) по существу конечную форму, при этом длинные волокна размещены в промежуточном положении между краевой зоной оболочки и сердцевиной лопатки; короткие волокна расположены в сердцевине лопатки и между промежуточным положением и краевой зоной оболочки.

2. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена, на одном из концов пера (2), средством (3) крепления, обеспечивающим прикрепление лопатки (1) к внешнему элементу, причем указанное средство (3) крепления выполнено за одно целое с пером (2) лопатки.

3. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что длинные волокна (4) размещены в краевой зоне оболочки лопатки (1).

4. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что одно и то же длинное волокно (4) находится по длине как в краевой зоне оболочки лопатки (1), так и в промежуточном положении между краевой зоной оболочки и сердцевиной лопатки (1).

5. Лопатка по любому из пп. 2-4, отличающаяся тем, что длинные волокна (4) проходят непрерывно между пером (2) и средством (3) крепления.

6. Лопатка по п. 2, отличающаяся тем, что средство (3) крепления представляет собой полку или утолщение в форме ласточкина хвоста.

7. Лопатка по п. 6, отличающаяся тем, что перо (2) и полка образуют Г-образный или Т-образный профиль.

8. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что короткие волокна (5) и длинные волокна (4) выбраны из группы, включающей в себя стекловолокна и углеродные волокна.

9. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что длинные волокна (4) являются однонаправленными или ткаными, а короткие волокна (5) имеют длину менее нескольких миллиметров.

10. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве первой и второй смол использованы термопластичные смолы.

11. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве первой и второй смол использованы термоотверждающиеся смолы.

12. Лопатка по любому из пп. 1-4, 6-11, отличающаяся тем, что оболочка лопатки дополнительно снабжена защитой от эрозии.

13. Лопатка по любому из пп. 1-4, 6-11, отличающаяся тем, что первая смола и/или вторая смола включают в себя наполнители, обеспечивающие защиту лопатки от эрозии.

14. Ступень турбомашины, содержащая лопатки по любому из пп. 1-13.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам для защитных покрытий для защиты конструктивного элемента от коррозии и/или окисления. Сплав на основе никеля для защиты конструктивного элемента газовой турбины от коррозии и/или окисления при высоких температурах содержит, в вес.%: от более 22 до менее 24 кобальта (Со), от 14 до менее 16 хрома (Cr), 10,5-11,5 алюминия (Al), 0,2-0,4, по меньшей мере одного элемента из группы, включающей в себя скандий (Sc) и редкоземельные элементы, в частности иттрий (Y), при необходимости от 0,3 до 0,9 тантала (Та), никель (Ni) - остальное.

Лопатка турбинного двигателя с встроенным хвостовиком, изготовленная из композиционного материала // 2586423

При изготовлении лопатки турбинного двигателя из композиционного материала изготавливают волокнистую заготовку в виде единого цельного элемента посредством многослойного тканья.

Перо лопатки турбины и способ нанесения теплозащитного покрытия // 2585668

Перо лопатки турбины содержит входную кромку, выходную кромку, наружную поверхность, включающую в себя сторону спинки пера, простирающуюся от входной кромки до выходной кромки, и сторону корыта пера, простирающуюся от входной кромки до заднего конца.

Лопатка газотурбинной установки из жаропрочного сплава на основе никеля и способ ее изготовления // 2581339

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейным коррозионно-стойким жаропрочным сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления литьем деталей горячего тракта газотурбинных установок, работающих в агрессивных средах природного газа при температурах 600-900°C.

Способ изготовления детали // 2578886

Изобретение относится к способу изготовления детали, в частности армирующего ребра крыльчатки турбомашины. Способ включает получение по меньшей мере одной волокнистой структуры путем трехмерного переплетения нитей и воздействие на волокнистую структуру горячим изостатическим прессованием с обеспечением агломерации указанных нитей и получением сплошной детали.

Тепловой барьер для лопатки турбины со столбчатой структурой с разнесенными столбиками // 2578625

Изобретение относится к турбомашинам и, в частности, к деталям упомянутых турбомашин, которые подвержены высоким температурам. Способ осаждения керамического слоя, образующего термобарьерное покрытие, на металлическую подложку (1), который включает осаждение указанного керамического слоя со столбчатой структурой, при этом указанное осаждение осуществляют через перфорированную отверстиями (11) решетку (10), расположенную параллельно поверхности подложки (1), так чтобы сформировать, по меньшей мере, два керамических столбика (5), отделенных друг от друга промежутком (6).

