Способ изготовления сектора лопатки сопла турбины или статора компрессора, изготовленного из композитного материала, для турбинных двигателей и турбина или компрессор, включающий лопатку сопла или статора, состоящую из указанных секторов

Способ изготовления сектора лопатки сопла турбины или статора компрессора, изготовленного из композитного материала, для турбинных двигателей и турбина или компрессор, включающий лопатку сопла или статора, состоящую из указанных секторов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

Изобретение относится к турбинам или компрессорам для турбинных двигателей, в частности для авиационных двигателей или для промышленных турбин.

Улучшение рабочих характеристик турбинных двигателей и уменьшение их загрязняющих выбросов должны предусматривать использование все более высоких рабочих температур.

Для элементов в горячих участках турбинного двигателя, в связи с этим, сделаны предложения по использованию композитных материалов с керамической матрицей (CMC). Эти материалы обладают существенными термоконструкционными свойствами, т.е. механическими свойствами, которые делают их пригодными для образования конструктивных элементов, объединенных со способностью сохранять эти свойства при высоких температурах. Более того, CMC материалы представляют плотность, которая значительно меньше плотности металлических материалов, традиционно используемых для элементов в горячих участках турбинных двигателей.

Таким образом, документы WO 2010/061140, WO 2010/116066 и WO 2011/080443 описывают изготовление лопастей для роторных колес турбинных двигателей из CMC и с включенными внутренними и внешними полками. Также предложено использование CMC материалов для сопел турбин, в частности, в документе WO 2010/14 6288.

Традиционное металлическое сопло турбины или диффузор компрессора собирается из множества секторов, при этом каждый сектор имеет внутреннюю полку, внешнюю полку и множество перьев, проходящих между внутренней и внешней полками и скрепленных с ними. Внутренняя и внешняя полки определяют проход потока газа или воздуха через сопло или диффузор. На внешней стороне внешние полки секторов скреплены с лапками, обеспечивающими установку сопла турбины или диффузора компрессора в корпусе.

Задача и сущность изобретения

Задачей изобретения является создание способа обеспечения сектора для сопла турбины или диффузора компрессора, изготавливаемого из композитного материала, который пригоден для выполнения различных функций металлического сектора, в частности функций определения прохода потока газа или воздуха через внутреннюю и внешнюю полки, и функции крепления в корпусе.

Эта задача решается с помощью способа, содержащего этапы, на которых:

изготавливают одноперьевые модульные направляющие лопатки, при этом каждая имеет внутреннюю полку, внешнюю полку и перо, проходящее между внутренней и внешней полками и скрепленное с ними, при этом каждую направляющую лопатку изготавливают этапами, на которых:

изготавливают цельную волоконную заготовку трехмерным плетением;

формуют волоконную заготовку для получения цельной волокнистой преформы, имеющую первый участок, образующий преформу пера, второй участок, образующий преформу внутренней полки, и третий участок, образующий преформу внешней полки; и

уплотняют преформу матрицей для получения лопатки композитного материала, имеющей армирование волокном, образованное преформой и уплотненное матрицей, и образуют цельный элемент с внутренней и внешней полками, включенными в него; и

собирают и скрепляют вместе множество лопаток для образования многоперьевого сектора из композитного материала сопла турбины или диффузора компрессора, при этом скрепление выполняют способом, включающим по меньшей мере один этап, выбранный из этапа скрепления пайкой и этапа скрепления лопаток совместным уплотнением общей матрицей, которые уже собраны вместе во время промежуточной стадии уплотнения.

В варианте выполнения способа изготовление каждой лопатки включает этап частичного уплотнения волокнистой преформы матрицей и следующий далее этап обработки, и скрепление вместе множества лопаток содержит сборку обработанных лопаток и совместное уплотнение собранных лопаток общей матрицей. Для сопла турбины или диффузора компрессора, изготовленного из композитного материала с керамической матрицей, сборка обработанных лопаток может включать этап скрепления предкерамическим адгезивом.

В другом варианте выполнения способа для сопла турбины или диффузора компрессора, изготовленного из композитного материала с керамической матрицей, изготовление каждой лопатки содержит первый и второй этапы уплотнения керамической матрицы, отделенные этапом обработки, и скрепление вместе множества лопаток содержит этап спайки лопаток, которые собраны вместе после второго этапа уплотнения.

