專利名稱：多組件混合式渦輪葉片的制作方法
背景技術：
本發明通常涉及燃氣輪機和蒸汽輪機，尤其涉及由幾個由不同材料制成的零件所構成的渦輪葉片。
蒸汽輪機包括但不限于蒸汽輪機發電設備和船用蒸汽輪機推進設備。燃氣輪機包括但不限于燃氣輪機發電設備和燃氣輪機飛機發動機。典型的蒸汽輪機一般包括高壓渦輪部分、低壓渦輪部分，或者兩者的結合，蒸汽流使它們轉動。典型的燃氣輪機包括一般包括中心發動機，具有高壓壓氣機、燃燒室和高壓渦輪，高壓壓氣機將空氣流壓進中心發動機，燃料和壓縮空氣的混合物在燃燒室中燃燒以產生推進氣流，推進氣流轉動高壓渦輪，高壓渦輪由較大直徑軸連接以驅動高壓壓氣機。典型的前風扇燃氣輪機飛機發動機增加了一個低壓渦輪(位于高壓渦輪的柄部)，該低壓渦輪由同軸的較小直徑軸連接，以便驅動前風扇(位于高壓壓氣機的前面)和驅動任選的低壓壓氣機(位于前風扇和高壓壓氣機之間)。低壓壓氣機有時稱為助推壓氣機或簡稱為助推器。
在典型的燃氣輪機中，風扇、高壓及低壓壓氣機和渦輪機一般具有燃氣輪機葉片，所述每個葉片包括與安裝到柄部的翼面部。在典型的蒸汽輪機中，高壓及低壓渦輪機部件具有蒸汽輪機葉片，所述每個葉片包括與安裝到柄部的翼面部。分別安裝到旋轉燃氣輪機或蒸汽輪機轉子盤上的氣或蒸汽輪機葉片是轉子葉片。分別安裝到非旋轉燃氣輪機或蒸汽輪機定子殼體上的燃氣輪機或蒸汽輪機葉片是定子葉片。一般，徑向向外延伸的轉子葉片和徑向向內延伸的定子葉片是沿圓周交錯排列。當用于燃氣輪機結構時，第一列和/或最后一列定子葉片(也叫作入口和出口導向葉片)的徑向內端也安裝到非旋轉燃氣輪機定子殼體上。反向旋轉的“定子”葉片在燃氣輪機設計中也是公知的。傳統的氣或蒸汽輪機葉片設計一般具有完全由諸如鈦之類的金屬或者完全由復合材料制成的翼面部。全金屬葉片，包括昂貴的寬弦中空葉片都具有較重的重量，導致了較低的燃料性能，并要求更牢固的葉片安裝。
在燃氣輪機飛機的應用中，沒有金屬前緣的更輕的全復合材料葉片更容易受到鳥群吸入事件的損壞。已知的混合式葉片包括復合葉片，出于腐蝕和撞鳥群的原因，其前緣受到金屬保護(葉片的其余部分用非金屬涂層覆蓋)。燃氣輪機風扇葉片一般是氣輪飛機發動機中最大的(因此是最重的)葉片，前風扇葉片最先受到鳥群的撞擊。在已經投入應用的復合葉片中，重量是主要考慮的因素。可是，希望減少在葉片損壞過程中除高運行速度外的間接損壞導致希望進一步減輕這些葉片的重量。
因此，需要一種改進的渦輪機葉片，特別是一種燃氣輪機葉片，尤其是燃氣輪機風扇葉片，它的重量比傳統的無論是復合式還是混合式葉片更輕。還需要一種蒸汽輪機葉片，它比傳統的無論是復合式還是混合式葉片更輕。
發明概述本發明在一實施例中提供了一種多組件混合式渦輪葉片，該葉片包括柄部和翼面部。該翼面部包括具有第一密度的復合件。該復合件包括凹槽和鑲嵌件。該鑲嵌件具有小于第一質量密度的第二質量密度。該鑲嵌件配置在該凹槽中，并粘結在該復合件上。該復合件和該鑲嵌件一起限定翼面形狀。
在另一實施例中提供了一種制造方法，該方法包括預制鑲嵌件，層壓各復合材料層以形成復合件的一部分，其中該部分復合件包括一個凹槽，隨后將該鑲嵌件配置在該凹槽中，在覆蓋鑲嵌件的同時，接著層壓各附加復合材料層，以得到最終希望厚度的復合件。
當參照附圖閱讀下面的詳細說明時，本發明的這些和其它特征、內容和優點將變得更容易理解，附圖中相似的附圖標記表示相似的零件。
圖1是本發明的混合式渦輪葉片的一個實施例的壓力側的縱剖面簡圖。
圖2是沿圖1中線2-2截取的圖1的混合式渦輪葉片的一個實施例的翼面部的橫截面簡圖。
圖3是沿圖4中線3-3截取的圖4的混合式渦輪葉片的一個實施例的翼面部的橫截面簡圖。
圖4是本發明的混合式渦輪葉片的另一個實施例的壓力側的縱剖面簡圖。
圖5是本發明的混合式渦輪葉片的另一個實施例的壓力側的縱剖面簡圖。
圖6是本發明的混合式渦輪葉片的一個可替換實施例的壓力側的縱剖面簡圖。
圖7提供了本發明一實施例的鑲嵌件的壓力側的前視圖簡圖，前緣的側視圖簡圖，后緣的側視圖簡圖，頂視圖簡圖和底視圖簡圖。
圖8是是沿圖1中線2-2截取的圖1的混合式渦輪葉片的一個實施例的翼面部的橫截面簡圖。
圖9是是沿圖1中線2-2截取的圖1的混合式渦輪葉片的一個實施例的翼面部的橫截面簡圖。
詳細說明按照本發明的一個實施例，多組件混合式渦輪葉片10包括如圖1-6所示的柄部12和翼面部14。翼面部14具有一設計工作溫度，并具有連接到柄部12的葉根部16，葉尖部18，及向外向葉片翼銷18延伸并向內向葉根部16延伸的徑向軸20。這里所用到的“徑向軸”指的是參照軸，而不是混合式渦輪葉片10的有形結構。在燃氣輪機中，應用的設計工作溫度是在燃氣輪機(未示出)的正常運行期間翼面部14預期經受的最高溫度。典型的燃氣輪機和蒸汽輪機的設計工作溫度的例子是，在沒有限制的情況下，通常在18攝氏度和幾百攝氏度之間。圖1中介質方向箭頭26通常指示介質方向。在燃氣輪機應用中介質一般包括空氣，在蒸汽輪機應用中介質一般包括飽和蒸汽或過熱蒸汽。
在混合式渦輪葉片10應用于燃氣輪機中時，柄部12一般包括燕尾榫22和葉片平臺，燕尾榫用于將混合式渦輪葉片10安裝到轉子盤(未示出)上，葉片平臺有助于徑向容納氣流。翼面部14具有前緣30和后緣32，其中介質流的方向通常是從該前緣30流到后緣32。翼面部14還具有如圖2所示的壓力側34和負壓側36，其中從前緣30橫穿負壓側36到后緣32的距離一般大于從前緣30橫穿壓力側34到后緣32的距離。在燃氣輪機壓氣機應用中，混合式渦輪葉片10一般在這樣一個方向轉動，使得壓力側34在負壓側36之前通過一參照點。在蒸汽輪機應用中，混合式渦輪葉片10一般在這樣一個方向轉動，使得負壓側36在壓力側34之前通過同一參照點。
翼面部14還包括如圖2和3所示的復合件28。在這里所使用的“復合件”定義為包括復合材料的零件。名詞“復合材料”是指具有埋入任何(金屬或非金屬)基體粘結劑中的任何(金屬或非金屬)纖維絲的材料。在本發明的一個實施例中，復合件28是不連續的復合疊層的狀態。復合材料包括埋入粘結劑中的纖維絲。在一示范的實施例中，復合材料包括埋在環氧(即，環氧樹脂)基體粘結劑中的石墨纖維絲。復合材料中纖維絲的其它選擇包括但不限于玻璃纖維、芳族聚酸胺纖維、碳纖維和硼纖維及其它們的組合物。基體樹脂的其它選擇包括但不限于雙馬來酰亞胺、聚酰胺、聚乙酰胺、聚醚醚酮、聚(芳基砜類)、聚醚砜和氰酸酯(cyanteester)及其組合物。在一實施例中，基體粘結劑包括韌化材料，如橡膠顆粒。復合件28具有第一質量密度，并通常在徑向從葉根部16向葉尖部18延伸。復合件28的第一質量密度一般在每立方厘米1.4克到每立方厘米2.0克的范圍內。復合件28沿整個前緣30和整個后緣32在葉片平臺24和葉尖部18之間按翼展方向延伸。復合件28在前后緣30和32之間按翼弦方向延伸。在一示范的結構中，復合件28除了包含(意味著至少一個)鑲嵌件38外沒有各表面通孔和各凹槽，并且沒有內部空腔。復合件28具有(意味著至少一個)凹槽40，且凹槽40包括內部前緣42、內部后緣44、內部葉尖部邊緣60和內部葉根部邊緣62。
