ЛОПАТКА ОСЕВОЙ ТУРБОМАШИНЫ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛОПАТКИ ОСЕВОЙ ТУРБОМАШИНЫ И ТУРБОМАШИНА Российский патент 2019 года по МПК F01D5/14 F01D9/02 B22F5/04 

Область техники

[0001] Область настоящего изобретения относится к турбомашинам, в частности, к турбореактивному двигателю для летательного аппарата. Конкретнее, изобретение относится к лопаткам осевой турбомашины, которые имеют внутреннюю конструкцию с усиливающей решеткой.

Уровень техники

[0002] Каждый из компрессоров и турбинных двигателей осевой турбомашины, содержит несколько кольцевых рядов лопаток. Они обеспечивают ускорение, замедление, выпрямление или даже перенаправление кольцевого потока воздуха. Эти функции обеспечивают сжатие потока или извлечение из него движущей энергии. Для выполнения этих функций в авиационной отрасли, лопатки должны быть легкими с целью снижения веса турбомашины. Снижение веса также эквивалентно уменьшению инерции ротора.

[0003] Оптимизация веса лопатки все же должна соответствовать критериям механической прочности и термостойкости. Лопатка должна выдерживать вибрации; а также при необходимости - попадание инородных тел. Кроме того, лопатки ротора подвергаются воздействию центробежной силы. Все эти параметры усложняют конструкцию лопаток, тем более, учитывая то, что они варьируются в каждом из аспектов. Для обеспечения нестандартных лопаток, которые будут соответствовать всем выше изложенным требованиям, известны лопатки, сконструированные, а затем изготовленные содержащими решетку.

[0004] Документ US 2013/0276461 А1 раскрывает полую лопатку осевой турбомашины. Лопатка имеет внутреннюю камеру, которая ограничена внешней оболочкой с вогнутой поверхностью и выпуклой поверхностью. Камера заполнена трехмерной решеткой с узлами между ее прутьями. Решетка соединяет вогнутые и выпуклые поверхности. Более того, решетка является неотъемлемой частью оболочки в результате метода аддитивного наращивания. В этом методе используют порошок в качестве металла-наполнителя, который послойно осаждают, а затем отверждают.

[0005] Такой тип лопатки предусматривает большую степень свободы выбора конструкции, которая одновременно обеспечит механическую прочность и оптимизирует вес, в результате наличия или отсутствия материала в различных местах. Аддитивное наращивание обеспечивает в камере отверстие для ее очистки от неотвержденного порошка. Во время работы, через отверстие камера подвергается воздействию окружающей среды вокруг лопатки, что может повредить ее и сделать тяжелее, таким образом, что в роторе, оснащенном такими лопатками, может возникнуть разбалансировка.

Изложение сущности изобретения

Техническая задача

[0006] Целью изобретения является решение по меньшей мере одной из задач, существующих на уровне техники. Конкретнее, целью данного изобретения является снижение воздействия окружающей среды на полую лопатку, изготавливаемую посредством аддитивного наращивания на основе слоев порошка. Еще одной целью изобретения является сохранение баланса ротора турбомашины.

Техническое решение

[0007] Следует понимать, что изобретение относится к лопатке осевой турбомашины, при этом лопатка имеет сердцевину из пеноматериала, окруженную другим материалом, образующим корпус лопасти лопатки, включая вогнутую поверхность и/или выпуклую поверхность лопатки. Сердцевина образует полость в материале, из которого состоит лопасть лопатки.

[0008] Изобретение также относится к лопатке осевой турбомашины, в частности компрессора, при этом лопатка содержит: лопасть, предусмотренную протяженной в радиальном направлении относительно потока турбомашины; и полость, сформированную в материале лопасти лопатки; по сути, отличающейся тем, что, лопатка дополнительно содержит закрытоячеистый пеноматериал, закрывающий полость для ее изоляции от окружающей среды вокруг лопатки.

[0009] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, закрытоячеистый пеноматериал подразумевает пенополимер, такой как полиметакриловая пена, или опционно, полиметакрилимидная пена.

[0010] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, полость имеет толщину, превышающую среднюю толщину лопасти, и/или полость занимает большую часть объема лопасти, и/или большую часть радиальной высоты лопасти и/или большую часть длинны лопасти.