Предпочтительно, внешняя или внутренняя полка первой лопатки содержит внешнюю или внутреннюю образующую проход полку и соединена с внешней или внутренней полкой смежной второй лопатки по меньшей мере частично вдоль по меньшей мере одной зоны скрепления, проходящей на протяжении участка внешней поверхности внешней образующей проход полки первой лопатки и/или на протяжении участка внутренней поверхности внутренней образующей проход полки первой лопатки.

Каждая лопатка может быть выполнена с внешней полкой, имеющей участок, образующий внешнюю образующую проход полку, и участок, образующий крепежные лапки, причем внешняя образующая проход полка и крепежные лапки, проходящие на обеих сторонах пера и крепежных лапок, размещают на внешней стороне внешней образующей проход полки.

В варианте каждая лопатка может быть выполнена с внешней полкой, имеющей участок, образующий внешнюю образующую проход полку на одной стороне пера, и участок, образующий крепежные лапки на другой стороне пера, и две смежные лопатки собирают зацеплением крепежных лапок одной из двух лопаток на внешней стороне внешней образующей проход полки другой одной из двух лопаток.

В варианте выполняют следующие этапы, на которых:

изготавливают первые лопатки, при этом каждая имеет внутреннюю полку и внешнюю полку, образующую внешнюю образующую проход полку, и перо, проходящее между внутренней и внешней полками и скрепленное с ними;

изготавливают вторые лопатки, при этом каждая имеет внутреннюю полку, внешнюю полку, образующую крепежные лапки, и перо, проходящее между внутренней и внешней полками и скрепленное с ними; и

образуют сектор сборкой первых лопаток поочередно со вторыми лопатками, при этом крепежные лапки второй лопатки зацепляют на внешней стороне внешней образующей проход полки первой лопатки.

Более того, каждая лопатка может быть выполнена с внутренней полкой, имеющей участок, образующий внутреннюю образующую проход полку, и участок, образующий ребра или крюки, при этом внутреннюю образующую проход полку и ребра или крюки, проходящие на обеих сторонах пера и ребер или крюков, размещают на внутренней стороне внутренней образующей проход полки.

В варианте каждая лопатка может быть выполнена с внутренней полкой, имеющей участок, образующий внутреннюю образующую проход полку на одной стороне пера, и участок, образующий крюки или ребра на другой стороне пера, и при этом две смежные лопатки собирают вместе зацеплением крюков или ребер одной из двух лопаток на внутренней стороне внутренней образующей проход полки другой одной из двух лопаток.

В варианте выполняют следующие этапы, на которых:

изготавливают первые лопатки, при этом каждая имеет внутреннюю полку, образующую внутреннюю образующую проход полку, внешнюю полку и перо, проходящее между внутренней и внешней полками и скрепленное с ними;

изготавливают вторые лопатки, при этом каждая имеет внутреннюю полку, образующую ребра или крюки, внешнюю полку и перо, проходящее между внутренней и внешней полками и скрепленное с ними; и

образуют сектор сборкой первых лопаток поочередно со вторыми лопатками, при этом крюки или ребра второй лопатки зацепляют на внутренней стороне образующей проход внутренней полки первой лопатки.

Предпочтительно, волоконную заготовку сплетают в продольном направлении заготовки, соответствующем продольному направлению изготавливаемой лопатки, при этом волоконную заготовку сплетают в указанном направлении с:

первым набором из множества слоев нити, которые взаимосвязывают по меньшей мере частично для образования первого участка заготовки, который должен образовывать преформу пера; и

вторым набором из множества слоев нити, которые взаимосвязывают по меньшей мере частично для образования второго участка заготовки, который должен образовывать преформу внутренней полки, и для образования третьего участка заготовки, который должен образовывать преформу внешней полки;

при этом нити первого набора слоев нити не взаимосвязывают с нитями второго набора слоев нити; и

первый набор слоев нити пересекают вторым набором слоев нити в первом и втором положениях пересечения, соответствующих соответственно положениям преформ для внутренней и внешней полок.

Далее волоконная заготовка может быть сплетена со вторым непрерывным набором слоев нити, при этом формование волоконной заготовки содержит этапы, на которых:

исключают путем обрезания участки второго набора слоев нити снаружи второго и третьего участков заготовки; и

размещают неисключенные участки второго набора слоев нити на одной или другой стороне первого набора слоев нити в первом и втором положениях пересечения.