翼面部14附加地包括(意味著至少一個)鑲嵌件38(見圖1-6)。在燃氣輪機應用中，鑲嵌件38位于混合式渦輪葉片10，使得無論是撞鳥群阻力還是混合式渦輪葉片10的頻率響應都不會減小。鑲嵌件38結合在混合式渦輪葉片10的標準敷層和硬化工藝中，除了制造鑲嵌件38本身所需要的切削加工外不需要特別的切削加工。在本發明的一個實施例中，鑲嵌件38包括第一鑲嵌件138和與其不發生物理上的接觸的第二鑲嵌件238。在本發明的一個實施例中，“鑲嵌件”38具有低于復合件28的第一質量密度的第二質量密度。在本發明的一個實施例中，鑲嵌件38包括彈性體材料。在另一個實施例中，鑲嵌件38包括一個熱塑性彈性體基體和輕質填料顆粒。輕質填料顆粒通常是相同的尺寸，其中輕質填料顆粒包括若干含氣孔穴。每個輕質填料顆粒中的每個孔穴的體積通常為約10-16立方毫米。這里所使用的術語“輕質”是指材料的密度通常在約0.001grams/cm3到約1.2grams/cm3的范圍內。在本發明的一個實施例中，輕質填料顆粒包括聚合物顆粒，其中每個聚合物顆粒一般包括含氣孔穴，且每個聚合物顆粒具有小室結構(無論尺寸、形狀、均勻性或含量)。這些輕質填料顆粒通常均勻地分散遍布在鑲嵌件38中的基體彈性體上。在一實施例中，通過在硬化前將輕質填料顆粒攙入基體彈性體中制得鑲嵌件38中的輕質彈性體材料。鑲嵌件38中的彈性體材料的最終密度低于纖維強化復合件28的密度。
在本發明的另一實施例中，鑲嵌件38包括如圖6所示的中空部分95。鑲嵌件38一般由熱塑性材料或者熱固性材料制成。構成包括中空部分95的鑲嵌件38的其它材料選擇自，但不限于，熱塑性材料和熱固性材料、金屬、蜂窩陶瓷或硅酮及其組合物。在本發明的一些實施例中，包括中空部分95的鑲嵌件38通過注塑成形工藝制成，以產生鑲嵌件38的注塑成形模型。在本發明的一些實施例中，包括中空部分95的鑲嵌件38還包括內部肋板以增強鑲嵌件38的整體撞擊剛性和強度。技術人員可以選擇鑲嵌件38中內部肋板的數量和方向。
在本發明的另一實施例中，鑲嵌件38制成具有中空部分95，其中鑲嵌件38還包括一個孔(未示出)和一個內管(未示出)。內管將孔和中空部分95相連，可以使流體被加入、加壓或被從鑲嵌件38的中空部分95除去。在該實施例中，鑲嵌件38包括中空部分95，且鑲嵌件38的中空部分95能被填充和加壓，一般使用的鑲嵌件材料是可變形的薄膜材料。在一可替換的實施例中，可變形的薄膜材料具有內加強件，而在本發明的另一實施例中，可變形的薄膜材料具有外加強件。鑲嵌件38中內部肋或外部肋的數量和取向由技術人員確定。在采用了包括中空部分95、孔和內管的鑲嵌件38的多組件混合式渦輪葉片10的制造實施例中，復合件28還包括一端連接到鑲嵌件38的孔而另一端連接到復合件28的外表面的流體通道。在該實施例中，在一部分復合層被敷層后，鑲嵌件38置于凹槽40中。鑲嵌件38的中空部分被注入流體并加壓，使得鑲嵌件38成為所希望的形狀。附加復合層覆蓋在鑲嵌件38上，以產生復合件28的完整模型，同時保持流體排放通道。在另一實施例中，鑲嵌件38的中空部分95被填充流體并加壓，使得在附加復合層覆蓋在鑲嵌件38上從而產生復合件28的完整模型后，鑲嵌件38成為所希望的形狀。一般地，在復合件28的完整模型粘接和固化后，流體通過排放通道從鑲嵌件38的中空部分95排出。
在本發明的一個實施例中，本發明所產生的鑲嵌件38的最終第二質量密度通常在0.01grams/cm3到約0.9grams/cm3的范圍內。在本發明的另一實施例中，包括中空部分95的鑲嵌件38的密度通常在0.01grams/cm3到約0.9grams/cm3的范圍內，其中在混合式渦輪葉片的制造完成后，中空部分95已經排完流體。鑲嵌件38的第二質量密度低于復合件28的第一質量密度。鑲嵌件38還包括鑲嵌前緣43、鑲嵌后緣45、鑲嵌葉尖部邊緣61和鑲嵌葉根部邊緣63。
鑲嵌件38中的彈性體材料的高拉伸能力和低彈性模量使得機械負荷可以有效地圍繞鑲嵌件38而不是穿過鑲嵌件38傳送。在一實施例中，鑲嵌件38中的彈性體材料具有至少約20％的拉伸性能，且彈性模量在從約3500kPa至350000kPa的范圍內。可以選擇的鑲嵌件材料的彈性模量和拉伸性能是，使得鑲嵌件材料在其加工過程中具有低變形，且其強度經得起制造過程中的破裂。此外可以選擇的鑲嵌件材料是，使得鑲嵌件材料能經受低周期和高周期疲勞。低周期疲勞一般代表約30000啟動和停止周期，而高周期疲勞一般表示大于1,000,000轉動周期。
在本發明的一個實施例中，鑲嵌件38是如此形成的，以致于其具有足夠的剛性和尺寸穩定性，從而在復合件28的制造過程中保持翼面形狀。在本發明的一個實施例中，鑲嵌件38如此形成，以便保持足夠的帖合性和柔順性，從而使鑲嵌件38與凹槽40一致。技術人員可以選擇鑲嵌件38的數量和位置。
鑲嵌件38被粘接到復合件28上。通過鑲嵌件材料和復合件材料之間的粘合來實現上述粘接。其它粘接的例子包括但不限于高壓釜循環硬化、粘結劑粘接、熔融粘接(粘結膜或膏)。鑲嵌件38具有第二體積，并且在一可替換的實施例中，該第二體積通常至少等于復合件28的第一體積的10％。復合件28和鑲嵌件38(在一實施例中其包括兩個或多個鑲嵌件，如圖3、4和5所示第一鑲嵌件138、第二鑲嵌件238和第三鑲嵌件338)通常一起構成翼面形狀。
復合件28包括如本發明的一個實施例的圖1和2所示的凹槽40，其中凹槽40的主軸80平行于徑向軸20。凹槽40具有內部前緣42、內部后緣44、內部葉尖部邊緣60和內部葉根部邊緣62。鑲嵌件38配置在凹槽40中，致使鑲嵌前緣43置于內部前緣42上、鑲嵌后緣45置于內部后緣44上、鑲嵌葉尖部邊緣61置于內部葉尖部邊緣60上，而鑲嵌葉根部邊緣63置于內部葉根部邊緣62上。
在一示范實施例中，如圖3和4所示的復合件28包括第一凹槽140、第二凹槽240和第三凹槽340。凹槽140、240和340的第一凹槽的主軸180、第二凹槽的主軸280和第三凹槽的主軸380分別平行于徑向軸20。凹槽140、240和340的主軸180、280和380分別沿著翼面部14的寬度從葉片平臺24指向葉尖部18。在本發明的一個實施例中，使用了鑲嵌件138、238和338，并且它們分別位于每個相應的第一、第二和第三凹槽140、240和340中。第一、第二和第三凹槽140、240和340分別具有第一內部前緣142、第二內部前緣242和第三內部前緣342；第一內部后緣144、第二內部后緣244和第三內部后緣344；第一內部葉尖部邊緣160、第二內部葉尖部邊緣260和第三內部葉尖部邊緣360；以及第一內部葉根部邊緣162、第二內部葉根部邊緣262和第三內部葉根部邊緣362。第一鑲嵌件138、第二鑲嵌件238和第三鑲嵌件338分別具有第一鑲嵌前緣143、第二鑲嵌前緣243和第三鑲嵌前緣343；第一鑲嵌后緣145、第二鑲嵌后緣245和第三鑲嵌后緣345；第一鑲嵌葉尖部邊緣161、第二鑲嵌葉尖部邊緣261和第三鑲嵌葉尖部邊緣361；以及第一鑲嵌葉根部邊緣163、第二鑲嵌葉根部邊緣263和第三鑲嵌葉根部邊緣363。鑲嵌件138、238和338分別配置在凹槽140、240和340中，致使第一鑲嵌前緣143、第二鑲嵌前緣243和第三鑲嵌前緣343分別置于第一內部前緣142、第二內部前緣242和第三內部前緣342上；第一鑲嵌后緣145、第二鑲嵌后緣245和第三鑲嵌后緣345分別置于第一內部后緣144、第二內部后緣244和第三內部后緣344上；第一鑲嵌葉尖部邊緣161、第二鑲嵌葉尖部邊緣261和第三鑲嵌葉尖部邊緣361分別置于第一內部葉尖部邊緣160、第二內部葉尖部邊緣260和第三內部葉尖部邊緣360上；以及第一鑲嵌葉根部邊緣163、第二鑲嵌葉根部邊緣263和第三鑲嵌葉根部邊緣363分別置于第一內部葉根部邊緣162、第二內部葉根部邊緣262和第三內部葉根部邊緣362上。