[0011] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, пеноматериал присутствует во всей или большей части полости, предпочтительно, пеноматериал покрывает всю или большую часть внутренней поверхности полости, более предпочтительно пеноматериал занимает весь или большую часть ограниченного полостью объема.

[0012] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, полость имеет отверстие, открывающееся в окружающую среду вокруг лопатки, при этом пеноматериал закрывает отверстие, преимущественно отверстие имеет кромки, вблизи этой окружающей среды, при этом пеноматериал расположен заподлицо с кромками отверстия.

[0013] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, лопатка содержит решетку, которая опционно является трехмерной и которая расположена в полости для усиления лопатки, при этом в решетку преимущественно добавлен пеноматериал.

[0014] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, решетка содержит прутья, равномерно распределенные в полости и опционно соединенные узлами.

[0015] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, решетка проходит по большей части пространства полости, преимущественно по всему пространству полости.

[0016] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, лопатка содержит переднюю кромку и заднюю кромку, вогнутую поверхность и выпуклую поверхность, которые проходят от передней кромки к задней кромке, внешний корпус, формирующий вогнутую поверхность и выпуклую поверхность, и определяющий границы полости.

[0017] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, корпус имеет постоянную толщину по большей части своей поверхности, предпочтительно корпус по всей своей поверхности имеет уплотнение.

[0018] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, толщина корпуса является в целом равномерной по всей радиальной высоте лопасти.

[0019] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, на радиальном конце лопасти, лопатка содержит фиксирующую часть, формирующую корпус, в котором проходит полость, опционно, лопатка содержит закрытоячеистый пеноматериал на протяженности полости в радиальном направлении в области фиксирующей части.

[0020] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретение содержит радиальный конец с фиксирующим приспособлением, при этом полость открывается с радиального конца, и, опционно, фиксирующее приспособление содержит два противолежащих в осевом направлении фиксирующих выступа, при этом полость открывается в осевом направлении между фиксирующими выступами.

[0021] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, пеноматериал имеет поры, в частности закрытые поры, которые занимают более чем 50%, предпочтительно более чем 80%, предпочтительнее более чем 95% его объема.

[0022] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, плотность пеноматериала составляет менее 200 кг/м³, предпочтительно менее 100 кг/м³, более предпочтительно менее или ровно 55 кг/м³.

[0023] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, пеноматериал имеет меньшую плотность, чем материал, из которого сделана лопасть лопатки, предпочтительно имеет по меньшей мере в 10 раз меньшую плотность, более предпочтительно по меньшей мере в 50 раз меньшую плотность.

[0024] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, вогнутая поверхность является изогнутой внутрь, предпочтительно лопатка содержит радиальный ряд аэродинамических профилей, при этом на вогнутой части по меньшей мере один профиль имеет загнутую вовнутрь кромку, приближенную к выпуклой поверхности.

[0025] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, корпус формирует большую часть, преимущественно всю, вогнутую и/или выпуклую поверхность лопатки.

[0026] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, пеноматериал плотно прилегает к внутренней поверхности полости, опционно пеноматериал приклеен к внутренней поверхности полости.

[0027] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, решетка является неотъемлемой частью лопасти лопатки.

[0028] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, решетка соединяет вогнутую часть с выпуклой частью корпуса и/или часть передней кромки с частью задней кромкой корпуса и/или радиально внутренний конец лопасти с радиально внешним концом лопасти.

[0029] Изобретение также относится к способу производства лопатки для осевой турбомашины, в частности к компрессору низкого давления, при этом способ включает в себя следующие этапы: (а) изготовления лопатки с лопастью, проходящей радиально относительно потока турбомашины, и с полостью, выполненной в материале лопасти лопатки, который в свою очередь включает этап: (b) наполнения полости лопасти закрытоячеистым пеноматериал ом по меньшей мере для частичного заполнения в ней свободного пространства, при этом лопатка по возможности выполнена в соответствии с изобретением.

[0030] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, во время этапа (а) изготовления, лопатку выполняют посредством технологии аддитивного наращивания, предпочтительно посредством осаждения слоев титанового и/или алюминиевого порошка.

[0031] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, во время этапа (а) изготовления, решетку, которая опционно является трехмерной, формируют одновременно с лопастью лопатки внутри полости.

[0032] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, во время этапа (b) наполнения, материал-предшественник закрытоячеистого пеноматериала заливают на решетку и/или впрыскивают в полость.

