专利名称：多组件混合式涡轮叶片的制作方法
背景技术：
本发明通常涉及燃气轮机和蒸汽轮机，尤其涉及由几个由不同材料制成的零件所构成的涡轮叶片。
蒸汽轮机包括但不限于蒸汽轮机发电设备和船用蒸汽轮机推进设备。燃气轮机包括但不限于燃气轮机发电设备和燃气轮机飞机发动机。典型的蒸汽轮机一般包括高压涡轮部分、低压涡轮部分，或者两者的结合，蒸汽流使它们转动。典型的燃气轮机包括一般包括中心发动机，具有高压压气机、燃烧室和高压涡轮，高压压气机将空气流压进中心发动机，燃料和压缩空气的混合物在燃烧室中燃烧以产生推进气流，推进气流转动高压涡轮，高压涡轮由较大直径轴连接以驱动高压压气机。典型的前风扇燃气轮机飞机发动机增加了一个低压涡轮(位于高压涡轮的柄部)，该低压涡轮由同轴的较小直径轴连接，以便驱动前风扇(位于高压压气机的前面)和驱动任选的低压压气机(位于前风扇和高压压气机之间)。低压压气机有时称为助推压气机或简称为助推器。
在典型的燃气轮机中，风扇、高压及低压压气机和涡轮机一般具有燃气轮机叶片，所述每个叶片包括与安装到柄部的翼面部。在典型的蒸汽轮机中，高压及低压涡轮机部件具有蒸汽轮机叶片，所述每个叶片包括与安装到柄部的翼面部。分别安装到旋转燃气轮机或蒸汽轮机转子盘上的气或蒸汽轮机叶片是转子叶片。分别安装到非旋转燃气轮机或蒸汽轮机定子壳体上的燃气轮机或蒸汽轮机叶片是定子叶片。一般，径向向外延伸的转子叶片和径向向内延伸的定子叶片是沿圆周交错排列。当用于燃气轮机结构时，第一列和/或最后一列定子叶片(也叫作入口和出口导向叶片)的径向内端也安装到非旋转燃气轮机定子壳体上。反向旋转的“定子”叶片在燃气轮机设计中也是公知的。传统的气或蒸汽轮机叶片设计一般具有完全由诸如钛之类的金属或者完全由复合材料制成的翼面部。全金属叶片，包括昂贵的宽弦中空叶片都具有较重的重量，导致了较低的燃料性能，并要求更牢固的叶片安装。
在燃气轮机飞机的应用中，没有金属前缘的更轻的全复合材料叶片更容易受到鸟群吸入事件的损坏。已知的混合式叶片包括复合叶片，出于腐蚀和撞鸟群的原因，其前缘受到金属保护(叶片的其余部分用非金属涂层覆盖)。燃气轮机风扇叶片一般是气轮飞机发动机中最大的(因此是最重的)叶片，前风扇叶片最先受到鸟群的撞击。在已经投入应用的复合叶片中，重量是主要考虑的因素。可是，希望减少在叶片损坏过程中除高运行速度外的间接损坏导致希望进一步减轻这些叶片的重量。
因此，需要一种改进的涡轮机叶片，特别是一种燃气轮机叶片，尤其是燃气轮机风扇叶片，它的重量比传统的无论是复合式还是混合式叶片更轻。还需要一种蒸汽轮机叶片，它比传统的无论是复合式还是混合式叶片更轻。
发明概述本发明在一实施例中提供了一种多组件混合式涡轮叶片，该叶片包括柄部和翼面部。该翼面部包括具有第一密度的复合件。该复合件包括凹槽和镶嵌件。该镶嵌件具有小于第一质量密度的第二质量密度。该镶嵌件配置在该凹槽中，并粘结在该复合件上。该复合件和该镶嵌件一起限定翼面形状。
在另一实施例中提供了一种制造方法，该方法包括预制镶嵌件，层压各复合材料层以形成复合件的一部分，其中该部分复合件包括一个凹槽，随后将该镶嵌件配置在该凹槽中，在覆盖镶嵌件的同时，接着层压各附加复合材料层，以得到最终希望厚度的复合件。
当参照附图阅读下面的详细说明时，本发明的这些和其它特征、内容和优点将变得更容易理解，附图中相似的附图标记表示相似的零件。
图1是本发明的混合式涡轮叶片的一个实施例的压力侧的纵剖面简图。
图2是沿图1中线2-2截取的图1的混合式涡轮叶片的一个实施例的翼面部的横截面简图。
图3是沿图4中线3-3截取的图4的混合式涡轮叶片的一个实施例的翼面部的横截面简图。
图4是本发明的混合式涡轮叶片的另一个实施例的压力侧的纵剖面简图。
图5是本发明的混合式涡轮叶片的另一个实施例的压力侧的纵剖面简图。
图6是本发明的混合式涡轮叶片的一个可替换实施例的压力侧的纵剖面简图。
图7提供了本发明一实施例的镶嵌件的压力侧的前视图简图，前缘的侧视图简图，后缘的侧视图简图，顶视图简图和底视图简图。
图8是是沿图1中线2-2截取的图1的混合式涡轮叶片的一个实施例的翼面部的横截面简图。
图9是是沿图1中线2-2截取的图1的混合式涡轮叶片的一个实施例的翼面部的横截面简图。
详细说明按照本发明的一个实施例，多组件混合式涡轮叶片10包括如图1-6所示的柄部12和翼面部14。翼面部14具有一设计工作温度，并具有连接到柄部12的叶根部16，叶尖部18，及向外向叶片翼销18延伸并向内向叶根部16延伸的径向轴20。这里所用到的“径向轴”指的是参照轴，而不是混合式涡轮叶片10的有形结构。在燃气轮机中，应用的设计工作温度是在燃气轮机(未示出)的正常运行期间翼面部14预期经受的最高温度。典型的燃气轮机和蒸汽轮机的设计工作温度的例子是，在没有限制的情况下，通常在18摄氏度和几百摄氏度之间。图1中介质方向箭头26通常指示介质方向。在燃气轮机应用中介质一般包括空气，在蒸汽轮机应用中介质一般包括饱和蒸汽或过热蒸汽。
在混合式涡轮叶片10应用于燃气轮机中时，柄部12一般包括燕尾榫22和叶片平台，燕尾榫用于将混合式涡轮叶片10安装到转子盘(未示出)上，叶片平台有助于径向容纳气流。翼面部14具有前缘30和后缘32，其中介质流的方向通常是从该前缘30流到后缘32。翼面部14还具有如图2所示的压力侧34和负压侧36，其中从前缘30横穿负压侧36到后缘32的距离一般大于从前缘30横穿压力侧34到后缘32的距离。在燃气轮机压气机应用中，混合式涡轮叶片10一般在这样一个方向转动，使得压力侧34在负压侧36之前通过一参照点。在蒸汽轮机应用中，混合式涡轮叶片10一般在这样一个方向转动，使得负压侧36在压力侧34之前通过同一参照点。
翼面部14还包括如图2和3所示的复合件28。在这里所使用的“复合件”定义为包括复合材料的零件。名词“复合材料”是指具有埋入任何(金属或非金属)基体粘结剂中的任何(金属或非金属)纤维丝的材料。在本发明的一个实施例中，复合件28是不连续的复合叠层的状态。复合材料包括埋入粘结剂中的纤维丝。在一示范的实施例中，复合材料包括埋在环氧(即，环氧树脂)基体粘结剂中的石墨纤维丝。复合材料中纤维丝的其它选择包括但不限于玻璃纤维、芳族聚酸胺纤维、碳纤维和硼纤维及其它们的组合物。基体树脂的其它选择包括但不限于双马来酰亚胺、聚酰胺、聚乙酰胺、聚醚醚酮、聚(芳基砜类)、聚醚砜和氰酸酯(cyanteester)及其组合物。在一实施例中，基体粘结剂包括韧化材料，如橡胶颗粒。复合件28具有第一质量密度，并通常在径向从叶根部16向叶尖部18延伸。复合件28的第一质量密度一般在每立方厘米1.4克到每立方厘米2.0克的范围内。复合件28沿整个前缘30和整个后缘32在叶片平台24和叶尖部18之间按翼展方向延伸。复合件28在前后缘30和32之间按翼弦方向延伸。在一示范的结构中，复合件28除了包含(意味着至少一个)镶嵌件38外没有各表面通孔和各凹槽，并且没有内部空腔。复合件28具有(意味着至少一个)凹槽40，且凹槽40包括内部前缘42、内部后缘44、内部叶尖部边缘60和内部叶根部边缘62。