В первом варианте выполнения способ содержит изготовление лопаток, имеющих внешнюю полку с участком, образующим образующую проход внешнюю полку, и участком, образующим крепежные лапки, расположенные на внешней стороне внешней образующей проход полки, при этом волоконную заготовку сплетают в указанном продольном направлении так, чтобы в дополнение иметь:

третий набор слоев нити, которые взаимосвязывают по меньшей мере частично для образования четвертого участка заготовки, соответствующего преформе крепежных лапок;

при этом нити первого набора слоев нити не взаимосвязывают с нитями третьего набора слоев нити; и

первый набор слоев нити пересекают с третьим набором слоев нити в третьем положении пересечения, соответствующем положению преформы крепежных лапок.

Далее волоконная заготовка может быть сплетена с третьим непрерывным набором слоев нити, при этом формование волоконной заготовки содержит этапы, на которых:

исключают путем обрезания участки третьего набора слоев нити снаружи четвертого участка заготовки; и

размещают неисключенные участки третьего набора слоев нити на одной или другой стороне первого набора слоев нити в третьем положении пересечения.

Согласно признаку первого варианта выполнения, способ содержит изготовление лопаток, имеющих внутреннюю полку с участком, образующим внутреннюю образующую проход полку, и участком, образующим крюки или ребра, расположенные во внутренней области внутренней образующей проход полки, и:

слои нити третьего набора слоев нити взаимосвязывают по меньшей мере частично для образования пятого участка волоконной заготовки, соответствующего преформе крюков или ребер; и

первый набор слоев нити также пересекают третьим набором слоев нити в четвертом положении пересечения, соответствующем положению преформы крюков или ребер.

Далее волоконная заготовка может быть сплетена с третьим непрерывным набором слоев нити, при этом формование волоконной заготовки содержит этапы, на которых:

исключают путем обрезания участки третьего набора слоев нити снаружи четвертого участка заготовки; и

размещают неисключенные участки третьего набора слоев нити на одной или другой стороне первого набора слоев нити в третьем и четвертом положениях пересечения.

Во втором варианте выполнения способ содержит этапы, на которых изготавливают лопатки, имеющие внешнюю полку с участком, образующим внешнюю образующую проход полку, и участком, образующим крепежные лапки, расположенные на внешней стороне внешней образующей проход полки, и

волоконную заготовку сплетают при обеспечении зоны отсутствия взаимосвязи в пределах первого набора слоев нити в продолжении первого участка заготовки на внешней стороне относительно второго положения пересечения; и

формование заготовки содержит размещение участков первого набора слоев нити, расположенных на одной или другой стороне зоны отсутствия взаимосвязи для того, чтобы образовывать преформу крепежных лапок.

Согласно признаку второго варианта выполнения, способ содержит изготовление лопаток, имеющих внутреннюю полку с участком, образующим внутреннюю образующую проход полку, и участком, образующим крюки или ребра, расположенные на внутренней стороне внутренней образующей проход полки, и

волоконную заготовку сплетают, при этом оставляя вторую зону отсутствия взаимосвязи в пределах первого набора слоев нити, проходя первый участок заготовки по направлению внутрь от первого положения пересечения; и

формование заготовки содержит размещение участков первого набора слоев нити, расположенных на одной или другой стороне второй зоны отсутствия взаимосвязи для того, чтобы образовывать преформу крюков или ребер.

В третьем варианте выполнения способ содержит этапы, на которых изготавливают лопатки, имеющие внешнюю полку с участком, образующим внешнюю образующую проход полку, и участком, образующим крепежные лапки, расположенные на внешней стороне внешней образующей проход полки, и

во втором положении пересечения, где первый набор слоев нити пересекают вторым набором слоев нити, вылеты пересечения на двух противоположных сторонах первого набора слоев нити смещают друг от друга в продольном направлении заготовки; и

формование заготовки содержит размещение участков второго набора слоев нити, проходящих от каждого из вылетов пересечения, на указанных противоположных сторонах первого набора слоев нити для того, чтобы образовывать соответственно преформу для внешней полки и преформу для крепежных лапок, причем преформы смещают друг от друга в продольном направлении.