[0033] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, в конце этапа (b) наполнения, полость преимущественно заполнена, предпочтительно полностью заполнена, пеноматериалом.

[0034] Предусмотрено, чтобы пеноматериал заполнял полость в результате его структуризации и в результате пустот в его порах.

[0035] Изобретение также относится к турбомашине, содержащей лопатку, отличающейся тем, что эта лопатка выполнена в соответствии с изобретением; и/или лопатка выполнена в соответствии со способом согласно изобретению; при этом турбомашина предпочтительно является двухконтурным турбореактивным двигателем.

Предусмотренные преимущества

[0036] Изобретение позволяет защитить полость лопатки путем использования в ней пеноматериала. Уплотненный барьер, образованный пеноматериалом, защищает, как от химического воздействия, так и от попадания инородных тел. Присутствие решетки дает преимущество в обеспечении равномерной опоры для пеноматериала. Он может быть прикреплен к ней в большом количестве мест и поверхностей, которые рассредоточены в полости. Таким образом, пеноматериал удерживается оптимальным образом, в частности, не смотря на вибрации турбомашины, или, несмотря на центробежную силу в случае лопатки ротора.

[0037] Закрытоячеистый вид пеноматериала формирует буфер, поглотитель ударной нагрузки, поскольку пузырьки пеноматериала могут подвергаться упругому сжатию, принимая на себя, таким образом, удар в случае попадания посторонних предметов. Опционно, вязкоэластичный вид пеноматериала позволяет гасить вибрации выполненной за одно целое лопатки, не влияя на ее инерцию.

[0038] В сложных конструкциях отдельные частицы или гранулы порошка могут быть отделены после работы в целях удаления неотвержденного порошка. Именно присутствие пеноматериала позволяет эти гранулы порошка отделять.

Следовательно, допускается изготовление даже более сложных форм, без каких либо ограничений, связанных с очисткой, которая, в дополнение, становится более быстрой.

Краткое описание графических материалов

[0039] На фиг. 1 изображена осевая турбомашина в соответствии с изобретением.

[0040] На фиг 2 изображен компрессор турбомашины в соответствий с изобретением.

[0041] Фиг 3 показывает лопатку турбомашины в соответствии с изобретением.

[0042] Фиг 4 показывает поперечное сечение лопатки в соответствии с изобретением, выполненное вдоль оси 4-4, показанной на фиг 3.

[0043] Фиг 5 показывает способ изготовления лопатки в соответствии с изобретением.

Описание вариантов осуществления изобретения

[0044] В следующем описании термины "внутренний" или "расположенный внутри" или "внешний" или "наружный" относятся к положению относительно оси вращения осевой турбомашины.

[0045] На фиг. 1 упрощенным образом изображена осевая турбомашина. В этом случае она является двухконтурным турбореактивным двигателем. Турбореактивный двигатель 2 содержит первую ступень сжатия, так называемый компрессор 5 низкого давления, вторую ступень сжатия, так называемый компрессор 6 высокого давления, камеру 8 сгорания и одну или несколько ступеней 10 турбины. Во время работы механическая энергия турбины 10 передается через центральный вал по мере того, как ротор 12 приводит в движение два компрессора 5 и 6. Они содержат несколько рядов лопаток ротора, соединенных рядами лопаток статора. Таким образом, вращение ротора вокруг оси 14 вращения обеспечивает создание потока воздуха и предусматривает его постепенное сжатие до его входа в камеру 8 сгорания. Понижающие средства могут повышать частоту вращения, сообщаемую компрессорам.

[0046] Приточный вентилятор, как правило, называемый вентилятором или нагнетателем 16, соединен с ротором 12 и создает поток воздуха, который разделяется на первичный поток 28, который проходит через разные вышеупомянутые ступени турбомашины, и вторичный поток 20, который проходит через кольцевой канал (показан частично) по длине машины, чтобы затем снова соединиться с первичным потоком на выходе турбины. Вторичный поток может быть ускорен для того, чтобы генерировать реактивную тягу. Первичный поток 18 и вторичный поток 20 являются круговыми потоками, они направляются корпусом турбомашины. С этой целью в корпусе предусмотрены круглые стенки или бандажи, которые могут быть внутренними или наружными.