翼面部14附加地包括(意味着至少一个)镶嵌件38(见图1-6)。在燃气轮机应用中，镶嵌件38位于混合式涡轮叶片10，使得无论是撞鸟群阻力还是混合式涡轮叶片10的频率响应都不会减小。镶嵌件38结合在混合式涡轮叶片10的标准敷层和硬化工艺中，除了制造镶嵌件38本身所需要的切削加工外不需要特别的切削加工。在本发明的一个实施例中，镶嵌件38包括第一镶嵌件138和与其不发生物理上的接触的第二镶嵌件238。在本发明的一个实施例中，“镶嵌件”38具有低于复合件28的第一质量密度的第二质量密度。在本发明的一个实施例中，镶嵌件38包括弹性体材料。在另一个实施例中，镶嵌件38包括一个热塑性弹性体基体和轻质填料颗粒。轻质填料颗粒通常是相同的尺寸，其中轻质填料颗粒包括若干含气孔穴。每个轻质填料颗粒中的每个孔穴的体积通常为约10-16立方毫米。这里所使用的术语“轻质”是指材料的密度通常在约0.001grams/cm3到约1.2grams/cm3的范围内。在本发明的一个实施例中，轻质填料颗粒包括聚合物颗粒，其中每个聚合物颗粒一般包括含气孔穴，且每个聚合物颗粒具有小室结构(无论尺寸、形状、均匀性或含量)。这些轻质填料颗粒通常均匀地分散遍布在镶嵌件38中的基体弹性体上。在一实施例中，通过在硬化前将轻质填料颗粒搀入基体弹性体中制得镶嵌件38中的轻质弹性体材料。镶嵌件38中的弹性体材料的最终密度低于纤维强化复合件28的密度。
在本发明的另一实施例中，镶嵌件38包括如图6所示的中空部分95。镶嵌件38一般由热塑性材料或者热固性材料制成。构成包括中空部分95的镶嵌件38的其它材料选择自，但不限于，热塑性材料和热固性材料、金属、蜂窝陶瓷或硅酮及其组合物。在本发明的一些实施例中，包括中空部分95的镶嵌件38通过注塑成形工艺制成，以产生镶嵌件38的注塑成形模型。在本发明的一些实施例中，包括中空部分95的镶嵌件38还包括内部肋板以增强镶嵌件38的整体撞击刚性和强度。技术人员可以选择镶嵌件38中内部肋板的数量和方向。
在本发明的另一实施例中，镶嵌件38制成具有中空部分95，其中镶嵌件38还包括一个孔(未示出)和一个内管(未示出)。内管将孔和中空部分95相连，可以使流体被加入、加压或被从镶嵌件38的中空部分95除去。在该实施例中，镶嵌件38包括中空部分95，且镶嵌件38的中空部分95能被填充和加压，一般使用的镶嵌件材料是可变形的薄膜材料。在一可替换的实施例中，可变形的薄膜材料具有内加强件，而在本发明的另一实施例中，可变形的薄膜材料具有外加强件。镶嵌件38中内部肋或外部肋的数量和取向由技术人员确定。在采用了包括中空部分95、孔和内管的镶嵌件38的多组件混合式涡轮叶片10的制造实施例中，复合件28还包括一端连接到镶嵌件38的孔而另一端连接到复合件28的外表面的流体通道。在该实施例中，在一部分复合层被敷层后，镶嵌件38置于凹槽40中。镶嵌件38的中空部分被注入流体并加压，使得镶嵌件38成为所希望的形状。附加复合层覆盖在镶嵌件38上，以产生复合件28的完整模型，同时保持流体排放通道。在另一实施例中，镶嵌件38的中空部分95被填充流体并加压，使得在附加复合层覆盖在镶嵌件38上从而产生复合件28的完整模型后，镶嵌件38成为所希望的形状。一般地，在复合件28的完整模型粘接和固化后，流体通过排放通道从镶嵌件38的中空部分95排出。
在本发明的一个实施例中，本发明所产生的镶嵌件38的最终第二质量密度通常在0.01grams/cm3到约0.9grams/cm3的范围内。在本发明的另一实施例中，包括中空部分95的镶嵌件38的密度通常在0.01grams/cm3到约0.9grams/cm3的范围内，其中在混合式涡轮叶片的制造完成后，中空部分95已经排完流体。镶嵌件38的第二质量密度低于复合件28的第一质量密度。镶嵌件38还包括镶嵌前缘43、镶嵌后缘45、镶嵌叶尖部边缘61和镶嵌叶根部边缘63。
镶嵌件38中的弹性体材料的高拉伸能力和低弹性模量使得机械负荷可以有效地围绕镶嵌件38而不是穿过镶嵌件38传送。在一实施例中，镶嵌件38中的弹性体材料具有至少约20％的拉伸性能，且弹性模量在从约3500kPa至350000kPa的范围内。可以选择的镶嵌件材料的弹性模量和拉伸性能是，使得镶嵌件材料在其加工过程中具有低变形，且其强度经得起制造过程中的破裂。此外可以选择的镶嵌件材料是，使得镶嵌件材料能经受低周期和高周期疲劳。低周期疲劳一般代表约30000启动和停止周期，而高周期疲劳一般表示大于1,000,000转动周期。
在本发明的一个实施例中，镶嵌件38是如此形成的，以致于其具有足够的刚性和尺寸稳定性，从而在复合件28的制造过程中保持翼面形状。在本发明的一个实施例中，镶嵌件38如此形成，以便保持足够的帖合性和柔顺性，从而使镶嵌件38与凹槽40一致。技术人员可以选择镶嵌件38的数量和位置。
镶嵌件38被粘接到复合件28上。通过镶嵌件材料和复合件材料之间的粘合来实现上述粘接。其它粘接的例子包括但不限于高压釜循环硬化、粘结剂粘接、熔融粘接(粘结膜或膏)。镶嵌件38具有第二体积，并且在一可替换的实施例中，该第二体积通常至少等于复合件28的第一体积的10％。复合件28和镶嵌件38(在一实施例中其包括两个或多个镶嵌件，如图3、4和5所示第一镶嵌件138、第二镶嵌件238和第三镶嵌件338)通常一起构成翼面形状。
复合件28包括如本发明的一个实施例的图1和2所示的凹槽40，其中凹槽40的主轴80平行于径向轴20。凹槽40具有内部前缘42、内部后缘44、内部叶尖部边缘60和内部叶根部边缘62。镶嵌件38配置在凹槽40中，致使镶嵌前缘43置于内部前缘42上、镶嵌后缘45置于内部后缘44上、镶嵌叶尖部边缘61置于内部叶尖部边缘60上，而镶嵌叶根部边缘63置于内部叶根部边缘62上。
在一示范实施例中，如图3和4所示的复合件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的第一凹槽的主轴180、第二凹槽的主轴280和第三凹槽的主轴380分别平行于径向轴20。凹槽140、240和340的主轴180、280和380分别沿着翼面部14的宽度从叶片平台24指向叶尖部18。在本发明的一个实施例中，使用了镶嵌件138、238和338，并且它们分别位于每个相应的第一、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分别具有第一内部前缘142、第二内部前缘242和第三内部前缘342；第一内部后缘144、第二内部后缘244和第三内部后缘344；第一内部叶尖部边缘160、第二内部叶尖部边缘260和第三内部叶尖部边缘360；以及第一内部叶根部边缘162、第二内部叶根部边缘262和第三内部叶根部边缘362。第一镶嵌件138、第二镶嵌件238和第三镶嵌件338分别具有第一镶嵌前缘143、第二镶嵌前缘243和第三镶嵌前缘343；第一镶嵌后缘145、第二镶嵌后缘245和第三镶嵌后缘345；第一镶嵌叶尖部边缘161、第二镶嵌叶尖部边缘261和第三镶嵌叶尖部边缘361；以及第一镶嵌叶根部边缘163、第二镶嵌叶根部边缘263和第三镶嵌叶根部边缘363。镶嵌件138、238和338分别配置在凹槽140、240和340中，致使第一镶嵌前缘143、第二镶嵌前缘243和第三镶嵌前缘343分别置于第一内部前缘142、第二内部前缘242和第三内部前缘342上；第一镶嵌后缘145、第二镶嵌后缘245和第三镶嵌后缘345分别置于第一内部后缘144、第二内部后缘244和第三内部后缘344上；第一镶嵌叶尖部边缘161、第二镶嵌叶尖部边缘261和第三镶嵌叶尖部边缘361分别置于第一内部叶尖部边缘160、第二内部叶尖部边缘260和第三内部叶尖部边缘360上；以及第一镶嵌叶根部边缘163、第二镶嵌叶根部边缘263和第三镶嵌叶根部边缘363分别置于第一内部叶根部边缘162、第二内部叶根部边缘262和第三内部叶根部边缘362上。