Согласно признаку третьего варианте выполнения способ содержит изготовление лопаток, имеющих внутреннюю полку с участком, образующим внутреннюю образующую проход полку, и участком, образующим крюки или ребра, расположенные во внутренней стороне внутренней образующей проход полки, и

в первом положении пересечения, где первый набор слоев нити пересекают вторым набором слоев нити, вылеты пересечения на двух противоположных сторонах первого набора слоев нити смещают друг от друга в продольном направлении заготовки; и

формование заготовки содержит размещение участков второго набора слоев нити, проходящих от каждого вылета пересечения первого положения пересечения, на указанных противоположных сторонах первого набора слоев нити для образования соответственно преформы для внутренней образующей проход полки и преформы для крюков или ребер, причем эти полки смещают друг от друга в продольном направлении.

Изобретение также обеспечивает турбину для турбинного двигателя, причем турбина имеет корпус турбины и сопло турбины, изготовленное из CMC материала, а сопло турбины содержит секторы сопла, полученные способом, определенным выше. Сопло предпочтительно установлено в корпусе турбины посредством крепежных лапок, представленных на внешних полках лопаток.

Изобретение также обеспечивает компрессор для турбинного двигателя, причем компрессор имеет корпус компрессора и по меньшей мере один диффузор компрессора, изготовленный из композитного материала, диффузор компрессора имеет секторы диффузора, полученные способом, определенным выше. Диффузор предпочтительно установлен в корпусе компрессора посредством крепежных лапок, представленных на внешних полках лопаток.

Предпочтительно, сопло или диффузор поддерживает опорное кольцо из истираемого материала посредством крюков, представленных на внутренних полках лопаток.

Изобретение отличается тем, что изготовление секторов сопла или компрессора из композитного материала из одноперьевых модульных лопаток делает возможным создание волокнистых преформ и формование их упрощенным образом по сравнению с изготовлением сложной преформы для многоперьевого сектора сопла или диффузора.

Изобретение также отличается тем, что сопло или диффузор может быть закреплен в турбине или корпусе компрессора посредством крепежных лапок, которые связаны с модульными лопатками, и силы, прикладываемые к лопаткам, могут быть поглощены крепежными лапками без порождения чрезмерных сил в соединениях между лопатками.

Изобретение также обеспечивает турбинный двигатель, имеющий турбину и/или компрессор, определенный выше.

Краткое описание чертежей

Изобретение может быть лучше понято на основании следующего далее описания, приведенного путем неограничивающего примера, и со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет собой очень схематический фрагментарный вид в аксиальном полусечении турбины низкого давления в турбинном двигателе, имеющей сопло турбины, изготовленное из CMC материала;

Фиг. 2 представляет собой схематический вид в перспективе сектора сопла с фиг. 1;

Фиг. 3 представляет собой схематический вид в перспективе сектора опорного кольца из истираемого материала с фиг. 1;

Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе одноперьевой лопатки сопла, образующей часть сектора сопла, например, показанного на фиг. 2, и изготовленной из CMC материала в соответствии с вариантом выполнения изобретения;

Фиг. 5-8 очень схематически показывают последовательные этапы способа изготовления волокнистой преформы для лопатки сопла, например, показанной на фиг. 4;

Фиг. 9 представляет последовательные этапы способа изготовления сектора сопла, например, показанного на фиг. 2;

Фиг. 10 представляет последовательные этапы другого способа изготовления сектора сопла, например, показанного на фиг. 2;

Фиг. 11 представляет собой вид в перспективе одноперьевой лопатки сопла, образующей часть сектора сопла, изготовленного из CMC материала, в соответствии с вариантом выполнения изобретения;

Фиг. 12-15 очень схематически показывают последовательные этапы способа изготовления волокнистой преформы для лопатки сопла, например, показанной на фиг. 11;

Фиг. 16 представляет собой схематический вид в перспективе сектора сопла, полученного сборкой лопаток, например, показанных на фиг. 11;

Фиг. 17 представляет собой вид в перспективе одноперьевой лопатки сопла, образующей часть сектора сопла, изготовленного из CMC материала, в соответствии с вариантом выполнения изобретения;

Фиг. 18-21 очень схематически показывают последовательные этапы способа изготовления волокнистой преформы для лопатки сопла, например, показанной на фиг. 17;

Фиг. 22 представляет собой схематический вид в перспективе сектора сопла, полученного сборкой лопаток, например, показанных на фиг. 19;

Фиг. 23 очень схематически показывает, как две лопатки, например, показанные на фиг. 17, собирают вместе при изготовлении сектора сопла;

Фиг. 24 представляет собой вид в перспективе двух одноперьевых лопаток сопла, образующих часть сектора сопла, изготовленного из CMC материала, в соответствии с вариантом выполнения изобретения;