在本發明的一個實施例中，當使用第一鑲嵌件138和第二鑲嵌件238(換句話說，至少兩個鑲嵌件)時，復合件28包括翼肋46，通常該肋由與復合件28相同的復合材料構成。肋46設置在第一和第二鑲嵌件138和238之間，并粘接到它們上。肋46在第一內部后緣144和第二內部前緣242之間延伸，如圖4所示。所希望的第一鑲嵌件138和第二鑲嵌件238的位置更靠近葉根部16而不是葉尖部18。當利用第三鑲嵌件338時，所采用的附加肋(如圖3和4所示的附加肋48)在翼面部14的第二內部后緣244和第三內部前緣342之間延伸。本發明的另外的實施例使用了額外數量的鑲嵌件和附加肋，以保持混合式渦輪葉片10的強度。附加肋提供改善的剛性，并用來限制裂紋的生長和剝落。附加肋還通常包括與復合件28和肋46相同的復合材料。這些肋的取向由技術人員確定。在本發明的另一個實施例中，第一鑲嵌件138包括第一鑲嵌中空部分195，第二鑲嵌件238包括第二鑲嵌中空部分295。在本發明的另一個實施例中，第一鑲嵌件138包括第一鑲嵌中空部分195，第二鑲嵌件238包括第二鑲嵌中空部分295，第三鑲嵌件338包括第三鑲嵌中空部分395。包括第一鑲嵌中空部分195的第一鑲嵌件138、包括第二鑲嵌中空部分295的第二鑲嵌件238和包括第三鑲嵌中空部分395的第三鑲嵌件338的結構與上述包括中空部分95的鑲嵌件38相似。
在一替換的實施例中，如圖5所示的復合件28包括第一凹槽140、第二凹槽240和第三凹槽340。每個凹槽140、240和340的第一凹槽主軸180、第二凹槽主軸280和第三凹槽主軸380分別垂直于徑向軸20(即，凹槽140、240和340的主軸180、280和380分別沿翼面部14的翼弦從前緣30指向后緣32)。第一凹槽140、第二凹槽240和第三凹槽340與圖3和4描述的那些零件相似。第一鑲嵌件138、第二鑲嵌件238和第三鑲嵌件338的取向與圖3和4所描述的那些零件相似。當使用多于一個圖5的鑲嵌件38時，復合件28一般包括肋46，其具有與復合件28相同的復合材料。肋46設置在第一鑲嵌件138和第二鑲嵌件238之間，并粘接到它們上，其中肋46在第一內部葉根部邊緣162和第二內部葉尖部邊緣260之間延伸。在本發明使用了第三鑲嵌件338的另一個實施例中，所采用的附加肋(如附加肋48)在翼面部14的第二內部葉根部邊緣262和第三內部葉尖部邊緣360之間延伸。如上所述，本發明的另外的實施例使用了額外數量的鑲嵌件和附加肋，以保持混合式渦輪葉片10的強度。利用附加肋來改善剛性，并用作裂紋/分層阻止器。這些肋的取向由技術人員確定。
在本發明的一個實施例中，單一鑲嵌件38與復合件28對接，如圖1和6所示。在更具體的實施例中，如圖7所示，壓力側鍥形前緣81設置在鑲嵌件38的壓力側34和鑲嵌前緣43之間，以便形成第一壓力側內角100，其中第一壓力側內角100一般在約20度到約179度范圍內。在壓力側鍥形前緣81和鑲嵌件38的壓力側34之間測量第一壓力側內角100。負壓側鍥形前緣91設置在鑲嵌件38的負壓側36和鑲嵌前緣43之間，以便形成第一負壓側內角102，其中第一負壓側內角102一般在約20度到約179度范圍內。在負壓側鍥形前緣91和鑲嵌件38的負壓側36之間測量第一壓力側內角102。壓力側鍥形后緣82設置在鑲嵌件38的壓力側34和鑲嵌后緣45之間，以便形成第二壓力側內角104，其中第二壓力側內角104一般在約20度到約179度范圍內。在壓力側鍥形后緣82和鑲嵌件38的壓力側34之間測量第二壓力側內角104。負壓側鍥形后緣92設置在鑲嵌件38的負壓側36和鑲嵌后緣45之間，以便形成第二負壓側內角106，其中第二負壓側內角106一般在約20度到約179度范圍內。在負壓側鍥形后緣92和鑲嵌件38的負壓側36之間測量第二負壓側內角106。壓力側鍥形葉尖部邊緣83設置在鑲嵌件38的壓力側34和鑲嵌葉尖部邊緣61之間，以便形成第三壓力側內角108；其中第三壓力側內角108一般在約20度到約179度范圍內。在壓力側鍥形葉尖部邊緣83和鑲嵌件38的壓力側34之間測量第三壓力側內角108。負壓側鍥形葉尖部邊緣93設置在鑲嵌件38的負壓側36和鑲嵌葉尖部邊緣61之間，以便形成第三負壓側內角110；其中第三負壓側內角110一般在約20度到約179度范圍內。在負壓側鍥形葉尖部邊緣93和鑲嵌件38的負壓側36之間測量第三負壓側內角110。壓力側鍥形葉根部邊緣84設置在鑲嵌件38的壓力側34和鑲嵌葉根部邊緣63之間，以便形成第四壓力側內角112，其中第四壓力側內角112一般在約20度到約179度范圍內。在壓力側鍥形葉根部邊緣84和鑲嵌件38的壓力側34之間測量第四壓力側內角112。負壓側鍥形葉根部邊緣94設置在鑲嵌件38的負壓側36和鑲嵌葉根部邊緣63之間，以便形成第四負壓側內角114，其中第四負壓側內角114一般在約20度到約179度范圍內。在負壓側鍥形葉根部邊緣94和鑲嵌件38的負壓側36之間測量第四負壓側內角114。
在本發明的實施例中，至少兩個鑲嵌件(圖4和5中示為第一鑲嵌件138、第二鑲嵌件238和第三鑲嵌件338)與復合件28面連接，且鑲嵌件138、238和338包括上述鑲嵌件的和如圖7所示的相同的內角結構。
在本發明的一些實施例中，圖2和6的翼面部14包括耐蝕涂層52，如圖1-3、5-6和8-9所示。在本發明的一個實施例中，圖2的耐蝕涂層52施加在壓力側34的至少一部分上，并施加在負壓側36的至少一部分上。在本發明的另一個實施例中，圖2的耐蝕涂層52施加在并粘接到壓力側34的至少一部分上，且耐蝕涂層52施加在并粘接到負壓側36的至少一部分上。在一實施例中，由于聚氨酯耐蝕性比復合件28大，選擇聚氨酯作為圖6的耐蝕涂層52的材料。
在本發明的另一個實施例中，前緣保護涂層70施加在前緣30、至少一部分壓力側和至少一部分負壓側上。在一示范實施例中，由于鈦的耐蝕性能比復合件28高，選擇鈦作為前緣保護涂層70的材料。當鈦用來作為前緣保護涂層70時，鈦提供了高的強度/重量比。當利用鈦作為前緣保護涂層70時，就飛機發動機風扇葉片常見的外部物體吸入或撞鳥群事件而言，鈦還提供了比復合件28增加的堅固性。在本發明的另一個實施例中，后緣保護涂層72施加在后緣32、至少一部分壓力側34和至少一部分負壓側36上。在本發明一示范的實施例中，圖5的葉尖邊緣保護涂層53施加在圖2的葉尖部邊緣18、至少一部分壓力側34和至少一部分負壓側(圖5中未示出)上。在本發明的另一個實施例中，鈦用作圖5的保護葉尖部涂層53材料。在本發明的另一個實施例中，如上述一樣設置圖2的前緣保護涂層70和后緣保護涂層72。在本發明一示范實施例中，鈦用作圖6的后緣保護涂層72的材料。在本發明的另一個實施例中，如上述一樣設置前緣保護涂層70、后緣保護涂層72和圖5的葉尖邊緣保護涂層53。在本發明的另一實施例中，圖2的耐蝕涂層52施加在并粘接到至少一部分壓力側34和至少一部分負壓側36上，所述至少一部分壓力側34和負壓側36均沒有被前緣保護涂層70、后緣保護涂層72和葉尖邊緣保護涂層53所覆蓋，同時如上述一樣設置前緣保護涂層70、后緣保護涂層72和圖5的葉尖邊緣保護涂層53。
