ES2896695T3

ES2896695T3 - Método de fabricación de una paleta para una turbina de gas

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Publication number: ES2896695T3
Application number: ES19183989T
Authority: ES
Inventors: Alexander Böck
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2022-02-25
Anticipated expiration: 2039-07-02
Also published as: DE102018211193A1; US11280200B2; US20200011184A1; EP3591169B1; EP3591169A1

Abstract

Método de fabricación de una paleta para una turbina de gas, en particular de un motor de avión, en donde la paleta se hace, al menos en parte, de material compuesto de fibra cerámica con una pluralidad de capas de tejido (10, 20, 30, 40) dispuestas una sobre otra, en donde al menos un par de capas de tejido (10, 20) dispuestas una sobre otra comprende una primera capa de tejido (10), que tiene al menos un primer punto de interrupción entre dos primeros bordes (11) opuestos entre sí de esta capa de tejido, y una segunda capa de tejido (20), que tiene al menos un segundo punto de interrupción adyacente a dicho primer punto de interrupción (11) entre dos segundos bordes opuestos (21) de dicha segunda capa de tejido desplazadas desde dicho primer punto de interrupción (11), en donde dicha primera capa de tejido tiene al menos un primer trozo de tejido (10) que tiene al menos uno de dichos dos primeros bordes y dicha segunda capa de tejido tiene al menos un segundo trozo de tejido (20) que tiene al menos uno de dichos dos segundos bordes, en donde dicho método comprende las etapas de: - Preparar el primer y el segundo trozo de tejido (10, 20); - Disponer el primer y el segundo trozo de tejido uno encima del otro, de manera que cuando la primera y la segunda capa de tejido se introduzcan en un molde (101, 102), el segundo punto de interrupción (21) esté desplazado del primer punto de interrupción (11); - Coser (60, 61) el primer y el segundo trozo de tejido; - Colocar los trozos de tejido cosidos entre sí en el molde; y - Formar el compuesto de fibra cerámica con los trozos de tejido introducidos en el molde y cosidos entre sí.

Description

DESCRIPCIÓN

Método de fabricación de una paleta para una turbina de gas

La presente invención se refiere a un método de fabricación de una paleta para una turbina de gas, en particular un motor de avión.

De las patentes núm. WO2015073852A1 y EP3339574A1 se conocen ejemplos de paletas.

Un objetivo de la presente invención es mejorar una paleta de turbina de gas y un método para fabricar una paleta de turbina de gas.

Este objetivo se logra con un método que tiene las características de la reivindicación 1. Las modalidades ventajosas de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con una modalidad de la presente invención, (al menos) una paleta para una, en particular (al menos) una, etapa de turbina y/o de compresor para una, en particular una turbina de gas, en particular un motor de avión, en particular su paleta, raíz de paleta y/o una plataforma de paleta en el lado de la raíz de paleta y/o en el lado de la punta de paleta, se hace total o parcialmente de material compuesto de fibra cerámica o con varias capas de tejido dispuestas una sobre otra.

En una modalidad, el compuesto de matriz cerámica (CMC) tiene una matriz, que en una modalidad comprende cerámica, en particular óxido de aluminio, carburo de silicio o similares, en la que se incrusta un tejido de fibra con fibras o haces de fibras, que en una modalidad comprenden cerámica, en particular óxido de aluminio, carburo de silicio o similares. En una modalidad, los haces de fibras del tejido de fibra, denominados hilos o mechas, tienen una pluralidad de filamentos o fibras (individuales), en particular dispuestos en paralelo, y/o un diámetro, en particular máximo, mínimo o medio, de al menos 1 mm y/o como máximo 10 mm, en particular como máximo 5 mm.

Debido a las condiciones de funcionamiento, la presente invención es especialmente adecuada para los paletas guía y las palas del rotor de las etapas de la turbina, que, en consecuencia, representan una aplicación especialmente ventajosa. Mediante el uso de material compuesto de fibras cerámicas, se pueden proporcionar paletas ventajosamente ligeras y/o mecánica y/o térmicamente fuertes en una modalidad.