Фиг. 25-28 очень схематически показывают последовательные этапы способа изготовления волокнистой преформы для лопатки сопла, например, одной из лопаток с фиг. 24;

Фиг. 29 представляет собой схематический вид в перспективе сектора сопла, полученного сборкой лопаток, например, показанных на фиг. 24;

Фиг. 30 очень схематически показывает, как две лопатки, например, показанные на фиг. 24, собирают вместе при изготовлении сектора сопла;

Фиг. 31 представляет собой очень схематический фрагментарный вид в разрезе, показывающий вариант крепления сопла в корпусе турбины; и

Фиг. 32 представляет собой очень схематический фрагментарный вид в аксиальном полусечении компрессора турбинного двигателя, включающего диффузор компрессора, изготовленный из композитного материала.

Подробное описание вариантов выполнения изобретения

Определения

На протяжении всего описания выражение "внешняя полка" или "внутренняя полка" используется и для двухфункциональной полки, имеющей один участок, образующий полку, подходящую для получения прохода потока, и другой участок, образующий крепежные лапки или крюки или ребра, а также для однофункциональной полки, ограниченной только одним из этих участков.

Выражение "образующая проход полка" используется для обозначения элемента, образующего участок внутренней или внешней стенки, определяющий проход газового потока через турбину в сопле турбины или проход потока воздуха через компрессор в диффузоре компрессора.

Применение в турбине турбинного двигателя

Многоступенчатая турбина низкого давления (LP) турбинного двигателя, например, авиационного двигателя, показанного частично на фиг. 1, содержит множество сопел 10 статора, чередующихся с роторными колесами 30 в направлении потока струи газа через турбину (стрелка F), и они установлены внутри корпуса 40 турбины.

Каждое роторное колесо 30 имеет множество лопастей 32, при этом каждая имеет внутреннюю полку 34, внешнюю полку 36 и перо 38, проходящее между полками 34 и 36 и соединенное с ними. На внутренней стороне полки 34 продолжением лопасти является корень, который зацеплен в щели в диске 33. На внешней стороне внешняя полка 36 удерживает уплотнители 37, обращенные к истираемому материалу 41, удерживаемому поделенным на секторы кольцом 32 для того, чтобы обеспечивать уплотнение в вершинах лопастей 32.

На протяжении всего представленного описания выражения "внутренний" и "внешний" используются со ссылкой на положение или ориентацию относительно оси турбины.

Лопасти 32 могут быть традиционными металлическими лопастями или они могут быть лопастями, изготовленными из CMC материала, например, полученными, как описано в вышеупомянутых документах WO 2010/061140, WO 2010/116066 или WO 2011/080443.

По меньшей мере одно из сопел, например, сопло 10 на фиг. 1, образовано объединением множества кольцеобразных секторов сопла, изготовленных из CMC материала.

Каждый сектор 12 сопла (фиг. 1 и 2) содержит внутреннюю полку 14 и внешнюю полку 16 и множество лопаток 18, проходящих между полками 14 и 16 и скрепленных с ними. Полки 14 и 16 имеют участки 14а, 16а, образующие внутреннюю и внешнюю образующие проход полки. Внешние стороны полок 14а, 34 и внутренние стороны полок 16а, 36 определяют проход 45 потока газа через турбину.

На внешней стороне от внешней полки 16а выступают задняя крепежная лапка 17а и передняя крепежная лапка 17b в форме соответственных кольцеобразных секторов по существу S-образного сечения. Крепежные лапки 17а, 17b проходят под тем же углом, что и полка 16а. Контактные участки лапок 17а, 17b направлены соответственно ближе и дальше по ходу, и они зацепляются в крюках, удерживаемых корпусом 40 для того, чтобы устанавливать сопло 10 в корпусе 40, подобно установке металлического сопла турбины.

На протяжении всего описания выражения "задний" (нижний по потоку) и "передний" (верхний по потоку) используются со ссылкой на направление потока струи газа через турбинный двигатель.

На внутренней стороне под внутренней полкой 14а выступают задний и передний крюки 15а и 15b, которые имеют форму кольцеобразных секторов по существу С-образного сечения и которые согнуты соответственно ближе и дальше по ходу потока.