在本發明的另一實施例中，圖3的耐蝕涂層52施加在并粘接到至少一部分壓力側34和至少一部分負壓側36上，前緣保護涂層70沿前緣30施加在至少一部分耐蝕涂層52上。在本發明的另一個實施例中，耐蝕涂層52施加在并粘接到至少一部分壓力側34和至少一部分負壓側36上，后緣保護涂層72沿后緣32施加在至少一部分耐蝕涂層52上。在本發明的另一個實施例中，耐蝕涂層52施加在并粘接到至少一部分壓力側34和至少一部分負壓側36上，圖5的葉尖邊緣保護涂層72沿葉尖部邊緣18施加在圖3的至少一部分耐蝕涂層52上。在本發明的另一個實施例中，耐蝕涂層52施加在并粘接到至少一部分壓力側34和至少一部分負壓側36上，前緣保護涂層70沿前緣30施加在至少一部分耐蝕涂層52上，后緣保護涂層72沿后緣32施加在至少一部分耐蝕涂層52上，且圖5的葉尖邊緣保護涂層53沿葉尖部邊緣18施加在圖3的至少一部分耐蝕涂層52上。
在本發明的另一實施例中，圖8的耐蝕涂層52施加在并粘接到至少一部分壓力側34上。在本發明的另一個實施例中，耐蝕涂層52施加在并粘接到至少一部分壓力側34上，前緣保護涂層70沿前緣30施加在至少一部分耐蝕涂層52和至少一部分負壓側36上。在本發明的另一個實施例中，耐蝕涂層52施加在并粘接到至少一部分壓力側34上，后緣保護涂層72沿后緣32施加在至少一部分耐蝕涂層52和至少一部分負壓側36上。在本發明的另一實施例中，耐蝕涂層52施加并粘接到至少一部分壓力側34上，圖5的葉尖邊緣保護涂層53沿葉尖部邊緣18施加在圖8的至少一部分耐蝕涂層52和至少一部分負壓側36上。在本發明的另一個實施例中，耐蝕涂層52施加在并粘接到至少一部分壓力側34上，前緣保護涂層70沿前緣30施加在至少一部分耐蝕涂層52和至少一部分負壓側36上，后緣保護涂層72沿后緣32施加在至少一部分耐蝕涂層52和沒有被前緣保護涂層70所覆蓋的至少一部分負壓側上。在本發明的另一個實施例中，耐蝕涂層52施加在并粘接到至少一部分壓力側34上，前緣保護涂層70沿前緣30施加在至少一部分耐蝕涂層52和至少一部分負壓側36上，后緣保護涂層72沿后緣32施加在沒有被前緣保護涂層70所覆蓋的至少一部分耐蝕涂層52和沒有被前緣保護涂層70所覆蓋的至少一部分負壓側36上，圖5的葉尖邊緣保護涂層53沿葉尖部邊緣18設置在圖8的沒有被前緣保護涂層70和后緣保護涂層72所覆蓋的至少一部分耐蝕涂層52和沒有被前緣保護涂層70和后緣保護涂層72所覆蓋的至少一部分負壓側36上。
在本發明的另一實施例中，圖9的前緣保護涂層70如上述一樣設置在一部分壓力側34和一部分負壓側36上。耐蝕涂層52覆蓋在沒有被前緣保護涂層70所覆蓋的一部分壓力側34上，且耐蝕涂層52覆蓋在沒有被前緣保護涂層70所覆蓋的一部分負壓側36上。在本發明的另一個實施例中，前緣保護涂層70和后緣保護涂層72如上述一樣設置在一部分壓力側34和一部分負壓側36上。耐蝕涂層52覆蓋在沒有被前緣保護涂層70和后緣保護涂層72所覆蓋的一部分壓力側34上，且耐蝕涂層52覆蓋在沒有被前緣保護涂層70和后緣保護涂層72所覆蓋的一部分負壓側36上。在本發明的另一個實施例中，前緣保護涂層70、后緣保護涂層72和圖5的葉尖邊緣保護涂層53如上述一樣設置在圖9的一部分壓力側34和一部分負壓側36上。耐蝕涂層52覆蓋在沒有被前緣保護涂層70、后緣保護涂層72和圖5的葉尖邊緣保護涂層53所覆蓋的一部分壓力側34上，且圖9的耐蝕涂層52覆蓋在沒有被前緣保護涂層70、后緣保護涂層72和圖5的葉尖邊緣保護涂層53所覆蓋的一部分負壓側36上。
柄部12一般是適于粘接或加接到翼面部的組合柄部。而且，金屬柄部(適于粘接或加接到組合翼面部)可以用于特殊的葉片設計。柄部12的燕尾榫22能在高壓(凹)面進行部分地組合(未示出)。另一方面，燕尾榫22可以具有金屬楔形裝置(仍未示出)，以便可靠地鎖位連接鑲嵌件，并提供金屬燕尾剪切表面。
在本發明的燃氣輪機應用中，鳥群撞擊區域主要是沿混合式渦輪葉片10的前緣30的壓力側34的區域。在本發明的一個實施例中，復合件28、鑲嵌件38和前緣保護涂層70的受作用區域提供了彎曲和裂紋阻力。在本發明的一個實施例中，混合式渦輪葉片10與類似結構的非混合式渦輪葉片相比減輕了質量，在設定的葉片轉速下，該減輕的質量通常具有降低作用在封閉結構和柄部葉片(未示出)上的使葉片斷裂的撞擊力的作用。
在本發明的另一個燃氣輪機應用中，鑲嵌件38在低于復合材料的熔點的溫度下可以從復合件28上以機械或熱方式卸除。這使得如果翼面部14由于撞鳥群或吸入外部物體而損壞時，可以容易地修理翼面部14。如果翼面部在復合件28和鑲嵌件38處損壞，損壞的鑲嵌件38將用熱方式卸除，然后修理復合件28，并再配置新的鑲嵌件38和復合材料。由于這種葉片損壞大多針對混合式渦輪葉片10的前部，因此翼面部14一般是燃氣輪機飛機發動機(如果燃氣輪機發動機沒有風扇，也可是燃氣輪機飛機發動機的壓氣機)中混合式渦輪葉片10的翼面部。
鑲嵌件38的功能便于混合式渦輪葉片10的敷層和高壓釜硬化或者其它制造方法。在一實施例中，(至少一層)復合材料層200包圍著鑲嵌件38。在制造過程中，包圍鑲嵌件38的圖9的復合材料層200為圖6的鑲嵌件38提供額外的穩定性。使圖9的復合材料層200包圍圖6的鑲嵌件38一般會降低鑲嵌件38中的初始裂紋。在最終的應用中，包圍圖6的鑲嵌件38的圖9的復合材料層200允許圍繞圖6的鑲嵌件38更有效地傳送負荷。在可替換的實施例中，一層粘結劑涂敷在鑲嵌件38上。該層粘結劑還可以用來通過改善復合件28和鑲嵌件38之間的膠合力來改善復合件28和鑲嵌件38之間的粘結。混式渦輪葉片10在其已全部組裝好的狀態下，其具有的鑲嵌件38設置在復合件28的凹槽40中，因此在圖6的復合件28中的圖9的包圍復合材料層200能符合所有機械要求，從而不會通過鑲嵌件38進行負載傳送。當使用彈性材料構成鑲嵌件38時，即使在如當燃氣輪機發動機吸入外部物體時可能發生的劇烈的撞擊負荷的情況下，彈性體材料的高塑性和高拉伸性能允許復合件28在幾乎沒有阻力的情況下相對鑲嵌件38變形。
制造本發明的混合式渦輪葉片10的一般方法包括，但不限于，利用高壓釜和壓制成型技術單獨地或者作為一個單元(共硬化)地制造復合件28和鑲嵌件38。在本發明的一個制造方法中，鑲嵌件38是預先制造的。層壓圖9的多個復合材料層200以產生圖6的復合件28的一部分，其中復合件的該部分包括凹槽40。鑲嵌件38配置在凹槽40中，層壓各附加復合材料層200，使得各附加復合材料層200覆蓋在鑲嵌件38上，并達到復合件28最終所希望的厚度，生產出復合件28的完整模型。然后，對復合件28的完整模型進行加工處理，這種處理工藝使各復合材料層200固化并粘結在一起，該工藝還使鑲嵌件38粘結到相鄰的復合材料層200。一般通過高壓釜技術、或者壓制成型技術、或者樹脂塑模技術實現固化和粘結工藝。高壓釜技術、或者壓制成型技術、或者樹脂塑模技術僅僅是作為固化和粘結工藝的例子提出，并不意味著對本發明的限制。
在本發明的另一實施例中，多個鑲嵌件(例如圖4中的鑲嵌件138、238和338)配置在相應的凹槽中。當在制造工藝中使用多個鑲嵌件時，一般在凹槽之間形成肋46。
在本發明的一個實施例中，層壓圖9的多個復合材料層200以產生圖1的復合件28的一部分，其中復合件的該部分包括凹槽40。鑲嵌件38配置在凹槽40中；層壓各附加復合材料層200，使得各附加復合材料層200覆蓋在鑲嵌件38上，并達到復合件28最終所希望的厚度。