De acuerdo con la presente invención, uno o más pares de capas de tejido dispuestas una encima de la otra comprenden una primera capa de tejido que tiene al menos una primer punto de interrupción entre dos primeros bordes opuestos de dicha capa de tejido, y una segunda capa de tejido que tiene al menos un segundo punto de interrupción adyacente o más cercano a dicho primer puntos de interrupción entre dos segundos bordes opuestos de dicha segunda capa de tejido.

En una modalidad, los primeros bordes se unen entre sí en el primer punto de interrupción, de modo que el primer punto de interrupción forma una junta o unión en la primera capa de tejido. Adicional o alternativamente, en una modalidad, los segundos bordes se apoyan en el segundo punto de interrupción, de modo que el segundo punto de interrupción forma un apoyo o junta en la segunda capa de tejido. En una modalidad, esto puede producir ventajosamente un material compuesto de fibra particularmente estable.

Del mismo modo, los primeros bordes en el primer punto de interrupción y/o los segundos bordes en el segundo punto de interrupción pueden estar separados o superponerse entre sí. En una modalidad, el (primer y/o segundo) punto de interrupción es la línea central entre los dos (primer y/o segundo) bordes.

De acuerdo con una modalidad de la presente invención, el segundo punto de interrupción está desplazado del o en relación con el primer punto de interrupción o en contra del primer punto de interrupción, en una modalidad en la dirección de la superficie de las capas de tejido o perpendicular a su grosor de pared y/o en al menos 1,5 veces, preferentemente al menos dos veces, un diámetro, en particular máximo, mínimo o medio, de un haz de fibras de la primera capa de tejido adyacente o más cercana al primer punto de interrupción.

En una modalidad, varias capas de tejido, en particular superpuestas, forman en cada caso, por pares, un par de este tipo. En otras palabras, en una modalidad, los puntos de interrupción adyacentes entre sí o más cercanos de varias, en particular al menos tres, en una modalidad al menos cuatro, preferentemente al menos cinco, capas de tejido dispuestas una encima de la otra están en cada caso desplazadas por pares, en una modalidad en la misma dirección, con respecto a la otra, en una modalidad en la dirección de la superficie de las capas de tejido o perpendicular al grosor de la pared de esta y/o (en cada caso) en al menos 1,5 veces, preferentemente (en cada caso) al menos dos veces, un diámetro, en particular máximo, mínimo o medio, de un haz de fibras de la primera capa de tejido adyacente correspondiente o que esté más cerca del correspondiente primer punto de interrupción.

En una modalidad, esto puede producir ventajosamente un material compuesto de fibra particularmente estable. En una modalidad, el primer tejido del paro uno o más de los pares (correspondiente) tiene al menos un primer trozo de tejido que tiene o forma al menos uno de los dos primeros bordes, y el segundo tejido de este par (correspondiente) tiene al menos un segundo trozo de tejido que tiene o forma al menos uno de los dos segundos bordes, en donde el primer trozo de tejido y/o el segundo trozo de tejido (correspondiente) tiene una superficie de al menos 100 mm2, en particular al menos 200 mm2, y/o como máximo 1104 mm2, en particular como máximo 2500 mm2.

(Solo) mediante el uso de tales trozos de tejido de pequeña superficie, se pueden producir ventajosamente paletas con dimensiones pequeñas y/o geometrías complejas, en particular de manera segura para el proceso y/o estructuralmente estables.

Sin embargo, estos trozos de tejido de pequeña superficie son difíciles de manejar en la producción del material compuesto de fibra. Por ejemplo, un trozo de tejido de 15 mm * 15 mm con un diámetro de haz de fibras, que está en el rango de 3 mm, consiste en sólo 5 haces de fibras dispuestos uno al lado del otro, que cruzan 5 haces de fibras dispuestos uno al lado del otro, de modo que los haces de fibras del borde pueden caerse fácilmente o el trozo de tejido puede deshilacliarse o desintegrarse fácilmente.