Крюки 15а и 15b аксиально поддерживаются и удерживаются в требуемом положении поделенное на секторы металлическое кольцо 50, которое поддерживает истираемый материал 51, обращенный к уплотнителям 35, удерживаемым диском 33 для обеспечения уплотнения прохода 50 на внутренней стороне. Металлическое кольцо 50 изготовлено из соединенных секторов 52, при этом каждый образует картридж истираемого материала (фиг. 1 и 3). На внешней стороне каждый сектор 52 кольца имеет основание 53, от которого выступает наружу участок 55, образующий задние и передние крепежные лапки 55а и 55b. Крепежные лапки 55а, 55b имеют форму кольцеобразных секторов, которые в этом примере проходят под тем же углом, что и секторы 52 кольца. В показанном примере взаимное зацепление между крюками 15а и крепежными лапками 55а и взаимное зацепление между крюками 15b и крепежными лапками 55b получают зацеплением контактных участков 151а, 151b крюков 15а, 15b в соответственных направляющих 551, 551b, образованных на концах крепежных лапок 55а, 55b.

Зацепление получают скольжением в периферийном направлении до получения контакта с остановочными упорами для того, чтобы выравнивать сектор 12 сопла радиально с сектором 52 кольца. Путем примера упоры выполнены образованием выемок 152а, 152b на периферийных концах контактных участков 151а, 151b крюков 15а, 15b (фиг. 2) и замыканием направляющих 551а, 551b цельными участками 552а, 552b на одном из периферийных концов крепежных лапок 55а, 55b.

В показанном примере секторы 52 кольца и секторы 12 сопла имеют одинаковый угловой размер. В варианте угловой размер секторов кольца может быть множеством или частью углового размера секторов сопла.

Первый вариант выполнения: одноперьевая лопатка с "симметричными" двухфункциональными полками и первый способ плетения

В первом варианте выполнения секторы 12 сопла образованы сборкой одноперьевых модульных лопаток 112 из CMC материала, например, показанных на фиг. 4, при этом каждая имеет внутреннюю полку 114, внешнюю полку 116 и одно перо 18, проходящее между полками 114 и 116 и скрепленное с ними. Полка 114 имеет участок 114а, образующий полку, создающую проход 45, и участок, образующий крюки 115а, 115b, имеющие те же профили, что и крюки 15а, 15b соответственно, и расположенные на внутренней стороне участка 114а. На внешней стороне полка 116 имеет участок 116а, образующий полку, создающую проход 45, и участок, образующий крепежные лапки 117а, 117b, имеющие те же профили, что и лапки 17а, 17b соответственно, и расположенные на внешней стороне участка 116а.

На одном из их продольных краев, который расположен в аксиальной плоскости после сборки турбины, образующие проход полки 114а, 116а в показанном примере представляют отступы 114b, 116b для обеспечения взаимного перекрытия смежных краев образующих проход полок, когда лопатки 112 собирают для образования сектора сопла. Отступы 114b, 116b изготовлены подобным образом отгибанием, т.е. смещением на величину, эквивалентную толщине полок 114а, 116а так, чтобы обеспечивать сборку перекрытием, при этом не нарушая непрерывности поверхности прохода 45. На краях, противоположных краям, представляющим отступы 114b, 116b, образующие проход полки 114а, 116а выступают за пределы крюков 115а, 115b и крепежных лапок 117а, 117b в пределах ширины, которая соответствует ширине отступов 114b, 116b.

Ниже описан вариант выполнения лопатки 112, например, показанной на фиг. 4. Этот вариант выполнения подобен варианту выполнения лопасти для роторного колеса турбинного двигателя, описанной в документе WO 2011/080443, содержание документа WO 2011/080443 включено здесь путем ссылки.

Фиг.5 представляет собой очень схематический вид волоконной заготовки 100, из которой волокнистая преформа лопатки может быть формована так, что после уплотнения заготовки матрицей и возможной обработки получают лопатку, которая изготовлена из CMC материала, например, лопатку 112.

Заготовка 100 содержит три участка 102, 104 и 106, которые получены трехмерным сплетением или многослойным сплетением, на фиг. 5 показаны только огибающие этих трех участков. После формования из участка 102 должен быть образован участок преформы для пера 18. После формования из участка 104 должен быть образован участок преформы для внутренней и внешней образующих проход полок 114а и 116а. После формования из участка 106 должны быть образованы участки преформы для крюков 115а, 115b и лапок 117а, 117b.