在本发明的一个实施例中，当使用第一镶嵌件138和第二镶嵌件238(换句话说，至少两个镶嵌件)时，复合件28包括翼肋46，通常该肋由与复合件28相同的复合材料构成。肋46设置在第一和第二镶嵌件138和238之间，并粘接到它们上。肋46在第一内部后缘144和第二内部前缘242之间延伸，如图4所示。所希望的第一镶嵌件138和第二镶嵌件238的位置更靠近叶根部16而不是叶尖部18。当利用第三镶嵌件338时，所采用的附加肋(如图3和4所示的附加肋48)在翼面部14的第二内部后缘244和第三内部前缘342之间延伸。本发明的另外的实施例使用了额外数量的镶嵌件和附加肋，以保持混合式涡轮叶片10的强度。附加肋提供改善的刚性，并用来限制裂纹的生长和剥落。附加肋还通常包括与复合件28和肋46相同的复合材料。这些肋的取向由技术人员确定。在本发明的另一个实施例中，第一镶嵌件138包括第一镶嵌中空部分195，第二镶嵌件238包括第二镶嵌中空部分295。在本发明的另一个实施例中，第一镶嵌件138包括第一镶嵌中空部分195，第二镶嵌件238包括第二镶嵌中空部分295，第三镶嵌件338包括第三镶嵌中空部分395。包括第一镶嵌中空部分195的第一镶嵌件138、包括第二镶嵌中空部分295的第二镶嵌件238和包括第三镶嵌中空部分395的第三镶嵌件338的结构与上述包括中空部分95的镶嵌件38相似。
在一替换的实施例中，如图5所示的复合件28包括第一凹槽140、第二凹槽240和第三凹槽340。每个凹槽140、240和340的第一凹槽主轴180、第二凹槽主轴280和第三凹槽主轴380分别垂直于径向轴20(即，凹槽140、240和340的主轴180、280和380分别沿翼面部14的翼弦从前缘30指向后缘32)。第一凹槽140、第二凹槽240和第三凹槽340与图3和4描述的那些零件相似。第一镶嵌件138、第二镶嵌件238和第三镶嵌件338的取向与图3和4所描述的那些零件相似。当使用多于一个图5的镶嵌件38时，复合件28一般包括肋46，其具有与复合件28相同的复合材料。肋46设置在第一镶嵌件138和第二镶嵌件238之间，并粘接到它们上，其中肋46在第一内部叶根部边缘162和第二内部叶尖部边缘260之间延伸。在本发明使用了第三镶嵌件338的另一个实施例中，所采用的附加肋(如附加肋48)在翼面部14的第二内部叶根部边缘262和第三内部叶尖部边缘360之间延伸。如上所述，本发明的另外的实施例使用了额外数量的镶嵌件和附加肋，以保持混合式涡轮叶片10的强度。利用附加肋来改善刚性，并用作裂纹/分层阻止器。这些肋的取向由技术人员确定。
在本发明的一个实施例中，单一镶嵌件38与复合件28对接，如图1和6所示。在更具体的实施例中，如图7所示，压力侧锲形前缘81设置在镶嵌件38的压力侧34和镶嵌前缘43之间，以便形成第一压力侧内角100，其中第一压力侧内角100一般在约20度到约179度范围内。在压力侧锲形前缘81和镶嵌件38的压力侧34之间测量第一压力侧内角100。负压侧锲形前缘91设置在镶嵌件38的负压侧36和镶嵌前缘43之间，以便形成第一负压侧内角102，其中第一负压侧内角102一般在约20度到约179度范围内。在负压侧锲形前缘91和镶嵌件38的负压侧36之间测量第一压力侧内角102。压力侧锲形后缘82设置在镶嵌件38的压力侧34和镶嵌后缘45之间，以便形成第二压力侧内角104，其中第二压力侧内角104一般在约20度到约179度范围内。在压力侧锲形后缘82和镶嵌件38的压力侧34之间测量第二压力侧内角104。负压侧锲形后缘92设置在镶嵌件38的负压侧36和镶嵌后缘45之间，以便形成第二负压侧内角106，其中第二负压侧内角106一般在约20度到约179度范围内。在负压侧锲形后缘92和镶嵌件38的负压侧36之间测量第二负压侧内角106。压力侧锲形叶尖部边缘83设置在镶嵌件38的压力侧34和镶嵌叶尖部边缘61之间，以便形成第三压力侧内角108；其中第三压力侧内角108一般在约20度到约179度范围内。在压力侧锲形叶尖部边缘83和镶嵌件38的压力侧34之间测量第三压力侧内角108。负压侧锲形叶尖部边缘93设置在镶嵌件38的负压侧36和镶嵌叶尖部边缘61之间，以便形成第三负压侧内角110；其中第三负压侧内角110一般在约20度到约179度范围内。在负压侧锲形叶尖部边缘93和镶嵌件38的负压侧36之间测量第三负压侧内角110。压力侧锲形叶根部边缘84设置在镶嵌件38的压力侧34和镶嵌叶根部边缘63之间，以便形成第四压力侧内角112，其中第四压力侧内角112一般在约20度到约179度范围内。在压力侧锲形叶根部边缘84和镶嵌件38的压力侧34之间测量第四压力侧内角112。负压侧锲形叶根部边缘94设置在镶嵌件38的负压侧36和镶嵌叶根部边缘63之间，以便形成第四负压侧内角114，其中第四负压侧内角114一般在约20度到约179度范围内。在负压侧锲形叶根部边缘94和镶嵌件38的负压侧36之间测量第四负压侧内角114。
在本发明的实施例中，至少两个镶嵌件(图4和5中示为第一镶嵌件138、第二镶嵌件238和第三镶嵌件338)与复合件28面连接，且镶嵌件138、238和338包括上述镶嵌件的和如图7所示的相同的内角结构。
在本发明的一些实施例中，图2和6的翼面部14包括耐蚀涂层52，如图1-3、5-6和8-9所示。在本发明的一个实施例中，图2的耐蚀涂层52施加在压力侧34的至少一部分上，并施加在负压侧36的至少一部分上。在本发明的另一个实施例中，图2的耐蚀涂层52施加在并粘接到压力侧34的至少一部分上，且耐蚀涂层52施加在并粘接到负压侧36的至少一部分上。在一实施例中，由于聚氨酯耐蚀性比复合件28大，选择聚氨酯作为图6的耐蚀涂层52的材料。
在本发明的另一个实施例中，前缘保护涂层70施加在前缘30、至少一部分压力侧和至少一部分负压侧上。在一示范实施例中，由于钛的耐蚀性能比复合件28高，选择钛作为前缘保护涂层70的材料。当钛用来作为前缘保护涂层70时，钛提供了高的强度/重量比。当利用钛作为前缘保护涂层70时，就飞机发动机风扇叶片常见的外部物体吸入或撞鸟群事件而言，钛还提供了比复合件28增加的坚固性。在本发明的另一个实施例中，后缘保护涂层72施加在后缘32、至少一部分压力侧34和至少一部分负压侧36上。在本发明一示范的实施例中，图5的叶尖边缘保护涂层53施加在图2的叶尖部边缘18、至少一部分压力侧34和至少一部分负压侧(图5中未示出)上。在本发明的另一个实施例中，钛用作图5的保护叶尖部涂层53材料。在本发明的另一个实施例中，如上述一样设置图2的前缘保护涂层70和后缘保护涂层72。在本发明一示范实施例中，钛用作图6的后缘保护涂层72的材料。在本发明的另一个实施例中，如上述一样设置前缘保护涂层70、后缘保护涂层72和图5的叶尖边缘保护涂层53。在本发明的另一实施例中，图2的耐蚀涂层52施加在并粘接到至少一部分压力侧34和至少一部分负压侧36上，所述至少一部分压力侧34和负压侧36均没有被前缘保护涂层70、后缘保护涂层72和叶尖边缘保护涂层53所覆盖，同时如上述一样设置前缘保护涂层70、后缘保护涂层72和图5的叶尖边缘保护涂层53。