Сплав, защитное покрытие и конструкционная деталь // 2574559

Изобретение относится к области металлургии, а именно к защитным покрытиям конструкционных деталей. Сплав на основе никеля для защитного покрытия конструкционной детали, в частности детали газовой турбины, предназначенного для защиты от коррозии и/или окисления детали при высоких температурах, содержит следующие элементы, вес.%: от 22 до менее 24 кобальта, 15-16 хрома, 10,5-12 алюминия, 0,2-0,6, по меньшей мере одного элемента из группы, включающей скандий (Sc) и/или редкоземельные элементы, кроме иттрия, при необходимости, от 0,3 до 1,5 тантала (Та), никель (Ni) - остальное.

Последняя ступень влажнопаровой турбины // 2569789

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности паротурбостроения, и может быть использовано при проектировании паровых турбин средней и большой мощности, а именно - при разработке конструкции последних ступеней влажнопаровых турбин, имеющих элементы влагоудаления.

Способ высокоэнергетического плазменного напыления теплозащитного покрытия на лопатки турбин газотурбинного двигателя и оборудование для его реализации // 2567764

Изобретение относится к способу газоплазменного напыления теплозащитного покрытия на лопатки турбины газотурбинного двигателя. На перовой части лопатки формируют связующий жаростойкий подслой на основе интерметаллидных никель-алюминиевых (β+Y1) фаз и термобарьерный керамический слой на основе диоксида циркония путем воздействия плазменным напылением на воздухе сфокусированной плазменной струей со скоростью напыляемых частиц 2400 м/с и температурой 5000-12000 K с обеспечением в связующем жаростойком подслое продольной слоистой микроструктуры интерметаллидных зерен, а в термобарьерном керамическом слое - сфероидальных зерен диоксида циркония со столбчатой субструктурой.

Граничный барьерный для диффузии слой, включающий в себя иридий, на металлической подложке // 2566697

Изобретение относится к покрытиям для подложек из суперсплавов и может быть использовано для изделия, выполненного в виде диска или разделителя газовой турбины. Указанное изделие содержит подложку из суперсплава на никелевой основе, содержащую в пределах от 2 вес.% до 5 вес.% алюминия и в пределах от 2 вес.% до 5 вес.% титана, при этом подложка из суперсплава на никелевой основе содержит в пределах от 40 об.% до 55 об.% γ′ выделившейся фазы, барьерный для диффузии слой на подложке, содержащий по большей части иридий, и защитный слой на барьерном для диффузии слое, содержащий по меньшей мере один элемент, выбранный из алюминия или хрома.

Лопатка ротора и вентилятор // 2592156

Лопатка ротора содержит корпус лопатки ротора и участок хвостовика лопатки ротора, выполненный за одно целое с корпусом лопатки ротора. Корпус лопатки ротора образован укладкой множества композитных листов, каждый из которых изготовлен из волокон и матричной смолы, и включает множество первых групп композитных листов и множество вторых групп композитных листов, расположенных в направлении толщины лопатки. Каждая первая группа композитных листов включает множество композитных листов, уложенных один на другой от стороны центра толщины лопатки по направлению к спинке лопатки и которые отличаются друг от друга углом ориентации волокон. Каждая вторая группа композитных листов включает один или множество композитных листов, уложенных один на другой от стороны центра толщины лопатки по направлению к корыту лопатки и которые отличаются друг от друга углом ориентации волокон. Схемы укладки множества композитных листов в первой и во второй группе композитных листов являются одинаковыми. Результирующее направление направлений ориентации волокон во множестве композитных листов в каждой из первой группы композитных листов и второй группы композитных листов является наклонным к заднему краю под острым углом от направления размаха, проходящего от центрального конца корпуса лопатки ротора к верхнему концу корпуса лопатки ротора. Другое изобретение группы относится к вентилятору, включающему указанную лопатку ротора, установленную в посадочную канавку его диска. Группа изобретений позволяет обеспечить сопротивление колебаниям лопатки ротора при уменьшении ее веса. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 14 ил.

Турбомашинный компонент с эрозионно- и коррозионно-устойчивой системой покрытия, а также способ изготовления такого компонента // 2594092

Компонент турбомашины для стационарной турбомашины содержит подложку, а также эрозионно- и коррозионно-устойчивую систему покрытия. Подложка выполнена из высоколегированной стали с содержанием 10%-18% хрома, либо титановых сплавов или сплавов на основе никеля, или сплавов на основе кобальта. Система покрытия содержит первый слой, осажденный на поверхность подложки компонента турбомашины и действующий в качестве коррозионно-устойчивого слоя, а также дополнительно содержит второй слой, осажденный на первый слой и действующий в качестве эрозионно-устойчивого слоя. Первый слой представляет собой циркониевый одиночный слой, а второй слой представляет собой вольфрамовое/карбид-вольфрамовое многослойное покрытие. При изготовлении указанного выше компонента турбомашины сначала осаждают на поверхность подложки первый коррозионно-устойчивый слой. Затем осаждают на первый коррозионно-устойчивый слой второй эрозионно-устойчивый слой, тем самым используя первый слой в качестве связующего слоя. Группа изобретений позволяет повысить срок службы компонента турбомашины за счет обеспечения защиты его от коррозии и эрозии, а также повышения адгезии слоев покрытия. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Барабан ротора турбомашины // 2596894

