Способ изготовления лопатки газотурбинного двигателя из композиционного материала, получающаяся в результате лопатка и газотурбинный двигатель, включающий такую лопатку - заявка 2016150437 на патент на изобретение в РФ

1. Способ изготовления лопатки газотурбинного двигателя, причем лопатка выполнена из композиционного материала, содержащего волокнистое усиление, уплотненное матрицей, и содержит перо, первую полку, расположенную на одном продольном конце пера и содержащую внутреннюю поверхность, образующую проточный канал, и наружную поверхность, противоположную внутренней поверхности, и по меньшей мере один функциональный элемент, выступающий из наружной поверхности первой полки и соединенный с наружной поверхностью в по существу окружном направлении, причем упомянутый способ включает:
- изготовление волокнистой заготовки в виде единой детали посредством многослойного переплетения;
- формование волокнистой заготовки для получения волокнистой преформы в виде единой детали, содержащей первый участок, образующий преформу для пера лопатки, и второй участок, образующий преформу для первой полки и преформу для по меньшей мере одного функционального элемента; и
- уплотнение волокнистой преформы матрицей для получения лопатки из композиционного материала, содержащего волокнистое усиление, образованное преформой и уплотненное матрицей, и образующей единую деталь, включающую перо, первую полку и по меньшей мере один функциональный элемент;
причем второй участок преформы содержит множество слоев нитей, связанных друг с другом посредством переплетения, с расположенной в них по меньшей мере одной несвязанной зоной, позволяющей разворачивать преформу одного или каждого функционального элемента относительно преформы для первой полки, и при этом участок волокнистой заготовки, соответствующий второму участку преформы, включает один или более слоев нитей, взятых из участка волокнистой заготовки, соответствующего преформе пера, в одном или более местоположениях в продольном направлении, при этом преформа пера имеет переменную толщину в продольном направлении.
2. Способ по п.1, в котором множество слоев второго участка преформы включает группу слоев нитей, общих с преформой пера.
3. Способ по п.1, в котором волокнистую преформу подвергают формованию, чтобы получить волокнистую преформу в виде единой детали, содержащую также третий участок, образующий преформу для второй полки, расположенной в продольном конце пера, удаленном от его конца, на котором расположена первая полка, при этом множество слоев нитей участка волокнистой заготовки, соответствующего второму участку преформы, включает группу слоев нитей, общих с участком волокнистой заготовки, соответствующим преформе пера, и группу слоев нитей, общих с участком заготовки, соответствующим преформе второй полки.
4. Способ изготовления роторной лопатки газотурбинного двигателя, причем лопатка выполнена из композиционного материала, содержащего волокнистое усиление, уплотненное матрицей, и содержит хвостовик, перо, внешнюю полку, образующую головку, расположенную на одном продольном конце пера и содержащую внутреннюю поверхность, образующую проточный канал, и наружную поверхность, противоположную внутренней поверхности, и гребешки головки, каждый из которых выступает из наружной поверхности головки и соединен с наружной поверхностью в по существу окружном направлении, причем способ включает:
- изготовление волокнистой заготовки в виде единой детали посредством многослойного переплетения;
- формование волокнистой заготовки для получения волокнистой преформы в виде единой детали, содержащей первый участок, образующий преформу для пера, второй участок, образующий преформу для головки и преформы для гребешков, и третий участок, продолжающий первый участок и образующий преформу для хвостовика; и
- уплотнение волокнистой преформы матрицей для получения лопатки из композиционного материала, содержащей волокнистое усиление, образованное посредством преформы и уплотненное матрицей, и образующей единую деталь, включающую хвостовик, перо, головку и гребешки головки;
причем второй участок преформы содержит множество слоев нитей, связанных друг с другом посредством переплетения, с расположенными в них несвязанными зонами, позволяющими разворачивать преформы для гребешков головки относительно преформы для головки, и при этом участок волокнистой заготовки, соответствующий второму участку преформы, включает один или более слоев нитей, взятых из участка волокнистой заготовки, соответствующего преформе пера, в одном или более местоположений в продольном направлении, при этом преформа пера имеет переменную толщину в продольном направлении.
5. Способ по п.4, в котором множество слоев второго участка преформы включает группу слоев нитей, общих с преформой пера лопатки.
6. Способ по п.4, в котором волокнистая заготовка подвергается формованию для получения волокнистой преформы в виде единой детали, содержащей также четвертый участок, образующий преформу для внутренней полки, при этом множество слоев нитей участка волокнистой заготовки, соответствующего второму участку преформы, включает группу слоев нитей, общих с участком волокнистой заготовки, соответствующим преформе пера, и группу слоев нитей, общих с участком заготовки, соответствующим преформе внутренней полки.