Три участка 102, 104 и 106 имеют форму плетеных полос, проходящих в общем в направлении X, соответствующем общему направлению изготавливаемой лопатки. Путем примера плетение выполнено, используя основные нити, проходящие в направлении X, при этом должно быть понятно, что также возможно выполнять плетение с уточными нитями, проходящими в этом направлении. На каждом участке 102, 104 и 106 основные нити размещены во множестве слоев, которые взаимосвязаны по меньшей мере частично уточными нитями, занимающими множество слоев уточных нитей. Могут быть использованы различные другие переплетения, например, переплетения типа интерлок, мульти-атласного типа или многополотняного типа. Может быть выполнена ссылка, например, на документ WO 2006/136755.

Волокнистая полоса 102 может иметь изменяющуюся толщину, которая определена как функция от профиля пера лопатки, которая должна быть изготовлена, и может иметь ширину, которая выбрана как функция от длины профиля пера при переходе к плоской форме. Изменение толщины волокнистой полосы 102 поперечно ее ширине может быть получена, например, с использованием основных нитей различного другого веса. В варианте или в дополнение, возможно изменять число основных нитей (количество нитей на единицу длины в направлении утка), меньшее число, обеспечивающее утончение, чтобы получить большую отчетливость при формовании преформы лопатки.

Волокнистые полосы 104 и 106 имеют толщину, которая по существу постоянна и определена как функция от толщины полок 114, 116 изготавливаемой лопатки. Полоса 104 имеет ширину, соответствующую самому длинному из профилей образующих проход полок 114а, 116а при переходе к плоской форме, тогда как полоса 106 имеет ширину, соответствующую самому длинному из профилей набора крюков 115а, 115b и набора крепежных лапок 117а, 117b при переходе к плоской форме. Каждая из полос 104 и 106 имеет первый участок 104а, 106а, проходящий вдоль и вблизи первой поверхности 102а полосы 102, второй участок 104b, 106b, проходящий вдоль и вблизи второй поверхности 102b полосы 102, и третий участок 105а, 107а, проходящий вдоль и вблизи первой поверхности 102а полосы 102. Полосы 102 и 104 следуют по траекториям, которые параллельны, и они взаимно не пересекаются.

Участки 104а и 104b полосы 104 сжаты вместе соединительным участком 140с, который проходит поперечно относительно полосы 102, пересекая ее в положении, соответствующем положению внутренней образующей проход полки изготавливаемой лопатки 112. Подобным образом, участки 106а и 106b полосы 106 соединены вместе соединительным участком 150с, который проходит поперечно относительно полосы 102, пересекая ее и смежно или в непосредственной близости от соединительного участка 140с на внутренней стороне.

Участки 104а и 105b полосы 140 соединены вместе соединительным участком 160с, который проходит поперечно относительно полосы 102, проходя через нее в положении, соответствующем положению внешней образующей проход полки изготавливаемой лопатки 112. Подобным образом, участки 106а и 107b полосы 106 соединены вместе соединительным участком 170с, который проходит поперечно относительно полосы 102, пересекая ее и смежно или в непосредственной близости от соединительного участка 160с на внешней стороне.

Соединительные участки 140с, 150с 160с и 170с пересекают полосу 102 под ненулевыми углами относительно плоскости, нормальной к направлению X, так, что в описанном примере они соответствуют форме изготавливаемой лопатки на ее внутренней и внешней полках. Полосы 102, 104 и 106 вплетаются одновременно без связывания между полосой 102 и участками 104а, 104b и 105а полосы 104, без связывания между полосой 102 и участками 106а, 106b и 107а полосы 106 и без связывания между полосами 104 и 106. Предпочтительно, множество последовательных заготовок 100 может быть сплетено непрерывно в направлении X. Также возможно переплетение множества параллельных рядов заготовки 100 одновременно.

Фиг. 6-8 очень схематически показывают, как волокнистая преформа 200, имеющая форму, близкую к форме лопатки 112, которая должна быть изготовлена, может быть получена из заготовки 100.

Волокнистую полосу 102 обрезают на ближнем по ходу конце от соединительных участков 140с, 150с для того, чтобы образовывать особую длину 124, и ее обрезают на противоположном конце сзади соединительных участков 160с, 170с для того, чтобы образовывать особую длину 126, при этом особые длины 124 и 126 способствуют удержанию соединительных участков 160с, 170с в положении, где они пересекают волокнистую полосу 102.