在本发明的另一实施例中，图3的耐蚀涂层52施加在并粘接到至少一部分压力侧34和至少一部分负压侧36上，前缘保护涂层70沿前缘30施加在至少一部分耐蚀涂层52上。在本发明的另一个实施例中，耐蚀涂层52施加在并粘接到至少一部分压力侧34和至少一部分负压侧36上，后缘保护涂层72沿后缘32施加在至少一部分耐蚀涂层52上。在本发明的另一个实施例中，耐蚀涂层52施加在并粘接到至少一部分压力侧34和至少一部分负压侧36上，图5的叶尖边缘保护涂层72沿叶尖部边缘18施加在图3的至少一部分耐蚀涂层52上。在本发明的另一个实施例中，耐蚀涂层52施加在并粘接到至少一部分压力侧34和至少一部分负压侧36上，前缘保护涂层70沿前缘30施加在至少一部分耐蚀涂层52上，后缘保护涂层72沿后缘32施加在至少一部分耐蚀涂层52上，且图5的叶尖边缘保护涂层53沿叶尖部边缘18施加在图3的至少一部分耐蚀涂层52上。
在本发明的另一实施例中，图8的耐蚀涂层52施加在并粘接到至少一部分压力侧34上。在本发明的另一个实施例中，耐蚀涂层52施加在并粘接到至少一部分压力侧34上，前缘保护涂层70沿前缘30施加在至少一部分耐蚀涂层52和至少一部分负压侧36上。在本发明的另一个实施例中，耐蚀涂层52施加在并粘接到至少一部分压力侧34上，后缘保护涂层72沿后缘32施加在至少一部分耐蚀涂层52和至少一部分负压侧36上。在本发明的另一实施例中，耐蚀涂层52施加并粘接到至少一部分压力侧34上，图5的叶尖边缘保护涂层53沿叶尖部边缘18施加在图8的至少一部分耐蚀涂层52和至少一部分负压侧36上。在本发明的另一个实施例中，耐蚀涂层52施加在并粘接到至少一部分压力侧34上，前缘保护涂层70沿前缘30施加在至少一部分耐蚀涂层52和至少一部分负压侧36上，后缘保护涂层72沿后缘32施加在至少一部分耐蚀涂层52和没有被前缘保护涂层70所覆盖的至少一部分负压侧上。在本发明的另一个实施例中，耐蚀涂层52施加在并粘接到至少一部分压力侧34上，前缘保护涂层70沿前缘30施加在至少一部分耐蚀涂层52和至少一部分负压侧36上，后缘保护涂层72沿后缘32施加在没有被前缘保护涂层70所覆盖的至少一部分耐蚀涂层52和没有被前缘保护涂层70所覆盖的至少一部分负压侧36上，图5的叶尖边缘保护涂层53沿叶尖部边缘18设置在图8的没有被前缘保护涂层70和后缘保护涂层72所覆盖的至少一部分耐蚀涂层52和没有被前缘保护涂层70和后缘保护涂层72所覆盖的至少一部分负压侧36上。
在本发明的另一实施例中，图9的前缘保护涂层70如上述一样设置在一部分压力侧34和一部分负压侧36上。耐蚀涂层52覆盖在没有被前缘保护涂层70所覆盖的一部分压力侧34上，且耐蚀涂层52覆盖在没有被前缘保护涂层70所覆盖的一部分负压侧36上。在本发明的另一个实施例中，前缘保护涂层70和后缘保护涂层72如上述一样设置在一部分压力侧34和一部分负压侧36上。耐蚀涂层52覆盖在没有被前缘保护涂层70和后缘保护涂层72所覆盖的一部分压力侧34上，且耐蚀涂层52覆盖在没有被前缘保护涂层70和后缘保护涂层72所覆盖的一部分负压侧36上。在本发明的另一个实施例中，前缘保护涂层70、后缘保护涂层72和图5的叶尖边缘保护涂层53如上述一样设置在图9的一部分压力侧34和一部分负压侧36上。耐蚀涂层52覆盖在没有被前缘保护涂层70、后缘保护涂层72和图5的叶尖边缘保护涂层53所覆盖的一部分压力侧34上，且图9的耐蚀涂层52覆盖在没有被前缘保护涂层70、后缘保护涂层72和图5的叶尖边缘保护涂层53所覆盖的一部分负压侧36上。
柄部12一般是适于粘接或加接到翼面部的组合柄部。而且，金属柄部(适于粘接或加接到组合翼面部)可以用于特殊的叶片设计。柄部12的燕尾榫22能在高压(凹)面进行部分地组合(未示出)。另一方面，燕尾榫22可以具有金属楔形装置(仍未示出)，以便可靠地锁位连接镶嵌件，并提供金属燕尾剪切表面。
在本发明的燃气轮机应用中，鸟群撞击区域主要是沿混合式涡轮叶片10的前缘30的压力侧34的区域。在本发明的一个实施例中，复合件28、镶嵌件38和前缘保护涂层70的受作用区域提供了弯曲和裂纹阻力。在本发明的一个实施例中，混合式涡轮叶片10与类似结构的非混合式涡轮叶片相比减轻了质量，在设定的叶片转速下，该减轻的质量通常具有降低作用在封闭结构和柄部叶片(未示出)上的使叶片断裂的撞击力的作用。
在本发明的另一个燃气轮机应用中，镶嵌件38在低于复合材料的熔点的温度下可以从复合件28上以机械或热方式卸除。这使得如果翼面部14由于撞鸟群或吸入外部物体而损坏时，可以容易地修理翼面部14。如果翼面部在复合件28和镶嵌件38处损坏，损坏的镶嵌件38将用热方式卸除，然后修理复合件28，并再配置新的镶嵌件38和复合材料。由于这种叶片损坏大多针对混合式涡轮叶片10的前部，因此翼面部14一般是燃气轮机飞机发动机(如果燃气轮机发动机没有风扇，也可是燃气轮机飞机发动机的压气机)中混合式涡轮叶片10的翼面部。
镶嵌件38的功能便于混合式涡轮叶片10的敷层和高压釜硬化或者其它制造方法。在一实施例中，(至少一层)复合材料层200包围着镶嵌件38。在制造过程中，包围镶嵌件38的图9的复合材料层200为图6的镶嵌件38提供额外的稳定性。使图9的复合材料层200包围图6的镶嵌件38一般会降低镶嵌件38中的初始裂纹。在最终的应用中，包围图6的镶嵌件38的图9的复合材料层200允许围绕图6的镶嵌件38更有效地传送负荷。在可替换的实施例中，一层粘结剂涂敷在镶嵌件38上。该层粘结剂还可以用来通过改善复合件28和镶嵌件38之间的胶合力来改善复合件28和镶嵌件38之间的粘结。混式涡轮叶片10在其已全部组装好的状态下，其具有的镶嵌件38设置在复合件28的凹槽40中，因此在图6的复合件28中的图9的包围复合材料层200能符合所有机械要求，从而不会通过镶嵌件38进行负载传送。当使用弹性材料构成镶嵌件38时，即使在如当燃气轮机发动机吸入外部物体时可能发生的剧烈的撞击负荷的情况下，弹性体材料的高塑性和高拉伸性能允许复合件28在几乎没有阻力的情况下相对镶嵌件38变形。
制造本发明的混合式涡轮叶片10的一般方法包括，但不限于，利用高压釜和压制成型技术单独地或者作为一个单元(共硬化)地制造复合件28和镶嵌件38。在本发明的一个制造方法中，镶嵌件38是预先制造的。层压图9的多个复合材料层200以产生图6的复合件28的一部分，其中复合件的该部分包括凹槽40。镶嵌件38配置在凹槽40中，层压各附加复合材料层200，使得各附加复合材料层200覆盖在镶嵌件38上，并达到复合件28最终所希望的厚度，生产出复合件28的完整模型。然后，对复合件28的完整模型进行加工处理，这种处理工艺使各复合材料层200固化并粘结在一起，该工艺还使镶嵌件38粘结到相邻的复合材料层200。一般通过高压釜技术、或者压制成型技术、或者树脂塑模技术实现固化和粘结工艺。高压釜技术、或者压制成型技术、或者树脂塑模技术仅仅是作为固化和粘结工艺的例子提出，并不意味着对本发明的限制。
在本发明的另一实施例中，多个镶嵌件(例如图4中的镶嵌件138、238和338)配置在相应的凹槽中。当在制造工艺中使用多个镶嵌件时，一般在凹槽之间形成肋46。
在本发明的一个实施例中，层压图9的多个复合材料层200以产生图1的复合件28的一部分，其中复合件的该部分包括凹槽40。镶嵌件38配置在凹槽40中；层压各附加复合材料层200，使得各附加复合材料层200覆盖在镶嵌件38上，并达到复合件28最终所希望的厚度。