[0047] На фиг. 2 показан вид в разрезе компрессора осевой турбомашины 2, такой, как показана на фиг. 1. Компрессор может быть компрессором 5 низкого давления. В данном документе показано разделительное сопло 22 первичного потока 18 и вторичного потока 20. Ротор 12 содержит несколько рядов лопаток 24 ротора, в данном случае три ряда лопаток.

[0048] Ротор 12 может иметь одинаковый тип лопаток 24 ротора или разные типы лопаток ротора 24. Ротор 12 может содержать барабан и/или диски. Также он может содержать лопатки 24 ротора, которые припаяны к барабану так же как диск, и/или лопатки 24 ротора, которые установлены в кольцевые пазы для рядов лопаток и/или утоплены в кольцевом удерживающем корпусе. Таким образом, лопатка ротора 24 содержит лопасть, которая приварена к трубчатой платформе ротора или к выступу ротора 12. Альтернативно, лопатка ротора 24 может иметь крепежную часть с наклонными фиксирующими выступами, которые прилегают к внутренней поверхности кольцевого корпуса или к внутренней поверхности кольцевого паза.

[0049] Компрессор 5 низкого давления содержит несколько выпрямительных устройств, в данном случае четыре, каждое из которых содержит ряд лопаток 26 статора. Выпрямительные устройства соединены с вентилятором или с рядом лопаток 24 ротора, чтобы выпрямлять поток воздуха с целью преобразования скорости потока в статическое давление.

[0050] Статорные лопатки 26 по существу проходят радиально от наружного корпуса 28 и могут быть зафиксированы с помощью резьбового вала или заклепок. Они также могут иметь платформу, которая прижата к наружному корпусу 28, при этом вал радиально продлевает платформу. Каждая платформа имеет части, которые проходят от лопасти соответствующей лопатки, причем эти части формируют осевые и/или боковые выступы.

[0051] На фиг 3 изображено поперечное сечение лопатки в соответствии с изобретением. Изображена также ось 14 вращения. Лопатка в данном случае выступает лопаткой 24 ротора; она также может быть лопаткой статора, как это описано выше. Альтернативно, в данном случае, настоящая идея может быть применена к лопатке вентилятора турбомашины.

[0052] Лопатка 24 содержит лопасть 30, предусмотренную проходящей в радиальном направлении в первичном потоке 18 турбомашины. Лопасть 30 имеет переднюю кромку 32 и заднюю кромку 34; также вогнутую поверхность и выпуклую поверхность, которые проходят от передней кромки 32 к задней кромке 34. Далее изображена головка и фиксирующая часть 36, расположенная вблизи ее внутреннего конца, при этом часть 36 продлевает лопатку 30 по направлению к внутренней стороне. Часть 36 может иметь платформу 38, наружная поверхность которой ограничивает и направляет первичный поток 18. Часть 36 имеет фиксирующие устройства, такие как фиксирующие выступы 40.

[0053] Материал лопасти 30 лопатки 24 имеет полость 42 или углубление. Полость 42 проходит по большей части высоты лопатки 30, или по существу по всей ее радиальной высоте. Полость 42 может представлять большую часть объема лопатки 30. Полость 42 имеет проход или отверстие 44, контактирующее с окружающей средой вокруг лопатки 24, причем это отверстие ограниченно кромками 46.

[0054] Лопатка содержит решетку 48 в полости 42. Она может занимать большую часть полости 42, предпочтительно всю полость 42, лопатки 30. Она может соединять переднюю кромку 32 с задней кромкой 34 по всей высоте лопасти 30. Решетка 48 может быть плоской и/или выполненной со скошенной поверхностью, например, параллельной радиальному направлению вогнутой поверхности или выпуклой поверхности. Она может быть по существу двумерной, представляя собой, например, плоские сетки, образованные ее прутьями.

[0055] Решетка 48 также может быть трехмерной решеткой 48. Она может представлять собой многогранные сетки, которые образованные прутьями. Решетка 48 соединена с каждой внутренней поверхностью полости 42, образуя трехмерную конструкцию лопатки 24, усиленную изнутри. Сетки могут представлять собой тетраэдры и/или кубы. Прутья могут быть расположены по меньшей мере в соответствии с тремя направлениями, которые, например, перпендикулярны друг к другу. Прутья могут быть распределены или разнесены в пространстве полости, необязательно равномерным образом.