Изобретение относится к роторам турбомашин, используемых в авиации. Барабан ротора турбомашины выполнен в форме полого цилиндрического тела вращения вокруг продольной оси с одним и более венцами, со средствами для крепления хвостовиков лопаток, расположенных через равные промежутки по наружной поверхности, при этом барабан выполнен из металломатричного композита с перекрестной укладкой армирующих волокон, а средства для крепления хвостовиков лопаток выполнены в виде корневых элементов под сварку по форме профиля лопатки, при этом на внутренней поверхности барабана из композита выполнены наплывы, фланцы или цапфы с закладными элементами под сварку, причем наплывы расположены под корневыми элементами. Металломатричный композит сформирован сплавлением одной части намотанных, по меньшей мере, под одним углом и другой части из «свалянных» волокон из SiC, заключенных в матрицу из титанового сплава. Изобретение обеспечивает снижение массы, повышение надежности, прочности ободной части барабана, а также повышение технологичности изготовления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Барабан ротора турбомашины // 2596895

Изобретение относится к роторам турбомашин, используемых в авиации. Барабан ротора турбомашины, содержащий корпус в форме полого цилиндрического тела вращения вокруг продольной оси и выполненный в нем один и более венец со средствами для крепления хвостовиков лопаток, расположенных по наружной поверхности через равные промежутки в поперечном направлении, при этом корпус содержит металломатричный композит с перекрестной укладкой армирующих волокон, средства для крепления хвостовиков лопатки выполнены в виде корневого элемента под сварку по форме профиля лопатки, а металломатричный композит сформирован по всей наружной поверхности тела вращения слоем толщиной, не превышающей высоту корневого элемента. Металломатричный композит сформирован из одной части намотанных, по меньшей мере, под одним углом и другой части из «свалянных» волокон из SiC, заключенных в матрицу из титанового сплава с их последующим сплавлением. Изобретение обеспечивает снижение массы, повышение надежности, прочности ободной части барабана, а также технологичности изготовления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Лопаточный узел со связующим ptal покрытием и термобарьерным покрытием и соответствующий способ изготовления // 2600837

Лопаточный узел для газовой турбины содержит внутренний и внешний бандажи и лопатку, расположенную между ними. Лопатка содержит покрытую секцию поверхности, которая покрыта платино-алюминидным и термобарьерным покрытиями и представляет собой часть полной поверхности лопатки. Термобарьерное покрытие покрытой секции поверхности отделено от внутреннего бандажа и/или внешнего бандажа расстоянием, составляющим от 5% до 25% полной длины лопатки между внутренним и внешним бандажами. Лопатка дополнительно содержит утончающуюся секцию, образованную на поверхности лопатки и расположенную между покрытой секцией поверхности и внутренним бандажом и/или между покрытой секцией поверхности и внешним бандажом. В утончающейся секции толщина термобарьерного покрытия плавно уменьшается от кромки покрытой секции поверхности к внутреннему или внешнему бандажу соответственно. При изготовления указанного выше лопаточного узла покрывают секцию поверхности лопатки платино-алюминидным и термобарьерным покрытиями, таким образом, что термобарьерное покрытие покрытой секции поверхности расположено на расстоянии от внутреннего и/или внешнего бандажа. Группа изобретений позволяет повысить надежность лопатки газовой турбины. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

Узел, образованный направляющим сопловым аппаратом турбины или спрямляющим аппаратом компрессора из ккм для турбомашины и кольцом - подложкой для истираемого материала, и турбина или компрессор, содержащие такой узел // 2601052

Изобретение относится к авиационным газотурбинным двигателям. Сопловой аппарат турбины или направляющий аппарат компрессора содержат секторы (12) из материала композиционного материала с керамической матрицей (ККМ), каждый из которых содержит внутреннюю площадку (14), наружную площадку (16) и перья (18) лопаток. Кольцо-подложка (50) для истираемого материала состоит из секторов, каждый из которых содержит расположенную выше по потоку (55а) и расположенную ниже по потоку (55b) крепежные лапки. Внутренние площадки (14) содержат, каждая, с внутренней стороны расположенный выше по потоку (15a) и расположенный ниже по потоку (15b) крючки, и кольцо-подложка для истираемого материала установлено на сопловом аппарате или на направляющем аппарате посредством взаимного зацепления без жесткого соединения между концевыми частями расположенных выше по потоку крепежных лапок и расположенных выше по потоку крючков и между концевыми частями расположенных ниже по потоку крепежных лапок и расположенных ниже по потоку крючков. Изобретение обеспечивает крепление истираемого материала секторов соплового аппарата турбины и компрессора. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