Por lo tanto, en una modalidad preferida, los dos trozos de tejido de la primera y segunda capas de tejido del o de uno o más pares (correspondientes) se cosen entre sí. Si varias capas de tejido, en particular superpuestas, forman cada una de ellas un par por parejas con la (correspondiente) primera capa de tejido con el (correspondiente) primer trozo de tejido y la (correspondiente) segunda capa de tejido con el (correspondiente) segundo trozo de tejido, en una modalidad preferida tres o más de estos trozos de tejido o el primer y segundo trozos de tejido de dos o más de los pares se cosen todos juntos, en particular entre sí.

En una modalidad, esto puede mejorar el manejo en la fabricación de la paleta, e incluso puede hacerlo posible en el caso de los pequeños trozos de tejido. Por consiguiente, un aspecto de la presente invención se basa en la idea de que, cosiendo y compensando los puntos de interrupción, se pueden utilizar también pequeños trozos de tejido de menos de 1104 mm para la fabricación, en particular, al menos parcialmente automatizada, de paletas de turbina de gas de material compuesto de fibra cerámica.

De acuerdo con una modalidad de la presente invención, un método para fabricar, en particular conformar, una paleta descrita en la presente descripción comprende las etapas:

- Preparar, en particular cortar, el primer y el segundo trozo de tejido, en una modalidad utilizando una primera máquina automática;

- Disponer el o el primer y el segundo trozo de tejido uno encima del otro de manera que, cuando la primera y la segunda capa de tejido se introduzcan en un molde, en particular en un molde de enfriamiento, el (los) segundo(s) punto(s) de interrupción esté(n) desplazado(s) del (los) primer(os) punto(s) de interrupción, en particular en al menos 1,5 veces el diámetro de un haz de fibras de la (correspondiente) primera capa de tejido adyacente al (correspondiente) primer punto de interrupción, en una modalidad con la ayuda de la primera o segunda máquina automática;

- Coser entre sí el primer y el segundo trozo de tejido, en una modalidad con la ayuda de la primera o la segunda o de otra máquina automática;

- Insertar, en particular manualmente, los trozos de tejido cosidos en el molde; y

- Producir, en particular conformar, el material compuesto de fibra cerámica con los trozos de tejido insertados en el molde y cosidos entre sí, en una modalidad incrustando los trozos de tejido cosidos entre sí en una o la matriz. En particular, mediante el uso de la misma máquina automática de corte y/o colocación ("autómata de corte y/o colocación") y/o máquinas automáticas de costura, la producción se puede automatizar (parcialmente). Si esto se combina con una inserción manual preferida en el molde, se puede lograr ventajosamente una mayor precisión tanto en la (pre)fijación de las capas de tejido entre sí como en la inserción en el molde.

En una modalidad, los trozos de tejido insertados en el molde y cosidos entre sí encierran, al menos parcialmente, un núcleo que, en otra modalidad, se retira después de que se haya producido el material compuesto de fibra cerámica, en particular arrancándolo, destruyéndolo y/o encogiéndolo.

De este modo, se pueden fabricar ventajosamente paletas huecas con menor peso.

En una modalidad, los trozos de tejido se cosen al núcleo, en particular con la ayuda de una máquina automática. En una modalidad, esto puede mejorar el manejo durante la producción y/o la resistencia de la paleta.