在本发明的一个实施例中，一般通过手工或机械叠层或者通过围绕复合件28和镶嵌件38进行编织成层构成复合件28。如前所述，就复合材料来说，在技术人员的知识水平内，技术人员能够选择纤维丝的模量和取向，以保持整个翼面部的刚性，减轻叶片在离心力和空气动力学负载下的结构弯曲。
为了说明，已经描述了本发明的几个实施例。尽管已经详细描述和说明了本发明，但可以理解这些描述和说明仅仅是为了说明和举例，而不构成限制。根据上述教导对本发明作出多种改进和变化显然是可能的。因此，本发明的实质和范围仅受所附权利要求范围的限制。
部件列表10 混合式涡轮叶片12 柄部14 翼面部16 叶根部18 叶尖部20 径向轴22 燕尾榫24 叶片平台26 介质方向箭头28 复合件30 前缘32 后缘34 压力侧36 低压面38，138，238，338镶嵌件，第一镶嵌件，第二镶嵌件，第三镶嵌件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内部前缘，第一内部前缘，第二内部前缘，第三内部前缘43，143，243，343镶嵌前缘，第一镶嵌前缘，第二镶嵌前缘，第三镶嵌前缘44，144，244，344内部后缘，第一内部后缘，第二内部后缘，第三内部后缘45，145，245，345镶嵌后缘，第一镶嵌后缘，第二镶嵌后缘，第三镶嵌后缘46 肋48 附加肋52 耐蚀涂层
53 叶尖边缘保护涂层60，160，260，360内部叶尖部边缘，第一内部叶尖部边缘，第二内部叶尖部边缘，第三内部叶尖部边缘61，161，261，361镶嵌叶尖部边缘，第一镶嵌叶尖部边缘，第二镶嵌叶尖部边缘，第三镶嵌叶尖部边缘62，162，262，362内部叶根部边缘，第一内部叶根部边缘，第二内部叶根部边缘，第三内部叶根部边缘63，163，263，363镶嵌叶根部边缘，第一镶嵌叶根部边缘，第二镶嵌叶根部边缘，第三镶嵌叶根部边缘70 前缘保护涂层72 后缘保护涂层80，180，280，380表面凹槽主轴，第一表面凹槽主轴，第二表面凹槽主轴，第三表面凹槽主轴81，181，281，381压力侧楔形前缘，第一压力侧楔形前缘，第二压力侧楔形前缘，第三压力侧楔形前缘82，182，282，382压力侧楔形后缘，第一压力侧楔形后缘，第二压力侧楔形后缘，第三压力侧楔形后缘83，183，283，383压力侧楔形叶尖部边缘，第一压力侧楔形叶尖部边缘，第二压力侧楔形叶尖部边缘，第三压力侧楔形叶尖部边缘84，184，284，384压力侧楔形叶根部边缘，第一压力侧楔形叶根部边缘，第二压力侧楔形叶根部边缘，第三压力侧楔形叶根部边缘91，191，291，391负压侧楔形前缘，第一负压侧楔形前缘，第二负压侧楔形前缘，第三负压侧楔形前缘92，192，292，392负压侧楔形后缘，第一负压侧楔形后缘，第二负压侧楔形后缘，第三负压侧楔形后缘93，193，293，393负压侧楔形叶尖部边缘，第一负压侧楔形叶尖部边缘，第二负压侧楔形叶尖部边缘，第三负压侧楔形叶尖部边缘94，194，294，393负压侧楔形叶尖部边缘，第一负压侧楔形叶尖部边缘，第二负压侧楔形叶尖部边缘，第三负压侧楔形叶尖部边缘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 第一压力侧内角102 第一负压侧内角104 第二压力侧内角106 第二负压侧内角108 第三压力侧内角110 第三负压侧内角112 第四压力侧内角114 第四负压侧内角200 复合材料层
权利要求
1.一种多组件混合式涡轮叶片(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)的复合件(28)，所述翼面部还包括具有小于所述第一质量密度的第二质量密度的镶嵌件(38)；其中所述镶嵌件(38)设置在所述凹槽(40)中，并粘结到所述复合件(28)上；和其中所述复合件(28)和所述镶嵌件(38)一起限定翼面形状。
2.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述镶嵌件(38)具有足以保持所述翼面形状的刚性和尺寸稳定性，并且所述镶嵌件(38)具有足以与所述凹槽(40)一致的可塑性和柔顺性。
3.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述复合件(28)包括多个复合材料层(200)，所述复合材料层(200)包括埋置在基体粘结剂中的纤维丝。
4.如权利要求3所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述复合件包括埋置在环氧树脂基体粘结剂中的石墨纤维。
5.如权利要求3所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述纤维丝选自由石墨纤维、玻璃纤维、芳族聚酸胺纤维、碳纤维和硼纤维及其组合物所构成的组。
6.如权利要求3所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述基体粘结剂选自由环氧树脂、双马来酰亚胺、聚酰胺、聚乙酰胺、聚醚醚酮、聚(芳基砜类)、聚醚砜和氰酸脂(cyante ester)及组合物所构成的组。
7.如权利要求3所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述基体粘结剂包括韧化材料。
8.如权利要求7所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述韧化材料包括大量橡胶颗粒。
9.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述翼面部(14)承受一设计工作温度，且还包括连接到所述柄部(12)的叶根部(16)、叶尖部(18)和向外朝所述叶尖部(18)延伸并向内朝所述叶根部(16)延伸的径向轴线(20)，其中所述复合件(28)从所述叶根部(16)向所述叶尖部(18)延伸。
10.如权利要求9所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述镶嵌件(38)在所述设计工作温度时保持尺寸稳定性。
11.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到所述复合件(28)的至少一部分压力侧(34)和至少一部分负压侧(36)上的耐蚀涂层(52)。
12.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括沿所述翼面部(14)的前缘(30)设置在所述复合件(28)的一部分压力侧(34)和一部分负压侧(36)上的前缘保护涂层(70)。
13.如权利要求12所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到没有被所述前缘保护涂层(70)所覆盖的一部分所述压力侧(34)和没有被所述前缘保护涂层(70)所覆盖的一部分所述负压侧(36)上的耐蚀涂层(52)。
14.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括沿所述翼面部(14)的后缘(32)设置在所述复合件(28)的一部分压力侧(34)和一部分负压侧(36)上的后缘保护涂层(72)。