Волокнистые полосы 104 и 106 обрезают так, чтобы оставлять сегменты 140а и 140b, оставшиеся на одной или другой стороне соединительного участка 140с, сегменты 150а и 150b, оставшиеся на одной или другой стороне соединительного участка 150с, сегменты 160а и 160b, оставшиеся на одной или другой стороне соединительного участка 160с, и сегменты 170а, 170b, оставшиеся на одной или другой стороне соединительного участка 170с, как показано на фиг. 6. Длины сегментов 140а, 140b, 160а и 160b выбраны как функция от длин внутренней и внешней образующих проход полок при переходе к плоской форме для изготавливаемой лопатки 112. Длины сегментов 150а, 150b, 170а и 170b выбраны как функция от ширины крюков и крепежных лапок внутренней и внешней полок изготавливаемой лопатки 112.

Так как они не связаны с полосой 102, сегменты 140а, 140b и 160а, 160b полосы 104 могут быть выгнуты так, чтобы образовывать пластины 140, 160, тогда как сегменты 150а, 150b и 170а, 170b полосы 106 могут быть выгнуты так, чтобы образовывать пластины 150, 170, как показано на фиг. 7.

Волокнистая преформа 200 лопатки 112 далее может получаться формованием с использованием формовочного инструмента для деформирования полосы 102 для того, чтобы получать профиль пера 18 лопатки, так, чтобы деформировать пластины 140, 160 для того, чтобы воспроизводить формы, подобные формам внутренней и внешней образующих проход полок 114а, 116а, и деформирования пластин 150, 170 для воспроизведения форм, подобных формам крюков 115а, 115b и лапок 117а, 117b. Как показано на фиг. 8, это создает преформу 200 лопатки с участками 214а, 216а преформы внутренней и внешней образующих проход полок, участками 215а, 215b преформы крюка, участками 217а, 217b преформы крепежных лапок, и участком 218 преформы пера.

Должно быть ясно, что этапы изготовления преформы 200 лопатки из заготовки 100 могут предпочтительно быть выполнены после обработки волокон заготовки 100 и пропитки упрочняющим составом, как описано ниже со ссылкой на фиг. 9, что позволяет перейти к последовательным этапам выполнения способа изготовления многоперьевого сектора сопла из CMC материала.

На этапе 301 набор волокнистых полос сплетают трехмерным плетением, образуя множество волоконных заготовок 100, проходящих, например, в направлении основы, как показано на фиг. 5. Плетение может быть выполнено с использованием нитей, изготовленных из керамики, в частности, нитей на основе карбида кремния (SiC), например, нитей, поставляемых под именем "Nicalon" Японским поставщиком Nippon Carbon. Могут быть использованы и другие керамические нити, в частности нити, изготовленные из тугоплавкого оксида, например, нитей на основе оксида алюминия или алюмооксида Al₂O₃, в CMC материалах типа оксид/оксид (имеющих и армирование волокном, и матрицу, изготовленную из тугоплавкого оксида). Также будет возможно использовать углеродные волокна или CMC материалы, имеющие армирование углеродным волокном.

На этапе 302 набор волокнистых полос обрабатывают для исключения различий в размерах волокон и для исключения окисления на поверхностях волокон. Различие в размерах может быть исключено тепловой обработкой, и окисление может быть исключено кислотной обработкой.

На этапе 303 тонкий слой межфазного покрытия понижения хрупкости образуют на волокнах во всех волокнистых полосах химической инфильтрацией из паровой фазы (CVI). Путем примера межфазный материал представляет собой пиролитический углерод РуС, нитрид бора BN или углерод с присадкой бора ВС. Толщина слоя, который образуют, может лежать, например, в диапазоне 10 нанометров (нм) - 100 нм для того, чтобы сохранять деформационную способность в волоконных заготовках.

Этапы исключения различий в размерах, кислотной обработки и образования межфазного покрытия на подложке из волокон SiC описаны в патенте США №5071679.

На этапе 304 далее набор волокнистых полос пропитывают упрочняющим составом, обычно смолой из углеродного прекурсора или смолой из керамического прекурсора, возможно, разбавленной растворителем.

После высушивания (этап 305) индивидуальные волоконные заготовки разрезают на части (этап 306), как показано на фиг. 6.

На этапе 307 заготовке, обрезаемой таким образом, придают форму (как показано на фиг. 7 и 8) и размещают в инструменте, например, изготовленном из графита, для формования участков, образующих преформу пера, преформы образующих проход полки и преформы сборочных лапок и крюков.

П