Otras mejoras ventajosas de la presente invención se muestran en las reivindicaciones dependientes y en la siguiente descripción de las modalidades preferidas. Para ello se muestra, parcialmente esquematizado:

En la Figura 1 la fabricación de una paleta de acuerdo con una modalidad de la presente invención en una sección perpendicular a un eje longitudinal de la paleta;

En la Figura 2 una vista en planta de varias capas o trozos de tejido de la paleta;

En la Figura 3 la fabricación de la paleta en una sección perpendicular a la Figura 1;

En la Figura 4 una vista en planta de los trozos de tejido cosidos entre sí de la paleta; y

En la Figura 5 un núcleo rodeado por y cosido con los trozos de tejido.

La Figura 1 muestra la fabricación de una paleta de acuerdo con una modalidad de la presente invención en una sección perpendicular a un eje longitudinal de la paleta.

Para ello, los tejidos para un material compuesto de fibras cerámicas se cortan primero con una máquina automática (no mostrada), los trozos de tejido se colocan unos encima de otros con la misma máquina automática y luego se cosen con ésta u otra máquina automática.

A tal efecto, la Figura 4 muestra una vista superior de una sección de trozos de tejido cosidos entre sí, en la que se indican los haces de fibras 50 que forman el tejido o sus capas de tejido, los filamentos o fibras (individuales) 51 que componen estos haces de fibras 50, y las costuras (de fijación) 60. En la sección de la Figura 4, sólo se puede ver una capa superior de tejido con un trozo de tejido 10, mientras que en la vista superior de la Figura 2, tres de las capas o trozos de tejido 10, 20, 30 dispuestas una encima de la otra con las costuras (de fijación) 60 con las que se cosen.

Estas capas de tejido cosidas entre sí o los trozos de tejido 10, 20, 30 se envuelven alrededor de un núcleo 100 y se cosen a este mediante costuras (de fijación) 61, como se indica en la Figura 5.

Posteriormente, el núcleo 100 y las capas o trozos de tejido 10, 20, 30 que lo rodean y que están cosidas a este y entre sí, se introducen en un molde 101, 102 y el molde se cierra, como se indica con las flechas de cierre en la Figura 1.

En este estado, los puntos de interrupción adyacentes entre los bordes 11, 21, 31, 41 de las capas o trozos de tejido 10, 20, 30 o 40 dispuestos una encima del otro están desplazados u opuestos perpendicularmente al espesor de la pared de las capas de tejido, de modo que resulta una cadena de puntos de interrupción desplazados u opuestos entre los bordes 11, 21, 31, 41, que se muestra resaltada en la Figura 3.

Las capas o trozos de tejido ya están colocados uno encima del otro por la máquina automática de corte y colocación (y cosidos entre sí por esta u otra máquina) de tal manera que, en el estado mostrado en las Figuras 1, 3, los pares (10, 20), (20, 30) o (30, 40) de capas de tejido dispuestas una encima de la otra tienen cada una una primera capa de tejido 10, 20 o 30, que tiene al menos un primer punto de interrupción entre dos primeros bordes opuestos 11, 21 o 31 de esta capa de tejido, y una segunda capa de tejido 20, 30 o 40 que tiene al menos un segundo punto de interrupción adyacente al primer punto de interrupción entre dos segundos bordes opuestos 21, 31 o 41 de la segunda capa de tejido, que está desplazado del primer punto de interrupción (en la misma dirección en cada caso).

En este estado, se produce un compuesto de fibra cerámica con los trozos de tejido introducidos en el molde y cosidos entre sí, produciendo así una paleta, en particular mediante un polímero que contiene átomos de Al, Si y/o C o similares.

A continuación, se abre el molde y se extrae la paleta, tal y como indica la flecha de dirección de extracción en la Figura 3. A continuación, la paleta de CMC puede terminarse mediante pirolisis o cocción.

Aunque en la descripción anterior se han explicado modalidades ilustrativas, cabe señalar que son posibles diversas variaciones. Además, cabe destacar, que las modalidades ilustrativas son solo ejemplos que no deben restringir en modo alguno el alcance de la protección, las aplicaciones y la estructura. Más bien, la descripción anterior proporciona al experto una guía para la implementación de al menos una modalidad ejemplar, mediante la cual se pueden realizar diversas modificaciones, en particular con respecto a la función y la disposición de los componentes descritos, sin abandonar el ámbito de protección que resulta de las reivindicaciones y estas combinaciones equivalentes de características.