15.如权利要求14所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于耐蚀涂层(52)设置在并粘结到没有被所述后缘保护涂层(72)所覆盖的一部分所述压力侧(34)和没有被所述后缘保护涂层(72)所覆盖的一部分所述负压侧(36)上。
16.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括沿所述翼面部(14)的叶尖部边缘(18)设置在所述复合件(28)的一部分压力侧(34)和一部分负压侧(36)上的叶尖边缘保护涂层(53)。
17.如权利要求16所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到没有被所述叶尖边缘保护涂层(53)所覆盖的一部分所述压力侧(34)和没有被所述叶尖边缘保护涂层(53)所覆盖的一部分所述负压侧(36)上的耐蚀涂层(52)。
18.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到所述复合件(28)的至少一部分压力侧(34)和至少一部分负压侧(36)上的耐蚀涂层(52)；和沿所述翼面部(14)的前缘(30)设置在一部分所述耐蚀涂层(52)上的前缘保护涂层(70)。
19.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到所述复合件(28)的至少一部分压力侧(34)和至少一部分负压侧(36)上的耐蚀涂层(52)；和沿所述翼面部(14)的后缘(32)设置在一部分所述耐蚀涂层(52)上的后缘保护涂层(72)。
20.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到所述复合件(28)的至少一部分压力侧(34)和至少一部分负压侧(36)上的耐蚀涂层(52)；和沿所述翼面部(14)的叶尖部边缘(18)设置在一部分所述耐蚀涂层(52)上的叶尖边缘保护涂层(53)。
21.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到所述复合件(28)的至少一部分压力侧(34)和至少一部分负压侧(36)上的耐蚀涂层(52)；和沿所述翼面部(14)的前缘(30)设置在一部分所述耐蚀涂层(52)上的前缘保护涂层(70)；沿所述翼面部(14)的叶尖部边缘(18)设置在一部分所述耐蚀涂层(52)上的叶尖边缘保护涂层(53)；和沿所述翼面部(14)的后缘(32)设置在一部分所述耐蚀涂层(52)上的后缘保护涂层(72)。
22.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到所述复合件(28)的至少一部分压力侧(34)和至少一部分负压侧(36)上的耐蚀涂层(52)；和沿所述翼面部(14)的前缘(30)设置在一部分所述耐蚀涂层(52)上的前缘保护涂层(70)；和沿所述翼面部(14)的叶尖部边缘(18)设置在一部分所述耐蚀涂层(52)上的叶尖边缘保护涂层(53)；
23.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到所述复合件(28)的压力侧(34)上的耐蚀涂层(52)。
24.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到所述复合件(28)的至少一部分压力侧(34)上的耐蚀涂层(52)；和沿所述翼面部(14)的前缘(30)设置在一部分所述耐蚀涂层(52)上和所述复合件(28)的一部分负压侧(36)上的前缘保护涂层(70)。
25.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到所述复合件(28)的至少一部分压力侧(34)上的耐蚀涂层(52)；和沿所述翼面部(14)的后缘(32)设置在一部分所述耐蚀涂层(52)上和所述复合件(28)的至少一部分负压侧(36)上的后缘保护涂层(72)。
26.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到所述复合件(28)的至少一部分压力侧(34)上的耐蚀涂层(52)；和沿所述翼面部(14)的叶尖部边缘(18)设置在一部分所述耐蚀涂层(52)上和所述复合件(28)的至少一部分负压侧(36)上的后缘保护涂层(72)。
27.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到所述复合件(28)的至少一部分压力侧(34)上的耐蚀涂层(52)；和沿所述翼面部(14)的前缘(30)设置在一部分所述耐蚀涂层(52)上和所述复合件(28)的至少一部分负压侧(36)上的前缘保护涂层(70)；沿所述翼面部(14)的后缘(32)设置在没有被所述前缘保护涂层(70)所覆盖的一部分所述耐蚀涂层(52)上和所述复合件(28)的没有被所述前缘保护涂层(70)所覆盖的至少一部分负压侧(36)上的后缘保护涂层(72)；和沿所述翼面部(14)的叶尖边缘(18)设置在没有被所述前缘保护涂层(70)和所述后缘保护涂层(72)所覆盖的一部分所述耐蚀涂层(52)上和所述复合件(28)的没有被所述前缘保护涂层(70)和所述后缘保护涂层(72)所覆盖的至少一部分负压侧(36)上的叶尖边缘保护涂层(53)。
28.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到所述复合件(28)的至少一部分压力侧(34)上的耐蚀涂层(52)；和沿所述翼面部(14)的前缘(30)设置在一部分所述耐蚀涂层(52)上和所述复合件(28)的至少一部分负压侧(36)上的前缘保护涂层(70)；和沿所述翼面部(14)的后缘(32)设置在没有被所述前缘保护涂层(70)所覆盖的一部分所述耐蚀涂层(52)上和所述复合件(28)的没有被所述前缘保护涂层(70)所覆盖的至少一部分负压侧(36)上的后缘保护涂层(72)。
29.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述镶嵌件(38)包括由肋(46)隔开的一第一镶嵌件(138)和一第二镶嵌件(238)。
30.如权利要求29所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述翼面部(14)具有压力侧(34)和负压侧(36)，其中所述凹槽(40)包括第一凹槽(140)和第二凹槽(240)，其中所述第一镶嵌件(138)设置在所述第一凹槽(140)中，其中所述第二镶嵌件(238)设置在所述第二凹槽(240)中。
31.如权利要求30所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述肋(46)设置在并粘结到所述第一镶嵌件(138)和第二镶嵌件(238)之间，其中所述肋(46)在所述第一凹槽(140)第一内部后缘(144)和所述第二凹槽(240)的第二内部前缘(242)之间延伸。
32.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述镶嵌件(38)包括中空部分(95)。
33.如权利要求29所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述第一镶嵌件(138)包括第一中空部分(195)，和所述第二镶嵌件(238)包括第二中空部分(295)。
