[发明专利]形成压气机定子或涡轮机喷嘴的涡轮发动机部件以及制造其的方法

说明书

发明背景

本发明涉及形成压气机定子或涡轮机喷嘴的涡轮发动机部件。本发明的应用领域特别地是航空发动机领域。然而，本发明也适用于其它的涡轮发动机，例如工业燃气涡轮机。

在涡轮发动机中，压气机和涡轮机组件包括压气机中与定子交替的或在涡轮机中与喷嘴交替的旋转轮。

广泛使用的传统压气机定子包括多个导向叶片，例如其通过焊接固定到外环，该外环具有结构功能和限定气流通道的外侧。在内侧上，非结构的内罩限定气流通道。外环，叶片和内罩通常由金属制造。

常规的涡轮机喷嘴通常地由多个金属扇体组成，通过铸造获得作为单件的每个金属扇体，并且每个金属扇体包括限定气流通道外侧的外罩扇体，限定气流通道内侧的内罩扇体，以及将外罩扇体和内罩扇体连接在一起的叶片。

包括基质所致密的纤维加强的复合材料材料的使用已经被提出用于各种涡轮发动机部件，并且特别地旋转轮翼型、涡轮机翼、涡轮机喷嘴元件或后体元件。对于运转时暴露在高温下的部件，推荐使用陶瓷基质复合（CMC）材料。这种部件的制造包括制造纤维预制件，该纤维预制件形成复合材料的纤维加强和具有接近待要被制造的部件形状的形状，然后用基质致密纤维预制件。使用各种纺织方法，特别地成形通过多层或三维编织制造的纤维坯体，可以获得纤维预制件。

这种复合材料部件是显著的，因为它们具有良好的机械性能，至少比得上相似金属部件的机械性能，但是使用CMC材料时却涉及更低的重量，这些部件在非常高的温度保持它们的机械性能，并且它们由此适于当期望达到涡轮发动机的最高可能运转温度时使用，以改善效率和减少污染排放。

因此，文献EP1526285描述了通过用有机基质致密由三维编织所获得的纤维预制件来制造风扇叶片。文献WO2010/061140和WO2010/103213分别地描述了使用由多层编织所制造的纤维坯体来制造具有由CMC材料所制造的接合的内和/或外平台的叶片和涡轮机环扇体。

文献WO2010/146288描述了CMC涡轮机喷嘴组件，其由内罩扇体和外罩扇体以及在扇体之间延伸的叶片组成，并且通过多层编织的纤维坯体获得，该纤维坯体在喷嘴组件的整个体积上具有纤维加强的连续性。纤维加强包括借由穿过内罩扇体或外罩扇体，沿着两个叶片连续地延伸的纱线，但是所述纱线随后被中断。此外，在沿着内罩和外罩扇体中每个扇体的圆周方向上，没有纤维加强纱线的连续。

文献WO91/15357描述了折叠编织的纤维坯体伸缩方式以制造具有多个叶片的喷嘴扇体。然而，这种折叠同样地不可能确保沿着外罩扇体和沿着内罩扇体的圆周方向上纤维加强的连续。

发明的目的和概述

本发明的目的是提供形成压气机定子或涡轮机喷嘴的涡轮发动机部件，该部件由复合材料制造和具有良好的机械性能。

通过下面的部件达到该目的，该部件包括内罩、外罩、以及在内罩和外罩之间基本上径向地延伸和与其固定的叶片，其中部件的内罩、外罩和叶片由复合材料制造，该复合材料具有基质所致密的编织的纤维加强，并且纤维加强包括沿着路径连续地延伸的一组纱线，该路径纵向地行进通过至少两个连续的叶片和通过内罩和外罩，所述至少两个连续的叶片在内罩段和外罩段之间延伸，具有沿着内罩段的圆周方向上连续地延伸的编织的纤维加强的纱线和具有沿着外罩段的圆周方向上连续地延伸的编织的纤维加强的纱线。

纤维加强可以包括沿着路径连续地延伸的一组纱线，该路径纵向地通过至少三个连续的叶片和交替地通过内罩和外罩，所述至少三个连续的叶片在内罩段和外罩段之间延伸，具有沿着内罩段的圆周方向上连续地延伸的编织的纤维加强的纱线和具有沿着外罩段的圆周方向上连续地延伸的编织的纤维加强的纱线。

纤维加强的纱线的连续有助于赋予良好的机械性能。根据使用条件，部件可以由有机基质复合材料或者由CMC材料制造。

有利地，内罩、外罩和叶片形成由复合材料所制造的单件。

在这种情况下，纤维加强包括沿着路径连续地延伸的一组纱线，该路径沿着内罩和外罩之一沿着其圆周通过，然后接连地通过所有叶片，然后沿着内罩和外罩中另一个沿着其圆周通过。

在变化形式中，涡轮发动机部件由多个扇体组成，每个扇体形成复合材料的单件，该单件具有内罩扇体、外罩扇体、以及在罩扇体之间延伸和与其固定的至少两个叶片，或者实际上至少三个叶片。

在特定的实施方式中，涡轮发动机部件可以包括至少一个凸缘，该凸缘固定于外罩和由其径向地向外延伸。

根据另一个实施方式特征，涡轮发动机部件可以包括壁部分，该壁部分固定于内罩和在其内侧上限定朝向内侧打开的基本上通道截面的凹部。