Lista de referencia de los dibujos

10, 20, 30, 40 Capa o trozo de tejido

11, 21, 31, 41 (Punto de interrupción entre) bordes opuestos entre sí

50 Haces de fibras

51 Filamento; fibra (simple)

, 61 Costura (de fijación) 0 Núcleo

1, 102 Molde

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método de fabricación de una paleta para una turbina de gas, en particular de un motor de avión, en donde la paleta se hace, al menos en parte, de material compuesto de fibra cerámica con una pluralidad de capas de tejido (10, 20, 30, 40) dispuestas una sobre otra, en donde al menos un par de capas de tejido (10, 20) dispuestas una sobre otra comprende una primera capa de tejido (10), que tiene al menos un primer punto de interrupción entre dos primeros bordes (11) opuestos entre sí de esta capa de tejido, y una segunda capa de tejido (20), que tiene al menos un segundo punto de interrupción adyacente a dicho primer punto de interrupción (11) entre dos segundos bordes opuestos (21) de dicha segunda capa de tejido desplazadas desde dicho primer punto de interrupción (11), en donde dicha primera capa de tejido tiene al menos un primer trozo de tejido (10) que tiene al menos uno de dichos dos primeros bordes y dicha segunda capa de tejido tiene al menos un segundo trozo de tejido (20) que tiene al menos uno de dichos dos segundos bordes, en donde dicho método comprende las etapas de:

- Preparar el primer y el segundo trozo de tejido (10, 20);

- Disponer el primer y el segundo trozo de tejido uno encima del otro, de manera que cuando la primera y la segunda capa de tejido se introduzcan en un molde (101, 102), el segundo punto de interrupción (21) esté desplazado del primer punto de interrupción (11);

- Coser (60, 61) el primer y el segundo trozo de tejido;

- Colocar los trozos de tejido cosidos entre sí en el molde; y

- Formar el compuesto de fibra cerámica con los trozos de tejido introducidos en el molde y cosidos entre sí.

2. Método de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado porque al menos uno de los dos trozos de tejido tiene una superficie de al menos 100 mm2

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de los dos trozos de tejido tiene una superficie de como máximo 1104 mm2.

4. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de los dos trozos de tejido tiene una superficie de al menos 100 mm2 y como máximo 1104 mm2.

5. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la paleta el segundo punto de interrupción está desplazado del primer punto de interrupción al menos 1,5 veces de un diámetro de un haz de fibras (50) de la primera capa de tejido adyacente al primer punto de interrupción.

6. Método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la paleta es para una etapa de turbina o de compresor para una turbina de gas.

7. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde:

- la preparación comprende el corte del primer y el segundo trozo de tejido (10, 20) y/o se realiza con la ayuda de una primera máquina automática;

- la disposición del primer y el segundo trozo de tejido uno encima del otro se lleva a cabo de manera que, cuando la primera y la segunda capa de tejido se coloquen en un molde (101, 102), el segundo punto de interrupción (21) esté desplazado del primer punto de interrupción (11) al menos 1,5 veces el diámetro de un haz de fibras (50) de la primera capa de tejido adyacente al primer punto de interrupción, y/o mediante la primera o la segunda máquina automática;

- el cosido (60, 61) del primer y el segundo trozo de tejido entre sí con la ayuda de la primera o la segunda máquina automática; y/o

- la inserción de los trozos de tejido cosidos entre sí en el molde es una inserción manual.

8. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los trozos de tejido cosidos entre sí introducidos en el molde rodean al menos parcialmente un núcleo (100).

9. Método de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado porque los trozos de tejido se cosen (61) al núcleo, en particular con la ayuda de una máquina automática.