[发明专利]用于涡轮机环转扇形体的纤维预制件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于涡轮机扇形体的纤维预制件以及其加工方法，涉及合并了这种纤维预制件的涡轮机环状扇形体，还涉及包括多个这种环状扇形体的涡轮机环状组件。

背景技术

本发明的应用领域具体是燃气轮机航空发动机。不过，本发明适用于其他类型的涡轮机，例如，工业涡轮机。

金属基复合物(CMC，metallic matrix composite)材料由于其良好的机械性能以及其在高温保持这些性能的能力而广为人知，这些良好的机械性能使得它们适用于构建结构元件。

在燃气轮机航空发动机中，改善效率以及减少污染物排放量促使人们开展工作在更高温度的研究。

从而，已经设想将CMC用于这种发动机的各种热部件，特别是因为CMC的密度比通常所用的耐火材料的密度低。

从而，涡轮机环状扇形体已经被制造为CMC的单体部件，具有如图1所示的类型的结构。

图1示出了高压涡轮机环状组件，该环状组件包括CMC涡轮机环10以及金属环支撑结构13。涡轮机环10环绕一组旋转叶片15。涡轮机环10由多个环状扇形体100组成。图1是两个相邻环之间穿过的平面上的子午面截面视图。

每个环状扇形体100的截面在形状上基本上是倒置的希腊字母π，其环形片状的底部112和涂覆有耐磨材料层113的内表面限定了燃气气流在涡轮机中的流道。襟中的上游襟114具有在侧面上基本呈L形的子午面，上游襟114向上游延伸，以与底部112的上游端部配合限定出U形部分，该U形部分限定出容纳空间115，该容纳空间115在上游端部分114a的深度上延伸。另一个襟116或下游襟具有在侧面上基本上为字母T的形状的子午面，该襟从底部112的下游端部向下游延伸。

术语“上游”和“下游”在这里是参照燃气气流通过涡轮机的流动方向(图1中的箭头F)。

固定到涡轮机机壳的环状支撑结构13包括环状的上游径向凸缘32，该凸缘带有环状的钩状物34，所述钩状物34具有逗号形状的子午面截面，并在轴向方向上指向下游，适于与容纳空间115结合。设计该钩状物34的端部34a与容纳空间115的结合的方式，以在气流流道和环状扇形体100外侧面之间的上游端提供密封。

在下游端，环状支撑结构13包括倒置的L形环形凸缘36，该环形凸缘结束于环形支撑部分36a，襟116的环形端部116a支撑在该环形支撑部分36a上。襟116的环形端部116a和凸缘36的支撑部分36a通过夹具38以没有空隙的方式保持彼此抵压，该夹具38在侧面上具有U形的子午面截面，以传统方式形成了弹簧夹。通过被插入在指状物36b和116b之间，夹具38相对于凸缘36和襟116以圆周方式保持不动，指状物36b从凸缘36的部分36a向下游延伸，指状物116b从襟116的端部116a向下游延伸。

为了在燃气通过涡轮机的流道和涡轮机的外侧之间的下游端提供可行的最佳密封，在凸缘36的支撑部分36a和襟116的端部116a之间压紧有垫片20。例如，垫片20由金属编织网制成，该金属编织网保持在于支撑部分36a的内表面中所形成的容纳空间中。

另外，通过容纳在每个环状扇形体100中的密封舌22，在底部112中，在底部112的中间部分以及在从上游到下游的整个长度上提供扇形体之间的密封。

上述的环状扇形体100需要具有较大的厚度，以使由CMC制成的环绕密封舌并包括两个襟114和116的部分有足够的强度，可以承受这些部件在工作中受到的热机械应力。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种新型的涡轮机环状扇形体结构，该结构使得可以更进一步地特别地减小环状扇形体的重量。

为了实现这个目的，本发明提供了一种用于涡轮机环状扇形体的纤维预制件，该预制件是通过三维编织方式获得的，并包括形成底部的第一部分、形成L形部分并均具有第一分支和第二分支的两个襟、以及第二部分，第一部分的两端被所述第一分支中的各个分支所延伸，第二部分通过第一连接和第二连接将两个襟连接起来，第一连接形成在第二部分和两个襟中的一个襟之间，第二连接形成在第二部分和两个襟中的另一个襟之间，第二部分与两个襟以及第一部分配合限定出空腔，第一编织条和第二编织条被编织在一起来形成第一分支、第二分支的厚度的第一组成部分(fraction)、以及第一部分，在第一分支和第一部分之间存在有非互联区域，第三编织条形成第二部分以及每个襟的第二分支的厚度的第二组成部分。