7. Способ по п. 4, в котором преформа хвостовика лопатки содержит количество слоев нитей, которое больше количества слоев нитей преформы пера, при этом в волокнистой заготовке множество слоев нитей участка заготовки, соответствующего второму участку преформы, содержит группу слоев нитей, общих с участком заготовки, соответствующим преформе пера, и группу слоев нитей, общих с участком заготовки, соответствующим преформе хвостовика и не используемых в преформе пера.
8. Способ по п.5, в котором множество слоев второго участка преформы включает дополнительную группу слоев нитей, не являющуюся общей с преформой хвостовика или с преформой лопатки.
9. Способ по п. 4, в котором волокнистая заготовка подвергается формованию для получения волокнистой преформы в виде единой детали, содержащей четвертый участок, образующий преформу внутренней полки, при этом преформа пера включает множество слоев нитей, общих с преформой хвостовика и пересекаемых множеством слоев нитей преформы внутренней полки в участке внутренней полки.
10. Способ изготовления статорной лопатки газотурбинного двигателя, причем лопатка выполнена из композиционного материала, содержащего волокнистое усиление, уплотненное матрицей, и содержит перо, первую полку, расположенную на одном продольном конце пера и содержащую внутреннюю поверхность, образующую проточный канал, и наружную поверхность, противоположную внутренней поверхности, и крепежные крючки, выступающие из наружной поверхности первой полки и соединенные с наружной поверхностью в по существу окружном направлении, причем упомянутый способ включает:
- изготовление волокнистой заготовки в виде единой детали посредством многослойного переплетения;
- формование волокнистой заготовки для получения волокнистой преформы в виде единой детали, содержащей первый участок, образующий преформу для пера, второй участок, образующий преформу для первой полки и преформы для крепежных крючков; и
- уплотнение волокнистой преформы матрицей для получения лопатки из композиционного материала, содержащей волокнистое усиление, образованное посредством преформы и уплотненное матрицей, и образующей единую деталь, включающую перо, первую полку и крепежные крючки;
причем второй участок преформы содержит множество слоев нитей, связанных друг с другом посредством переплетения, с расположенными в них несвязанными зонами, позволяющими разворачивать преформы крепежных крючков относительно преформы для первой полки, и при этом участок волокнистой заготовки, соответствующий второму участку преформы, включает один или более слоев нитей, взятых из участка волокнистой заготовки, соответствующего преформе пера, в одном или более местоположениях в продольном направлении, при этом преформа пера имеет переменную толщину в продольном направлении.
11. Способ по п.10, в котором множество слоев второго участка преформы включает группу слоев нитей, общих с преформой пера.
12. Способ изготовления статорной лопатки газотурбинного двигателя, причем лопатка выполнена из композиционного материала, содержащего волокнистое усиление, уплотненное матрицей, и содержит перо, первую полку, расположенную на одном продольном конце пера и содержащую внутреннюю поверхность, образующую проточный канал, и наружную поверхность, противоположную внутренней поверхности, и по меньшей мере один опорный элемент для истирающегося покрытия, выступающий из наружной поверхности первой полки и соединенный с наружной поверхностью в по существу окружном направлении, причем способ включает:
- изготовление волокнистой заготовки в виде единой детали посредством многослойного переплетения;
- формование волокнистой заготовки для получения волокнистой преформы в виде единой детали, содержащей первый участок, образующий преформу для пера, второй участок, образующий преформу для первой полки и по меньшей мере одну преформу для опорного элемента для истирающегося покрытия; и
- уплотнение волокнистой преформы матрицей для получения лопатки из композиционного материала, содержащей волокнистое усиление, образованное посредством преформы и уплотненное матрицей, и образующей единую деталь, включающую перо, первую полку и по меньшей мере один опорный элемент для истирающегося покрытия;
причем второй участок преформы содержит множество слоев нитей, связанных друг с другом посредством переплетения, с расположенными в них несвязанными зонами, позволяющими разворачивать преформы опорных элементов для истирающегося покрытия относительно преформы для первой полки, и при этом участок волокнистой заготовки, соответствующий второму участку преформы, включает один или более слоев нитей, взятых из участка волокнистой заготовки, соответствующего преформе пера, в одном или более местоположениях в продольном направлении, при этом преформа пера имеет переменную толщину в продольном направлении.
13. Способ по п.12, в котором множество слоев второго участка преформы включает группу слоев нитей, общих с преформой пера.
14. Способ по п. 1, в котором в волокнистой заготовке множество слоев нитей содержит слои нитей основы, проходящих в продольном направлении лопатки, при этом несвязанные зоны проходят непрерывно в направлении основы между противоположными сторонами участка волокнистой заготовки, соответствующего второму участку преформы, на расстояние, которое ограничено в направлении утка.