[0056] Решетка 48 может формировать несколько сеток в соответствии с толщиной лопасти, например, по меньшей мере две, предпочтительно по меньшей мере пять, более предпочтительно по меньшей мере десять сеток. Сжимаемость решетки составляет менее 90%, предпочтительно менее 50%, более предпочтительно менее 5%.

[0057] Лопатка 24 имеет корпус 52 или оболочку 52, которая формирует ее вогнутую поверхность, ее выпуклую поверхность, ее переднюю кромку 32, ее заднюю кромку 34. Корпус 52 может иметь одинаковую толщину на большей части высоты лопатки 24, предпочтительно на всей радиальной высоте лопатки 30. Корпус 52 контактирует с потоком турбомашины и проходит через большую часть радиальной высоты первичного потока 18.

[0058] Лопатка 24 дополнительно содержит закрытоячеистый 1 пеноматериал 54 в полости 42, что способствует ее герметичному уплотнению. По существу, он может служить затвором в области отверстия 44 для того, чтобы плотно изолировать полость 42; при этом его объем может составлять менее 10% объема полости 42. Также он может занимать большую часть объема полости 42, или полностью весь объем. Он может быть скомбинирован с решеткой 48, и может быть совмещен с ней на большей части своего объема. Он покрывает прутья решки и заполняет зазоры; при этом между прутьями формируются многогранники. В результате использование пеноматериала 54, пространство полости 42 стало недоступным для воздействия окружающей среды. Следовательно, инородные тела и химические вещества не могут в него проникнуть. Риск в разбалансировки и/или химического воздействия снижен. При отсутствии пеноматериала, лопатка будет иметь проход соединяющий отверстие с основанием.

[0059] Пеноматериал 54 преимущественно является закрытоячеистым пеноматериалом 54 для обеспечения изоляции. Под термином "закрытоячеистый пеноматериал" 54 следует понимать пену с закрытыми порами или з закрытыми ячейками, которые изолированы друг от друга. Данная конфигурация способствует изоляции, которую может обеспечить пеноматериал. Это может быть полимерный пеноматериал, такой как полиметакриловая пена, опционно полиметакрилимидная пена. Его плотность значительно снижена и может составлять менее 52 кг/м³. Таким образом, его наличие не оказывает значительного влияния на вес лопатки 24, поскольку ее основной материал, опционно титан и/или алюминий, имеет плотность, по меньшей мере в 10 раз, или по меньшей мере в 50 раз, или по меньшей мере в 80 раз большую, чем плотность закрытоячеистого пеноматериала.

[0060] Фиксирующая часть 36 может иметь по меньшей мере одну камеру 56, например, образованную в одном или в каждом фиксирующем выступе 40. Камера 56 может также быть заполнена пеноматериалом 54 и решеткой 48, что позволяет сделать выступ 40 легче без подвергания камеры 56 воздействию окружающей среды вокруг лопатки 24

[0061] Фиг 4 изображает поперечное сечение лопатки 24 вдоль осевой плоскости 4-4, которая изображена на фиг 3. Поперечное сечение образует аэродинамический профиль лопасти 30 лопатки 24. Также изображены ось 14 вращения и платформа 38.

[0062] Полость 42 может занимать большую часть длины лопасти 30, или по существу практически всю ее длину; при этом длину рассматривают вдоль хорды 58 лопасти 30. Полость 42 может занимать большую часть толщины лопасти 30, или по существу практически всю ее ширину; при этом ширину рассматривают перпендикулярно к хорде 58 лопасти 30.

[0063] Решетка 48 и/или пеноматериал 54 занимают большую часть длины и/или ширины полости 42, предпочтительно всю ее длину и/или всю ее ширину. Пеноматериал 48 может быть приклеен к внутренней поверхности корпуса 52 для улучшения его удерживания. Решетка 48 соединяет вогнутую часть 60 с выпуклой частью 62 корпуса 52, что улучшает жесткость лопатки. Вогнутая поверхность 60 может иметь изогнутую внутрь часть, дуга которой удерживается решеткой 48.

[0064] Для одного или каждого профиля лопатки 24, решетка 48 и/или пеноматериал 54 охватывают большую часть хорды 58 лопатки 24, предпочтительно, как правило, всю хорду 58 лопатки. Соединение пеноматериала 54 и решетки 48 может формировать композиционный материал, который обладает преимуществами свойств каждого материала.

[0065] Фиг 5 показывает схему способа изготовления лопатки турбомашины, такой как изображена и описана в отношении фиг 3 и 4.