在本發明的一個實施例中，一般通過手工或機械疊層或者通過圍繞復合件28和鑲嵌件38進行編織成層構成復合件28。如前所述，就復合材料來說，在技術人員的知識水平內，技術人員能夠選擇纖維絲的模量和取向，以保持整個翼面部的剛性，減輕葉片在離心力和空氣動力學負載下的結構彎曲。
為了說明，已經描述了本發明的幾個實施例。盡管已經詳細描述和說明了本發明，但可以理解這些描述和說明僅僅是為了說明和舉例，而不構成限制。根據上述教導對本發明作出多種改進和變化顯然是可能的。因此，本發明的實質和范圍僅受所附權利要求范圍的限制。
部件列表10 混合式渦輪葉片12 柄部14 翼面部16 葉根部18 葉尖部20 徑向軸22 燕尾榫24 葉片平臺26 介質方向箭頭28 復合件30 前緣32 后緣34 壓力側36 低壓面38，138，238，338鑲嵌件，第一鑲嵌件，第二鑲嵌件，第三鑲嵌件40，140，240，340表面凹槽，第一表面凹槽，第二表面凹槽，第三表面凹槽42，142，242，342內部前緣，第一內部前緣，第二內部前緣，第三內部前緣43，143，243，343鑲嵌前緣，第一鑲嵌前緣，第二鑲嵌前緣，第三鑲嵌前緣44，144，244，344內部后緣，第一內部后緣，第二內部后緣，第三內部后緣45，145，245，345鑲嵌后緣，第一鑲嵌后緣，第二鑲嵌后緣，第三鑲嵌后緣46 肋48 附加肋52 耐蝕涂層
53 葉尖邊緣保護涂層60，160，260，360內部葉尖部邊緣，第一內部葉尖部邊緣，第二內部葉尖部邊緣，第三內部葉尖部邊緣61，161，261，361鑲嵌葉尖部邊緣，第一鑲嵌葉尖部邊緣，第二鑲嵌葉尖部邊緣，第三鑲嵌葉尖部邊緣62，162，262，362內部葉根部邊緣，第一內部葉根部邊緣，第二內部葉根部邊緣，第三內部葉根部邊緣63，163，263，363鑲嵌葉根部邊緣，第一鑲嵌葉根部邊緣，第二鑲嵌葉根部邊緣，第三鑲嵌葉根部邊緣70 前緣保護涂層72 后緣保護涂層80，180，280，380表面凹槽主軸，第一表面凹槽主軸，第二表面凹槽主軸，第三表面凹槽主軸81，181，281，381壓力側楔形前緣，第一壓力側楔形前緣，第二壓力側楔形前緣，第三壓力側楔形前緣82，182，282，382壓力側楔形后緣，第一壓力側楔形后緣，第二壓力側楔形后緣，第三壓力側楔形后緣83，183，283，383壓力側楔形葉尖部邊緣，第一壓力側楔形葉尖部邊緣，第二壓力側楔形葉尖部邊緣，第三壓力側楔形葉尖部邊緣84，184，284，384壓力側楔形葉根部邊緣，第一壓力側楔形葉根部邊緣，第二壓力側楔形葉根部邊緣，第三壓力側楔形葉根部邊緣91，191，291，391負壓側楔形前緣，第一負壓側楔形前緣，第二負壓側楔形前緣，第三負壓側楔形前緣92，192，292，392負壓側楔形后緣，第一負壓側楔形后緣，第二負壓側楔形后緣，第三負壓側楔形后緣93，193，293，393負壓側楔形葉尖部邊緣，第一負壓側楔形葉尖部邊緣，第二負壓側楔形葉尖部邊緣，第三負壓側楔形葉尖部邊緣94，194，294，393負壓側楔形葉尖部邊緣，第一負壓側楔形葉尖部邊緣，第二負壓側楔形葉尖部邊緣，第三負壓側楔形葉尖部邊緣95，195，295，395中空部分，第一中空部分，第二中空部分，第三中空部分100 第一壓力側內角102 第一負壓側內角104 第二壓力側內角106 第二負壓側內角108 第三壓力側內角110 第三負壓側內角112 第四壓力側內角114 第四負壓側內角200 復合材料層
權利要求
1.一種多組件混合式渦輪葉片(10)，包括柄部(12)；和翼面部(14)，其包括具有第一密度和一凹槽(40)的復合件(28)，所述翼面部還包括具有小于所述第一質量密度的第二質量密度的鑲嵌件(38)；其中所述鑲嵌件(38)設置在所述凹槽(40)中，并粘結到所述復合件(28)上；和其中所述復合件(28)和所述鑲嵌件(38)一起限定翼面形狀。
2.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述鑲嵌件(38)具有足以保持所述翼面形狀的剛性和尺寸穩定性，并且所述鑲嵌件(38)具有足以與所述凹槽(40)一致的可塑性和柔順性。
3.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述復合件(28)包括多個復合材料層(200)，所述復合材料層(200)包括埋置在基體粘結劑中的纖維絲。
4.如權利要求3所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述復合件包括埋置在環氧樹脂基體粘結劑中的石墨纖維。
5.如權利要求3所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述纖維絲選自由石墨纖維、玻璃纖維、芳族聚酸胺纖維、碳纖維和硼纖維及其組合物所構成的組。
6.如權利要求3所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述基體粘結劑選自由環氧樹脂、雙馬來酰亞胺、聚酰胺、聚乙酰胺、聚醚醚酮、聚(芳基砜類)、聚醚砜和氰酸脂(cyante ester)及組合物所構成的組。
7.如權利要求3所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述基體粘結劑包括韌化材料。
8.如權利要求7所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述韌化材料包括大量橡膠顆粒。
9.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述翼面部(14)承受一設計工作溫度，且還包括連接到所述柄部(12)的葉根部(16)、葉尖部(18)和向外朝所述葉尖部(18)延伸并向內朝所述葉根部(16)延伸的徑向軸線(20)，其中所述復合件(28)從所述葉根部(16)向所述葉尖部(18)延伸。
10.如權利要求9所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述鑲嵌件(38)在所述設計工作溫度時保持尺寸穩定性。
11.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到所述復合件(28)的至少一部分壓力側(34)和至少一部分負壓側(36)上的耐蝕涂層(52)。
12.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括沿所述翼面部(14)的前緣(30)設置在所述復合件(28)的一部分壓力側(34)和一部分負壓側(36)上的前緣保護涂層(70)。
13.如權利要求12所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到沒有被所述前緣保護涂層(70)所覆蓋的一部分所述壓力側(34)和沒有被所述前緣保護涂層(70)所覆蓋的一部分所述負壓側(36)上的耐蝕涂層(52)。
14.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括沿所述翼面部(14)的后緣(32)設置在所述復合件(28)的一部分壓力側(34)和一部分負壓側(36)上的后緣保護涂層(72)。
15.如權利要求14所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于耐蝕涂層(52)設置在并粘結到沒有被所述后緣保護涂層(72)所覆蓋的一部分所述壓力側(34)和沒有被所述后緣保護涂層(72)所覆蓋的一部分所述負壓側(36)上。