34.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述镶嵌件(38)还包括设置在所述镶嵌件(38)的压力侧(34)和镶嵌件前缘(43)之间以便形成第一压力侧内角(100)的压力侧楔形前缘(81)，其中所述第一压力侧内角(100)一般在约20度到约179度范围内，其中所述第一压力侧内角(100)是在所述压力侧锲形前缘(81)和所述镶嵌件(38)的所述压力侧(34)之间测量的；设置在所述镶嵌件(38)的负压侧(36)和所述镶嵌前缘(43)之间以便形成第一负压侧内角(102)的负压侧楔形前缘(91)，其中所述第一负压侧内角(102)一般在约20度到约179度范围内，其中所述第一负压侧内角(102)是在所述负压侧锲形前缘(91)和所述镶嵌件(38)的所述负压侧(36)之间测量的；设置在所述镶嵌件(38)的所述压力侧(34)和所述镶嵌后缘(45)之间以便形成第二压力侧内角(104)的压力侧楔形后缘(82)，其中所述第二压力侧内角(104)一般在约20度到约179度范围内，其中所述第二压力侧内角(104)是在所述压力侧锲形后缘(82)和所述镶嵌件(38)的所述压力侧(34)之间测量的；设置在所述镶嵌件(38)的所述负压侧(36)和所述镶嵌后缘(45)之间以便形成第二负压侧内角(106)的负压侧楔形后缘(92)，其中所述第二负压侧内角(106)一般在约20度到约179度范围内，其中所述第二负压侧内角(106)是在所述负压侧锲形后缘(92)和所述镶嵌件(38)的所述负压侧(36)之间测量的；设置在所述镶嵌件(38)的所述压力侧(34)和所述镶嵌叶尖部边缘(61)之间以便形成第三压力侧内角(108)的压力侧楔形叶尖部边缘(83)，其中所述第三压力侧内角(108)一般在约20度到约179度范围内，其中所述第三压力侧内角(108)是在所述压力侧锲形叶尖部边缘(83)和所述镶嵌件(38)的所述压力侧(34)之间测量的；设置在所述镶嵌件(38)的所述负压侧(36)和所述镶嵌叶尖部边缘(61)之间以便形成第三负压侧内角(110)的负压侧楔形叶尖部边缘(93)，其中所述第三负压侧内角(110)一般在约20度到约179度范围内，其中所述第三负压侧内角(110)是在所述负压侧锲形叶尖部边缘(93)和所述镶嵌件(38)的所述负压侧(36)之间测量的；设置在所述镶嵌件(38)的所述压力侧(34)和所述镶嵌叶根部边缘(63)之间以便形成第四压力侧内角(112)的压力侧楔形叶根部边缘(84)，其中所述第四压力侧内角(112)一般在约20度到约179度范围内，其中所述第四压力侧内角(112)是在所述压力侧锲形叶根部边缘(84)和所述镶嵌件(38)的所述压力侧(34)之间测量的；设置在所述镶嵌件(38)的所述负压侧(36)和所述镶嵌叶根部边缘(63)之间以便形成第四负压侧内角(114)的负压侧楔形叶根部边缘(94)，其中所述第四负压侧内角(114)一般在约20度到约179度范围内，其中所述第四负压侧内角(114)是在所述负压侧锲形叶根部边缘(94)和所述镶嵌件(38)的所述负压侧(36)之间测量的。
35.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述第一质量密度在约1.4克/立方厘米到约2.0克/立方厘米范围内。
36.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述第二质量密度在约0.01克/立方厘米到约0.9克/立方厘米范围内。
37.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述复合件(28)具有第一体积且所述镶嵌件(38)具有第二体积，其中所述第二体积的值为所述第一体积的至少约10％。
38.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述镶嵌件(38)包括还包含填料颗粒的弹性体材料。
39加权利要求38所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于每个所述填料颗粒包括若干含气孔穴。
40.如权利要求39所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于每个所述含气孔穴的体积约为10-16立方毫米。
41.如权利要求38所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述弹性体材料的弹性模量在3500kPa到350000kPa范围内。
42.如权利要求1所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述镶嵌件(38)包括中空部分(95)，镶嵌件材料选自由热塑性材料、热固性材料、金属、蜂窝陶瓷、硅酮及其组合物构成的组。
43.如权利要求42所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于包括所述中空部分(95)的所述镶嵌件(38)包括所述镶嵌件(38)的注塑成型模型。
44.如权利要求42所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述镶嵌件(38)包括内一些部肋。
45.如权利要求42所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于包括所述中空部分(95)的所述镶嵌件(38)适于填充流体并被加压。
46.一种多组件混合式涡轮叶片(10)，包括柄部(12)；和翼面部(14)，其包括具有第一质量密度和一凹槽(40)的复合件(28)和具有小于所述第一质量密度的第二质量密度的镶嵌件(38)，其中所述镶嵌件(38)设置在所述凹槽(40)中，并粘结到所述复合件(28)上；其中所述复合件(28)和所述镶嵌件(38)一起限定翼面形状，其中所述镶嵌件(38)具有足以保持所述翼面形状的刚性和尺寸稳定性，其中所述镶嵌件(38)具有足以与所述凹槽(40)一致的可塑性和柔顺性。
47.如权利要求46所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述纤维丝选自由石墨纤维、玻璃纤维、芳族聚酸胺纤维、碳纤维和硼纤维及其组合物所构成的组。
48.如权利要求46所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述基体粘结剂选自由环氧树脂、双马来酰亚胺、聚酰胺、聚乙酰胺、聚醚醚酮、聚(芳基砜)、聚醚砜和cyante脂及它们的组合物所构成的组。
49.如权利要求46所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到所述复合件的至少一部分压力侧(34)和至少一部分负压侧(36)上的耐蚀涂层(52)。
50.如权利要求46所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括沿所述翼面部(14)的前缘(30)设置在所述复合件(28)的一部分压力侧(34)上和一部分负压侧(36)上的前缘保护涂层(70)。