Лопатка для турбомашины и способ изготовления указанной лопатки // 2602316

Лопатка турбомашины из композитного материала с матрицей и армированием, содержащим сетку, включает переднюю и заднюю кромки, а также поверхности корытца и спинки, проходящие от передней до задней кромки. Сетка образует трехмерную конструкцию, которая проходит по большей части толщины лопатки между поверхностью корытца и поверхностью спинки и/или по большей части длины лопатки между передней кромкой и задней кромкой. Трехмерная конструкция армирования содержит стержни, соединенные между собой с помощью их соединительных узлов, заделанные в матрицу и имеющие шероховатую поверхность с выступающими зернами. Количество стержней, соединенных с соединительными узлами, является переменным. При изготовлении композитной лопатки получают армирование, содержащее сетку, вставляют армирование в форму для литья под давлением и осуществляют литье под давлением смолы в форму для литья под давлением для заполнения сетки. Затем полимеризуют смолу в форме для литья и извлекают композитную лопатку из формы. Армирование выполняют способом послойного аддитивного наращивания, а сетка образует трехмерную конструкцию, которая содержит стержни, соединенные между собой с помощью их соединительных узлов и имеющие шероховатую поверхность с выступающими зернами. Группа изобретений позволяет повысить прочность композитной лопатки турбомашины. 2 н. и 26 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ очистки и зачистки лопатки газотурбинного двигателя посредством импульсного лазера // 2604406

При очистке лопатки газотурбинного двигателя, содержащей тело из суперсплава с покрытием, обрабатывают покрытие лопатки посредством импульсного лазера так, что покрытие удаляют, по меньшей мере, частично, а параметры скорости подачи импульсного лазера и частоты импульсов импульсного лазера определяют так, чтобы обработанная поверхность лопатки имела шероховатость от 4 мкм до 10 мкм. При этом скорость подачи импульсного лазера составляет от 25 мм/с до 1000 мм/с, а частота импульсов импульсного лазера составляет от 12 кГц до 50 кГц. Импульсный лазер перемещают вдоль линий обработки на покрытии, при этом две последовательные линии обработки перекрывают друг друга. Изобретение позволяет упростить очистку лопатки от нанесенного покрытия и снизить вероятность повреждения тела лопатки. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

Лопатка для турбомашины и способ изготовления указанной лопатки // 2605481

Настоящее изобретение относится к композитной лопатке турбомашины. При изготовлении композитной лопатки турбомашины одновременно получают матрицу и армирование путем выполнения слоев на порошковой основе. Одновременное получение матрицы и армирования осуществляют путем выполнения повторяемых этапов, на которых наносят материал-наполнитель, образующий армирование, обеспечивают когезию материала-наполнителя армирования, наносят материал-наполнитель, образующий матрицу, и обеспечивают когезию материала-наполнителя матрицы. При этом нанесение материала-наполнителя, образующего армирование, и нанесение материала-наполнителя, образующего матрицу, выполняют одновременно и/или обеспечение когезии материала-наполнителя армирования и обеспечение когезии материала-наполнителя матрицы выполняют одновременно. Другое изобретение группы относится к лопатке турбомашины, изготовленной указанным выше способом и содержащей композитный материал с матрицей и армированием, содержащим сетку. Лопатка включает переднюю кромку, заднюю кромку, поверхность корытца и поверхность спинки, проходящие от передней кромки до задней кромки. Сетка образует трехмерную конструкцию, проходящую по большей части толщины лопатки между поверхностью корытца и поверхностью спинки и/или по большей части длины лопатки между передней кромкой и задней кромкой. При этом трехмерная конструкция содержит стержни, заделанные в матрицу, причем указанная матрица занимает большую часть объема лопатки. Группа изобретений позволяет повысить прочность композитной лопатки турбомашины. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 8 ил.

Покрытия для деталей турбины // 2605872

Изобретение относится к покрытию деталей турбины, а именно к гидрофобному эрозионно-стойкому покрытию, нанесенному на деталь аксиально вращающегося механизма, используемую под воздействием насыщенного водой газа, и к способу нанесения этого покрытия. Упомянутое покрытие имеет металлическую матрицу с полисилоксановым наполнителем, распределенным по толщине покрытия. После нанесения упомянутого покрытия проводят отжиг наполнителя с обеспечением повышенной температуростойкости полисилоксанового наполнителя. Обеспечивается требуемый баланс температуростойкости и гидрофобности покрытия, и повышается его долговечность. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.