16.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括沿所述翼面部(14)的葉尖部邊緣(18)設置在所述復合件(28)的一部分壓力側(34)和一部分負壓側(36)上的葉尖邊緣保護涂層(53)。
17.如權利要求16所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到沒有被所述葉尖邊緣保護涂層(53)所覆蓋的一部分所述壓力側(34)和沒有被所述葉尖邊緣保護涂層(53)所覆蓋的一部分所述負壓側(36)上的耐蝕涂層(52)。
18.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到所述復合件(28)的至少一部分壓力側(34)和至少一部分負壓側(36)上的耐蝕涂層(52)；和沿所述翼面部(14)的前緣(30)設置在一部分所述耐蝕涂層(52)上的前緣保護涂層(70)。
19.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到所述復合件(28)的至少一部分壓力側(34)和至少一部分負壓側(36)上的耐蝕涂層(52)；和沿所述翼面部(14)的后緣(32)設置在一部分所述耐蝕涂層(52)上的后緣保護涂層(72)。
20.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到所述復合件(28)的至少一部分壓力側(34)和至少一部分負壓側(36)上的耐蝕涂層(52)；和沿所述翼面部(14)的葉尖部邊緣(18)設置在一部分所述耐蝕涂層(52)上的葉尖邊緣保護涂層(53)。
21.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到所述復合件(28)的至少一部分壓力側(34)和至少一部分負壓側(36)上的耐蝕涂層(52)；和沿所述翼面部(14)的前緣(30)設置在一部分所述耐蝕涂層(52)上的前緣保護涂層(70)；沿所述翼面部(14)的葉尖部邊緣(18)設置在一部分所述耐蝕涂層(52)上的葉尖邊緣保護涂層(53)；和沿所述翼面部(14)的后緣(32)設置在一部分所述耐蝕涂層(52)上的后緣保護涂層(72)。
22.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到所述復合件(28)的至少一部分壓力側(34)和至少一部分負壓側(36)上的耐蝕涂層(52)；和沿所述翼面部(14)的前緣(30)設置在一部分所述耐蝕涂層(52)上的前緣保護涂層(70)；和沿所述翼面部(14)的葉尖部邊緣(18)設置在一部分所述耐蝕涂層(52)上的葉尖邊緣保護涂層(53)；
23.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到所述復合件(28)的壓力側(34)上的耐蝕涂層(52)。
24.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到所述復合件(28)的至少一部分壓力側(34)上的耐蝕涂層(52)；和沿所述翼面部(14)的前緣(30)設置在一部分所述耐蝕涂層(52)上和所述復合件(28)的一部分負壓側(36)上的前緣保護涂層(70)。
25.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到所述復合件(28)的至少一部分壓力側(34)上的耐蝕涂層(52)；和沿所述翼面部(14)的后緣(32)設置在一部分所述耐蝕涂層(52)上和所述復合件(28)的至少一部分負壓側(36)上的后緣保護涂層(72)。
26.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到所述復合件(28)的至少一部分壓力側(34)上的耐蝕涂層(52)；和沿所述翼面部(14)的葉尖部邊緣(18)設置在一部分所述耐蝕涂層(52)上和所述復合件(28)的至少一部分負壓側(36)上的后緣保護涂層(72)。
27.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到所述復合件(28)的至少一部分壓力側(34)上的耐蝕涂層(52)；和沿所述翼面部(14)的前緣(30)設置在一部分所述耐蝕涂層(52)上和所述復合件(28)的至少一部分負壓側(36)上的前緣保護涂層(70)；沿所述翼面部(14)的后緣(32)設置在沒有被所述前緣保護涂層(70)所覆蓋的一部分所述耐蝕涂層(52)上和所述復合件(28)的沒有被所述前緣保護涂層(70)所覆蓋的至少一部分負壓側(36)上的后緣保護涂層(72)；和沿所述翼面部(14)的葉尖邊緣(18)設置在沒有被所述前緣保護涂層(70)和所述后緣保護涂層(72)所覆蓋的一部分所述耐蝕涂層(52)上和所述復合件(28)的沒有被所述前緣保護涂層(70)和所述后緣保護涂層(72)所覆蓋的至少一部分負壓側(36)上的葉尖邊緣保護涂層(53)。
28.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到所述復合件(28)的至少一部分壓力側(34)上的耐蝕涂層(52)；和沿所述翼面部(14)的前緣(30)設置在一部分所述耐蝕涂層(52)上和所述復合件(28)的至少一部分負壓側(36)上的前緣保護涂層(70)；和沿所述翼面部(14)的后緣(32)設置在沒有被所述前緣保護涂層(70)所覆蓋的一部分所述耐蝕涂層(52)上和所述復合件(28)的沒有被所述前緣保護涂層(70)所覆蓋的至少一部分負壓側(36)上的后緣保護涂層(72)。
29.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述鑲嵌件(38)包括由肋(46)隔開的一第一鑲嵌件(138)和一第二鑲嵌件(238)。
30.如權利要求29所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述翼面部(14)具有壓力側(34)和負壓側(36)，其中所述凹槽(40)包括第一凹槽(140)和第二凹槽(240)，其中所述第一鑲嵌件(138)設置在所述第一凹槽(140)中，其中所述第二鑲嵌件(238)設置在所述第二凹槽(240)中。
31.如權利要求30所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述肋(46)設置在并粘結到所述第一鑲嵌件(138)和第二鑲嵌件(238)之間，其中所述肋(46)在所述第一凹槽(140)第一內部后緣(144)和所述第二凹槽(240)的第二內部前緣(242)之間延伸。
32.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述鑲嵌件(38)包括中空部分(95)。
33.如權利要求29所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述第一鑲嵌件(138)包括第一中空部分(195)，和所述第二鑲嵌件(238)包括第二中空部分(295)。