15. Способ по п. 1, в котором в волокнистой заготовке множество слоев нитей содержит слои нитей утка, проходящих в продольном направлении лопатки, при этом несвязанные зоны проходят непрерывно в направлении утка между противоположными сторонами участка волокнистой заготовки, соответствующего второму участку преформы, на расстояние, которое ограничено в направлении основы.
16. Лопатка газотурбинного двигателя, содержащая перо, первую полку, расположенную на продольном конце пера и содержащую внутреннюю поверхность, образующую проточный канал, и наружную поверхность, противоположную упомянутой внутренней поверхности, и по меньшей мере один функциональный элемент, проходящий из наружной поверхности первой полки и соединенный с наружной поверхностью в по существу окружном направлении;
- причем лопатка представляет собой единую деталь из композиционного материала, содержащий многослойное переплетенное волокнистое усиление, уплотненное матрицей; и
- волокнистое усиление представляет собой единую деталь с первым участком, образующим усиление для пера лопатки, и вторым участком, образующим усиление для первой полки лопатки и для по меньшей мере одного функционального элемента;
причем второй участок волокнистого усиления содержит множество слоев нитей, которые связаны друг с другом посредством переплетения, за исключением зоны разделения между усилением для одного или каждого функционального элемента и усилением для первой полки.
17. Роторная лопатка газотурбинного двигателя, содержащая перо, внешнюю полку, образующую головку лопатки, расположенную на продольном конце пера и содержащую внутреннюю поверхность, образующую проточный канал, и наружную поверхность, противоположную внутренней поверхности, и гребешки головки, проходящие из наружной поверхности головки и соединенные с наружной поверхностью в по существу окружном направлении;
- причем упомянутая лопатка представляет собой единую деталь из композиционного материала, содержащую многослойное переплетенное армирование волокна, уплотненное матрицей; и
- причем волокнистое усиление представляет собой единую деталь с первым участком, образующим усиление пера лопатки, и вторым участком, образующим усиление головки и усиление гребешков головки;
причем в лопатке второй участок волокнистого усиления содержит множество слоев нитей, которые все связаны друг с другом посредством переплетения, за исключением зон разделения между усилением гребешков головки и усилением головки.
18. Статорная лопатка газотурбинного двигателя, содержащая перо, первую полку, расположенную на продольном конце пера и содержащую внутреннюю поверхность, образующую проточный канал, и наружную поверхность, противоположную внутренней поверхности, и крепежные крючки лопатки, проходящие из наружной поверхности первой полки и соединенные с наружной поверхностью в по существу окружном направлении;
- причем лопатка представляет собой единую деталь из композиционного материала, содержащую многослойное переплетенное волокнистое усиление, уплотненное матрицей; и
- волокнистое усиление представляет собой единую деталь с первым участком, образующим усиление пера лопатки, и вторым участком, образующим усиление первой полки и усиление крепежных крючков;
причем в второй участок волокнистого усиления содержит множество слоев нитей, которые связаны друг с другом посредством переплетения, за исключением зон разделения между усилением крепежных крючков и усилением первой полки.
19. Статорная лопатка газотурбинного двигателя, содержащая перо, первую полку, расположенную на продольном конце пера и содержащую внутреннюю поверхность, образующую проточный канал, и наружную поверхность, противоположную внутренней поверхности, и по меньшей мере один опорный элемент для истирающегося покрытия, проходящий из наружной поверхности первой полки и соединенный с наружной поверхностью в по существу окружном направлении;
- причем лопатка представляет собой единую деталь из композиционного материала, содержащую многослойное переплетенное волокнистое усиление, уплотненное матрицей; и
- волокнистое усиление представляет собой единую деталь с первым участком, образующим усиление пера лопатки, и вторым участком, образующим усиление первой полки и усиление по меньшей мере одного опорного элемента для истирающегося покрытия;
причем второй участок волокнистого усиления содержит множество слоев нитей, которые связаны друг с другом посредством переплетения, за исключением зон разделения между усилением одного или каждого опорного элемента для истирающегося покрытия и усилением первой внутренней полки.
20. Лопатка по п. 16, в которой множество слоев нитей второго участка усиления включает в себя группу слоев нитей, общих с усилением пера.
21. Рабочее колесо турбины или компрессора для газотурбинного двигателя и включающее лопатки по п. 16, выполненные из композиционного материала с керамической матрицей.
22. Рабочее колесо турбины или компрессора для газотурбинного двигателя и включающее лопатки по п. 16, выполненные из композиционного материала с органической матрицей.
23. Газотурбинный двигатель, содержащий по меньшей мере одно роторное колесо турбины или компрессора по п.21.
Наверх