51.如权利要求50所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到没有被所述前缘保护涂层(70)所覆盖的一部分所述压力侧(34)上和没有被所述前缘保护涂层(70)所覆盖的一部分所述负压侧(36)上的耐蚀涂层(52)。
52.如权利要求46所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括沿所述翼面部(14)的后缘(32)设置在所述复合件(28)的一部分压力侧(34)上和一部分负压侧(36)上的后缘保护涂层(72)。
53.如权利要求52所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于耐蚀涂层(52)设置在并粘结到没有被所述后缘保护涂层(72)所覆盖的一部分所述压力侧(34)上和没有被所述后缘保护涂层(72)所覆盖的一部分所述负压侧(36)上。
54.如权利要求46所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括沿所述翼面部(14)的叶尖部边缘(18)设置在所述复合件(28)的一部分压力侧(34)上和一部分负压侧(36)上的叶尖边缘保护涂层(53)。
55.如权利要求54所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到没有被所述叶尖边缘保护涂层(53)所覆盖的一部分所述压力侧(34)上和没有被所述叶尖边缘保护涂层(53)所覆盖的一部分所述负压侧(36)上的耐蚀涂层(52)。
56.如权利要求46所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于还包括设置在并粘结到所述复合件(28)的压力侧(34)上的耐蚀涂层(52)。
57.如权利要求46所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述镶嵌件(38)包括由肋(46)隔开的第一镶嵌件(138)和第二镶嵌件(238)。
58.如权利要求46所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述镶嵌件(38)包括中空部分(95)。
59.如权利要求46所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述第一质量密度在约1.4克/立方厘米到约2.0克/立方厘米范围内。
60.如权利要求46所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述第二质量密度在约0.01克/立方厘米到约0.9克/立方厘米范围内。
61.如权利要求46所述的混合式涡轮叶片(10)，其特征在于所述镶嵌件(38)包括中空部分(95)，镶嵌件材料选自由热塑性材料、热固性材料、金属、蜂窝陶瓷、硅酮及其组合物构成的组。
62.一种制造多组件混合式涡轮叶片(10)的方法，包括层压多个复合材料层(200)以形成复合件(28)的一部分，所述复合件(28)的所述部分包括一凹槽(40)；将镶嵌件(38)配置在所述凹槽(40)；层压各附加复合材料层(200)，以便得到复合件(28)的最终希望厚度，同时覆盖所述镶嵌件(38)以形成所述复合件(28)的完整模型；和固化并粘结所述复合件(28)的所述完整模型。
63.如权利要求62所述的方法，其特征在于所述固化并粘结所述复合件(28)的所述完整模型包括利用高压釜技术。
64.如权利要求62所述的方法，其特征在于所述固化并粘结所述复合件(28)的所述完整模型包括利用压制成形技术。
65.如权利要求62所述的方法，其特征在于所述固化并粘结所述复合件(28)的所述完整模型包括利用树脂模塑技术。
66.如权利要求62所述的方法，其特征在于还包括在将所述镶嵌件(38)配置在所述凹槽(40)之前预制所述镶嵌件(38)的步骤。
67.如权利要求62所述的方法，其特征在于将所述镶嵌件(38)配置在所述凹槽(40)中的步骤还包括在将所述镶嵌件(38)配置在所述凹槽(40)之前用至少一层所述复合材料层(200)包裹所述镶嵌件(38)。
68.如权利要求62所述的方法，其特征在于将所述镶嵌件(38)配置在所述凹槽(40)中的步骤还包括在将所述镶嵌件(38)配置在所述凹槽(40)之前将一层粘结剂施加在所述镶嵌件(38)上。
69.如权利要求62所述的方法，其特征在于所述复合件结构(28)的所述完整模型满足所述混合式涡轮叶片(10)的所有承受机械负荷的要求，因此不必通过镶嵌件(38)传递负载。
70.如权利要求62所述的方法，其特征在于所述复合件(28)的所述部分还包括一第一凹槽(140)和一第二凹槽(240)；其中所述镶嵌件(38)还包括一第一镶嵌件(138)和一第二镶嵌件(238)；其中将所述镶嵌件(38)配置在所述凹槽(40)中的步骤还包括将所述第一镶嵌件(138)配置在所述第一凹槽(140)中，和将所述第二镶嵌件(238)配置在所述第二凹槽(240)中，其中层压各附加复合材料层(200)以便得到复合件(28)的最终希望厚度同时覆盖所述镶嵌件(38)的步骤还包括层压各附加复合材料层(200)以便得到复合件(28)的最终希望厚度，同时覆盖所述第一镶嵌件(138)和第二镶嵌件(238)。
71.如权利要求62所述的方法，其特征在于还包括将耐蚀涂层(52)设置在并粘结到所述复合件(28)的至少一部分压力侧(34)和至少一部分负压侧(36)上。
72.如权利要求62所述的方法，其特征在于还包括将前缘保护涂层(70)沿所述翼面部(14)的前缘(30)设置在所述复合件(28)的一部分压力侧(34)和一部分负压侧(36)上。
73.如权利要求62所述的方法，其特征在于还包括将后缘保护涂层(72)沿所述翼面部(14)的后缘(32)设置在所述复合件(28)的一部分压力侧(34)和一部分负压侧(36)上。
74.如权利要求62所述的方法，其特征在于还包括将叶尖边缘保护涂层(53)沿所述翼面部(14)的叶尖部边缘(18)设置在所述复合件(28)的一部分压力侧(34)和一部分负压侧(36)上。
75.如权利要求62所述的方法，其特征在于所述镶嵌件(38)包括中空部分(95)，所述中空部分(95)适于盛装压力流体，所述方法还包括向所述中空部分(95)加入流体；对所述中空部分(95)加压；得到所述镶嵌件(38)的所希望的形状；和从中空部分(95)排出所述流体。
76.如权利要求75所述的方法，其特征在于在固化和粘结所述复合件(28)的所述完整模型之后，所述流体从所述中空部分(95)排出。
全文摘要
一种多组件混合式涡轮叶片包括柄部和翼面部。翼面部包括具有第一密度的复合件。复合件包括凹槽和镶嵌件。镶嵌件具有小于第一质量密度的第二质量密度。镶嵌件配置在凹槽中，并粘结在复合件上。复合件和镶嵌件一起构成翼面形状。一种制造方法包括层压各复合材料层以形成复合件的一部分。该部分复合件包括凹槽。将镶嵌件配置在凹槽中。层压各附加复合材料层以得到最终希望厚度的复合件，以及覆盖镶嵌件。
文档编号F01D5/14GK1538037SQ0312436
公开日2004年10月20日 申请日期2003年4月19日 优先权日2003年4月19日
发明者S·R·芬, J·C·施林, W·W－L·林, M·丁达, R·P·泰勒, 林, S R 芬, 施林, 泰勒 申请人:通用电气公司