34.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述鑲嵌件(38)還包括設置在所述鑲嵌件(38)的壓力側(34)和鑲嵌件前緣(43)之間以便形成第一壓力側內角(100)的壓力側楔形前緣(81)，其中所述第一壓力側內角(100)一般在約20度到約179度范圍內，其中所述第一壓力側內角(100)是在所述壓力側鍥形前緣(81)和所述鑲嵌件(38)的所述壓力側(34)之間測量的；設置在所述鑲嵌件(38)的負壓側(36)和所述鑲嵌前緣(43)之間以便形成第一負壓側內角(102)的負壓側楔形前緣(91)，其中所述第一負壓側內角(102)一般在約20度到約179度范圍內，其中所述第一負壓側內角(102)是在所述負壓側鍥形前緣(91)和所述鑲嵌件(38)的所述負壓側(36)之間測量的；設置在所述鑲嵌件(38)的所述壓力側(34)和所述鑲嵌后緣(45)之間以便形成第二壓力側內角(104)的壓力側楔形后緣(82)，其中所述第二壓力側內角(104)一般在約20度到約179度范圍內，其中所述第二壓力側內角(104)是在所述壓力側鍥形后緣(82)和所述鑲嵌件(38)的所述壓力側(34)之間測量的；設置在所述鑲嵌件(38)的所述負壓側(36)和所述鑲嵌后緣(45)之間以便形成第二負壓側內角(106)的負壓側楔形后緣(92)，其中所述第二負壓側內角(106)一般在約20度到約179度范圍內，其中所述第二負壓側內角(106)是在所述負壓側鍥形后緣(92)和所述鑲嵌件(38)的所述負壓側(36)之間測量的；設置在所述鑲嵌件(38)的所述壓力側(34)和所述鑲嵌葉尖部邊緣(61)之間以便形成第三壓力側內角(108)的壓力側楔形葉尖部邊緣(83)，其中所述第三壓力側內角(108)一般在約20度到約179度范圍內，其中所述第三壓力側內角(108)是在所述壓力側鍥形葉尖部邊緣(83)和所述鑲嵌件(38)的所述壓力側(34)之間測量的；設置在所述鑲嵌件(38)的所述負壓側(36)和所述鑲嵌葉尖部邊緣(61)之間以便形成第三負壓側內角(110)的負壓側楔形葉尖部邊緣(93)，其中所述第三負壓側內角(110)一般在約20度到約179度范圍內，其中所述第三負壓側內角(110)是在所述負壓側鍥形葉尖部邊緣(93)和所述鑲嵌件(38)的所述負壓側(36)之間測量的；設置在所述鑲嵌件(38)的所述壓力側(34)和所述鑲嵌葉根部邊緣(63)之間以便形成第四壓力側內角(112)的壓力側楔形葉根部邊緣(84)，其中所述第四壓力側內角(112)一般在約20度到約179度范圍內，其中所述第四壓力側內角(112)是在所述壓力側鍥形葉根部邊緣(84)和所述鑲嵌件(38)的所述壓力側(34)之間測量的；設置在所述鑲嵌件(38)的所述負壓側(36)和所述鑲嵌葉根部邊緣(63)之間以便形成第四負壓側內角(114)的負壓側楔形葉根部邊緣(94)，其中所述第四負壓側內角(114)一般在約20度到約179度范圍內，其中所述第四負壓側內角(114)是在所述負壓側鍥形葉根部邊緣(94)和所述鑲嵌件(38)的所述負壓側(36)之間測量的。
35.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述第一質量密度在約1.4克/立方厘米到約2.0克/立方厘米范圍內。
36.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述第二質量密度在約0.01克/立方厘米到約0.9克/立方厘米范圍內。
37.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述復合件(28)具有第一體積且所述鑲嵌件(38)具有第二體積，其中所述第二體積的值為所述第一體積的至少約10％。
38.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述鑲嵌件(38)包括還包含填料顆粒的彈性體材料。
39加權利要求38所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于每個所述填料顆粒包括若干含氣孔穴。
40.如權利要求39所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于每個所述含氣孔穴的體積約為10-16立方毫米。
41.如權利要求38所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述彈性體材料的彈性模量在3500kPa到350000kPa范圍內。
42.如權利要求1所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述鑲嵌件(38)包括中空部分(95)，鑲嵌件材料選自由熱塑性材料、熱固性材料、金屬、蜂窩陶瓷、硅酮及其組合物構成的組。
43.如權利要求42所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于包括所述中空部分(95)的所述鑲嵌件(38)包括所述鑲嵌件(38)的注塑成型模型。
44.如權利要求42所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述鑲嵌件(38)包括內一些部肋。
45.如權利要求42所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于包括所述中空部分(95)的所述鑲嵌件(38)適于填充流體并被加壓。
46.一種多組件混合式渦輪葉片(10)，包括柄部(12)；和翼面部(14)，其包括具有第一質量密度和一凹槽(40)的復合件(28)和具有小于所述第一質量密度的第二質量密度的鑲嵌件(38)，其中所述鑲嵌件(38)設置在所述凹槽(40)中，并粘結到所述復合件(28)上；其中所述復合件(28)和所述鑲嵌件(38)一起限定翼面形狀，其中所述鑲嵌件(38)具有足以保持所述翼面形狀的剛性和尺寸穩定性，其中所述鑲嵌件(38)具有足以與所述凹槽(40)一致的可塑性和柔順性。
47.如權利要求46所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述纖維絲選自由石墨纖維、玻璃纖維、芳族聚酸胺纖維、碳纖維和硼纖維及其組合物所構成的組。
48.如權利要求46所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述基體粘結劑選自由環氧樹脂、雙馬來酰亞胺、聚酰胺、聚乙酰胺、聚醚醚酮、聚(芳基砜)、聚醚砜和cyante脂及它們的組合物所構成的組。
49.如權利要求46所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到所述復合件的至少一部分壓力側(34)和至少一部分負壓側(36)上的耐蝕涂層(52)。
50.如權利要求46所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括沿所述翼面部(14)的前緣(30)設置在所述復合件(28)的一部分壓力側(34)上和一部分負壓側(36)上的前緣保護涂層(70)。