[0066] Этот способ может включать последовательность следующих этапов, необязательно выполняемых в данном порядке:

[0067] (δ) конструирование 100 лопатки осевой турбомашины; при этом лопатка содержит лопасть, полость, выполненную в лопасти и ограниченную корпусом лопатки, помещенную в полость решетку, фиксирующую часть.

[0068] (а) изготовление 102 лопатки, сконструированной на этапе (δ) конструирования 100 посредством аддитивного наращивания на основе слоев порошка,

[0069] (b) наполнение 104 полости лопатки, выполненную на производственном этапе (а) изготовления 102, закрытоячеистым пеноматериалом путем заливания материала-предшественника пеноматериала в решетку в предусмотренном месте через отверстия, оставшиеся после изготовления методом аддитивного наращивания. Опционно, часть аддитивного материала лопатки обеспечивают в виде непрерывно расплавляемой проволоки.

[0070] В результате способа метода изготовления, корпус, фиксирующая часть и решетка являются одним целым, что улучшает механическую прочность лопатки. Решетка обеспечивает ее соединительную и усиливающую функции, соединяя внутренние поверхности лопатки до фиксирующей части. Лопатка может образовывать цельный элемент со смешанной структурой, с несколькими сплошными частями, но с разной плотностью и несколькими различными материалами.

[0071] Указанный способ также способствует производству лопатки, которая будет, как легкой, так и устойчивой, и при этом на нее не будут влиять рабочие условия турбомашины. Таким образом, во время этапа (δ) конструирования 100, возможно снизить показатели удельной прочности, которые являются предельными с учетом неустойчивости конструкции. Этап (δ) конструирования 100 является необязательным для изобретения, поскольку лопатка может быть изготовлена по модели, которая уже была сконструирована. Этот этап может быть включен в способ изобретения при адаптации форм лопатки к производственным ограничениям.

[0072] Аддитивное наращивание - это способ изготовления, который хорошо известен специалистам в данной области техники. Аддитивный материал, например, в виде порошка, осаждают налагающимися друг на друга слоями. Каждый слой отверждают путем нагревания для создания когезии порошка. Нагревание, которое обеспечивает достижение точки плавления порошка, может быть выполнено посредством лазера или электронного пучка. Альтернативно возможно также отверждение порошка в момент его осаждения.

[0073] Поверхность прутьев решетки имеет зернистый вид, с выступающими и углубленными формами. Этот зернистый вид получается в результате использования в качестве аддитивного материала гранул, которые частично сохраняет изначальные геометрические характеристики, несмотря на плавление. Шероховатость Ra поверхности прутьев может составлять более 5 мкм, предпочтительно более 50 мкм. Шероховатость Ra соответствует среднему интегральному значению отклонений относительно абсолютного значения изменений высоты заданного профиля. Такая структура поверхности улучшает приклеивание пеноматериала к прутьям.

Лопатка осевой турбомашины содержит лопасть, выполненную радиально относительно потока турбомашины, полость в материале лопасти лопатки, усиливающую решетку в полости и закрытоячеистый пеноматериал, контактирующий с усиливающей решеткой и закрывающий полость для изолирования полости от окружающей среды вокруг лопатки. Усиливающая решетка выполнена из прутьев, расположенных в по меньшей мере трех направлениях. Лопатка содержит радиальный конец с фиксирующей частью. Полость выполнена с отверстием в радиальном конце, а фиксирующая часть содержит два противолежащих в осевом направлении фиксирующих выступа. Отверстие заполнено закрытоячеистым пеноматериалом и расположено в осевом направлении между двумя фиксирующими выступами. Один из двух фиксирующих выступов имеет камеру, соединенную с полостью. Усиливающая решетка проходит по камере, причем камера заполнена закрытоячеистым пеноматериалом. При изготовлении указанной выше лопатки осевой турбомашины изготавливают лопасть с полостью. Одновременно с лопастью лопатки внутри полости формируют трехмерную решетку. Наполняют полость лопасти пеноматериалом для заполнения в ней свободного пространства. Другое изобретение группы относится к турбомашине, содержащей указанную выше лопатку, изготовленную указанным выше способом. Группа изобретений позволяет защитить полость лопатки от внешнего воздействия, а также снизить массу лопатки. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Лопатка (24; 26) осевой турбомашины (2), содержащая:

лопасть (30), выполненную протяженной радиально относительно потока (18; 20) турбомашины (2); полость (42), выполненную в материале лопасти (30) лопатки (24; 26);

усиливающую решетку (48) в полости (42) и

закрытоячеистый пеноматериал (54), контактирующий с усиливающей решеткой (48) и закрывающий полость (42) для изолирования полости (42) от окружающей среды вокруг лопатки (24; 26),

где усиливающая решетка (48) выполнена из прутьев, расположенных в по меньшей мере трех направлениях,

где лопатка содержит радиальный конец с фиксирующей частью (36), полость (42), содержащую отверстие (44) в радиальном конце, и фиксирующую часть (36), содержащую два противолежащих в осевом направлении фиксирующих выступа, где отверстие заполнено закрытоячеистым пористым материалом (54) и расположено в осевом направлении между двумя фиксирующими выступами и где по меньшей мере один из двух фиксирующих выступов имеет камеру (56), соединенную с полостью, где усиливающая решетка (48) проходит по камере (56) и камера (56) заполнена закрытоячеистым пористым материалом (54).

2. Лопатка (24; 26) по п. 1, отличающаяся тем, что закрытоячеистый пеноматериал (54) является полиметакриловой пеной.

3. Лопатка (24; 26) по п. 1, отличающаяся тем, что полость (42) имеет толщину, превышающую среднюю толщину лопасти (30).

4. Лопатка (24; 26) по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что пеноматериал (54) занимает более половины полости (42).

5. Лопатка (24; 26) по любому из пп. 1 или 3, отличающаяся тем, что отверстие (44) имеет кромки (46) и пеноматериал (54) расположен заподлицо с кромками (46) отверстия (44).

6. Лопатка (24; 26) по п. 1, отличающаяся тем, что решетка (48) обычно выполнена в сочетании с пеноматериалом (54).

7. Лопатка (24; 26) по п. 6, отличающаяся тем, что прутья равномерно распределены в полости (42).

8. Лопатка (24; 26) по любому из пп. 6 или 7, отличающаяся тем, что решетка (48) проходит по большей части пространства полости (42).

9. Лопатка (24; 26) по п. 1, отличающаяся тем, что содержит переднюю кромку (32) и заднюю кромку (34), вогнутую поверхность (60) и выпуклую поверхность (62), проходящие от передней кромки (32) к задней кромке (34), внешний корпус (52), формирующий вогнутую поверхность (60) и выпуклую поверхность (62) и ограничивающий полость (42).

10. Лопатка (24; 26) по п. 9, отличающаяся тем, что толщина корпуса (52) является равномерной по всей радиальной высоте лопасти (30).

11. Лопатка (24; 26) по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что пеноматериал (54) имеет закрытоячеистые поры, которые занимают более 50% объема.

12. Лопатка (24; 26) по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что плотность пеноматериала (54) составляет менее 200 кг/м³.

13. Лопатка (24; 26) по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что пеноматериал (54) имеет меньшую плотность, чем материал лопасти (30) лопатки (24; 26).

14. Способ изготовления лопатки (24; 26) осевой турбомашины (2), при этом способ включает следующие этапы:

(a) изготовления (102) лопатки (24; 26) с лопастью (30), проходящей радиально относительно потока (18; 20) турбомашины, и с полостью (42), выполненной в материале лопасти (30) лопатки (24; 26);

отличающийся тем, что включает этап:

(b) наполнения (104) полости (42) лопасти (30) закрытой ячеистым пеноматериалом (54) для по меньшей мере частичного заполнения в ней свободного пространства, при этом лопатка (24; 26) выполнена по любому из пп. 1-13,

где на этапе (а) изготовления (102) трехмерную решетку (48) формируют одновременно с лопастью (30) лопатки (24; 26) внутри полости (42).

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что во время этапа (а) изготовления (102) лопатку (24; 26) выполняют посредством технологии аддитивного наращивания.

16. Способ по любому из пп. 14 или 15, отличающийся тем, что в конце этапа (b) наполнения (104) полость (42) полностью заполнена пеноматериалом (54).

17. Турбомашина (2), содержащая лопатку (24; 26), отличающаяся тем, что лопатка (24; 26) выполнена по любому из пп. 1-13 и лопатка (24; 26) выполнена в соответствии со способом по любому из пп. 14-16.