51.如權利要求50所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到沒有被所述前緣保護涂層(70)所覆蓋的一部分所述壓力側(34)上和沒有被所述前緣保護涂層(70)所覆蓋的一部分所述負壓側(36)上的耐蝕涂層(52)。
52.如權利要求46所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括沿所述翼面部(14)的后緣(32)設置在所述復合件(28)的一部分壓力側(34)上和一部分負壓側(36)上的后緣保護涂層(72)。
53.如權利要求52所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于耐蝕涂層(52)設置在并粘結到沒有被所述后緣保護涂層(72)所覆蓋的一部分所述壓力側(34)上和沒有被所述后緣保護涂層(72)所覆蓋的一部分所述負壓側(36)上。
54.如權利要求46所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括沿所述翼面部(14)的葉尖部邊緣(18)設置在所述復合件(28)的一部分壓力側(34)上和一部分負壓側(36)上的葉尖邊緣保護涂層(53)。
55.如權利要求54所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到沒有被所述葉尖邊緣保護涂層(53)所覆蓋的一部分所述壓力側(34)上和沒有被所述葉尖邊緣保護涂層(53)所覆蓋的一部分所述負壓側(36)上的耐蝕涂層(52)。
56.如權利要求46所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于還包括設置在并粘結到所述復合件(28)的壓力側(34)上的耐蝕涂層(52)。
57.如權利要求46所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述鑲嵌件(38)包括由肋(46)隔開的第一鑲嵌件(138)和第二鑲嵌件(238)。
58.如權利要求46所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述鑲嵌件(38)包括中空部分(95)。
59.如權利要求46所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述第一質量密度在約1.4克/立方厘米到約2.0克/立方厘米范圍內。
60.如權利要求46所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述第二質量密度在約0.01克/立方厘米到約0.9克/立方厘米范圍內。
61.如權利要求46所述的混合式渦輪葉片(10)，其特征在于所述鑲嵌件(38)包括中空部分(95)，鑲嵌件材料選自由熱塑性材料、熱固性材料、金屬、蜂窩陶瓷、硅酮及其組合物構成的組。
62.一種制造多組件混合式渦輪葉片(10)的方法，包括層壓多個復合材料層(200)以形成復合件(28)的一部分，所述復合件(28)的所述部分包括一凹槽(40)；將鑲嵌件(38)配置在所述凹槽(40)；層壓各附加復合材料層(200)，以便得到復合件(28)的最終希望厚度，同時覆蓋所述鑲嵌件(38)以形成所述復合件(28)的完整模型；和固化并粘結所述復合件(28)的所述完整模型。
63.如權利要求62所述的方法，其特征在于所述固化并粘結所述復合件(28)的所述完整模型包括利用高壓釜技術。
64.如權利要求62所述的方法，其特征在于所述固化并粘結所述復合件(28)的所述完整模型包括利用壓制成形技術。
65.如權利要求62所述的方法，其特征在于所述固化并粘結所述復合件(28)的所述完整模型包括利用樹脂模塑技術。
66.如權利要求62所述的方法，其特征在于還包括在將所述鑲嵌件(38)配置在所述凹槽(40)之前預制所述鑲嵌件(38)的步驟。
67.如權利要求62所述的方法，其特征在于將所述鑲嵌件(38)配置在所述凹槽(40)中的步驟還包括在將所述鑲嵌件(38)配置在所述凹槽(40)之前用至少一層所述復合材料層(200)包裹所述鑲嵌件(38)。
68.如權利要求62所述的方法，其特征在于將所述鑲嵌件(38)配置在所述凹槽(40)中的步驟還包括在將所述鑲嵌件(38)配置在所述凹槽(40)之前將一層粘結劑施加在所述鑲嵌件(38)上。
69.如權利要求62所述的方法，其特征在于所述復合件結構(28)的所述完整模型滿足所述混合式渦輪葉片(10)的所有承受機械負荷的要求，因此不必通過鑲嵌件(38)傳遞負載。
70.如權利要求62所述的方法，其特征在于所述復合件(28)的所述部分還包括一第一凹槽(140)和一第二凹槽(240)；其中所述鑲嵌件(38)還包括一第一鑲嵌件(138)和一第二鑲嵌件(238)；其中將所述鑲嵌件(38)配置在所述凹槽(40)中的步驟還包括將所述第一鑲嵌件(138)配置在所述第一凹槽(140)中，和將所述第二鑲嵌件(238)配置在所述第二凹槽(240)中，其中層壓各附加復合材料層(200)以便得到復合件(28)的最終希望厚度同時覆蓋所述鑲嵌件(38)的步驟還包括層壓各附加復合材料層(200)以便得到復合件(28)的最終希望厚度，同時覆蓋所述第一鑲嵌件(138)和第二鑲嵌件(238)。
71.如權利要求62所述的方法，其特征在于還包括將耐蝕涂層(52)設置在并粘結到所述復合件(28)的至少一部分壓力側(34)和至少一部分負壓側(36)上。
72.如權利要求62所述的方法，其特征在于還包括將前緣保護涂層(70)沿所述翼面部(14)的前緣(30)設置在所述復合件(28)的一部分壓力側(34)和一部分負壓側(36)上。
73.如權利要求62所述的方法，其特征在于還包括將后緣保護涂層(72)沿所述翼面部(14)的后緣(32)設置在所述復合件(28)的一部分壓力側(34)和一部分負壓側(36)上。
74.如權利要求62所述的方法，其特征在于還包括將葉尖邊緣保護涂層(53)沿所述翼面部(14)的葉尖部邊緣(18)設置在所述復合件(28)的一部分壓力側(34)和一部分負壓側(36)上。
75.如權利要求62所述的方法，其特征在于所述鑲嵌件(38)包括中空部分(95)，所述中空部分(95)適于盛裝壓力流體，所述方法還包括向所述中空部分(95)加入流體；對所述中空部分(95)加壓；得到所述鑲嵌件(38)的所希望的形狀；和從中空部分(95)排出所述流體。
76.如權利要求75所述的方法，其特征在于在固化和粘結所述復合件(28)的所述完整模型之后，所述流體從所述中空部分(95)排出。
全文摘要
一種多組件混合式渦輪葉片包括柄部和翼面部。翼面部包括具有第一密度的復合件。復合件包括凹槽和鑲嵌件。鑲嵌件具有小于第一質量密度的第二質量密度。鑲嵌件配置在凹槽中，并粘結在復合件上。復合件和鑲嵌件一起構成翼面形狀。一種制造方法包括層壓各復合材料層以形成復合件的一部分。該部分復合件包括凹槽。將鑲嵌件配置在凹槽中。層壓各附加復合材料層以得到最終希望厚度的復合件，以及覆蓋鑲嵌件。
文檔編號F01D5/14GK1538037SQ0312436
公開日2004年10月20日 申請日期2003年4月19日 優先權日2003年4月19日
發明者S·R·芬, J·C·施林, W·W－L·林, M·丁達, R·P·泰勒, 林, S R 芬, 施林, 泰勒 申請人:通用電氣公司