ES2335706T3 - Alabe compuesto de turbomaquina con refuerzo metalico. - Google Patents

Alabe compuesto de turbomaquina con refuerzo metalico. Download PDF

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ES2335706T3 ES07116324T ES07116324T ES2335706T3 ES 2335706 T3 ES2335706 T3 ES 2335706T3 ES 07116324 T ES07116324 T ES 07116324T ES 07116324 T ES07116324 T ES 07116324T ES 2335706 T3 ES2335706 T3 ES 2335706T3
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Christophe Jacq
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Arnaud Suffis
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Abstract

Álabe (10) de turbomáquina, que comprende una superficie aerodinámica (12) que se extiende según una primera dirección (14) entre un borde de ataque (16) y un borde de fuga (18) y según una segunda dirección (20) sensiblemente perpendicular a la primera entre un pie (22) y una borde superior (24) del álabe, estando realizada la citada superficie aerodinámica (12) en un material compuesto, comprendiendo además el álabe un refuerzo metálico macizo (32) pegado al borde de ataque (16) de la superficie aerodinámica del álabe, que se extiende según la primera dirección (14) más allá del borde de ataque de la superficie aerodinámica del álabe y según la segunda dirección (20) entre el pie y la borde superior del álabe, caracterizado porque el refuerzo metálico del álabe comprende al menos un vaciado (34a, 34b, 34c) destinado a absorber al menos una parte de la energía resultante del impacto de un cuerpo extraño sobre el borde de ataque del álabe.

Description

Álabe compuesto de turbomáquina con refuerzo metálico.
Antecedentes de la invención
La presente invención pertenece al ámbito general de los álabes de turbomáquina. Ésta se refiere de modo más particular a un álabe de soplante de turbomáquina realizado en material compuesto y cuyo borde de ataque está equipado con un refuerzo estructural metálico.
Es conocido equipar a los álabes de soplante de una turbomáquina que están realizados en material compuesto, con un refuerzo estructural metálico que se extiende en toda la altura del álabe y más allá de su borde de ataque (véase por ejemplo el documento FR-A1-2 732 406). Un refuerzo de este tipo permite proteger a los álabes de material compuesto durante el impacto sobre la soplante de un cuerpo extraño tal como por ejemplo un pájaro ingerido por la turbomáquina.
En particular, el refuerzo metálico protege al borde de ataque del álabe de material compuesto evitando una deslaminación en el caso de un álabe drapeado y un deterioro por descohesión fibra/matriz o por rotura de fibra en el caso de un álabe tejido.
Sin embargo, la presencia de un refuerzo estructural metálico cubriendo el borde de ataque del álabe no es siempre eficaz para proteger a los álabes de material compuesto durante el impacto de un cuerpo extraño.
Objeto y Resumen de la invención
Así pues, la presente invención tiene como objeto principal paliar dicho inconveniente proponiendo un álabe de material compuesto capaz de resistir al impacto de un cuerpo extraño sin provocar degradación de los álabes de material compuesto.
Este objeto se consigue gracias a un álabe de turbomáquina, que comprende una superficie aerodinámica que se extiende según una primera dirección entre un borde de ataque y un borde de fuga y según una segunda dirección sensiblemente perpendicular a la primera entre un pie y un borde superior del álabe, estando realizada la citada superficie aerodinámica en un material compuesto, comprendiendo además el álabe un refuerzo metálico macizo pegado al borde de ataque de la superficie aerodinámica del álabe, que se extiende según la primera dirección más allá del borde de ataque de la superficie aerodinámica del álabe y según la segunda dirección entre el pie y el borde superior del álabe, caracterizado porque el refuerzo metálico del álabe comprende al menos un vaciado destinado a absorber al menos una parte de la energía resultante del impacto de un cuerpo extraño sobre el borde de ataque del álabe.
La presencia de al menos un vaciado en el refuerzo metálico macizo permite a este último absorber una parte de la energía procedente del impacto de un cuerpo extraño sobre el álabe. La disipación de esta energía de impacto se obtiene por deformación plástica del refuerzo metálico. De este modo, el impacto de un cuerpo extraño sobre el álabe no provoca degradación importante de los álabes de material compuesto.
De acuerdo con un modo de realización de la invención, el vaciado se extiende sensiblemente según la primera dirección. En este caso, el vaciado puede desembocar a nivel del borde de ataque de la superficie aerodinámica del álabe y/o a nivel del borde de ataque del refuerzo metálico.
De acuerdo con otro modo de realización, el vaciado se extiende sensiblemente según la segunda dirección. En este caso, el vaciado puede desembocar a nivel del pie del álabe y/o a nivel del borde superior del álabe.
De acuerdo con otro modo de realización, el vaciado se extiende sensiblemente según la tercera dirección perpendicular a la primera y a la segunda dirección. En este caso, el vaciado puede desembocar a nivel del intradós del álabe y/o del extradós del álabe.
El refuerzo metálico macizo puede estar realizado a base de titanio. En cuanto al álabe, éste puede constituir un álabe se soplante de turbomáquina.
La invención se refiere igualmente a una turbomáquina que comprende al menos un álabe tal como el definido anteriormente.
Breve descripción de los dibujos
Otras características y ventajas de la presente invención se deducirán de la descripción hecha seguidamente, refiriéndose a los dibujos anejos que ilustran un ejemplo de realización de ésta desprovisto de cualquier carácter limitativo. En las figuras:
- La figura 1 es una vista en corte longitudinal de un álabe de acuerdo con la invención.
- las figuras 2 y 3 son vistas parciales y en corte de la figura 1 respectivamente según II-II y III-III;
- las figuras 4A y 4B son vistas parciales y en corte transversal de una variante de realización del álabe de la figura 1;
- las figuras 5A y 5B son vistas parciales y en corte transversal de un álabe de acuerdo con otro modo de realización de la invención; y
- las figuras 6A y 6B son vistas parciales y en corte transversal de un álabe de acuerdo todavía con otro modo de realización de la invención.
Descripción detallada de modos de realización
Las figuras 1 a 3 representan un álabe 10 de turbomáquina de acuerdo con un modo de realización de la invención. Este álabe es, por ejemplo, un álabe móvil de soplante de una turbomáquina.
El álabe presenta una superficie aerodinámica 12 que se extiende según una primera dirección axial 14 entre un borde de ataque 16 y un borde de fuga 18 y según una segunda dirección radial 20 sensiblemente perpendicular a la primera dirección 14 entre un pie 22 y un borde superior 24. Como está representado en la figura 2, que representa parcialmente el álabe según un corte transversal, el álabe se extiende igualmente según una tercera dirección tangencial 26 perpendicular a la primera y a la segunda dirección entre el intradós 28 y el extradós 30. El intradós y el extradós del álabe forman las caras laterales del álabe que unen el borde de ataque 16 al borde de fuga 18 del álabe.
El álabe, y de modo más particular su superficie aerodinámica 12 así definida, se obtiene por drapeado o tejido de un material compuesto. A título de ejemplo, este material compuesto puede ser un ensamblaje de fibras de carbono tejidas y moldeadas por un procedimiento de inyección en vacío RTM (de "Resin Tansfer Molding").
La superficie aerodinámica 12 del álabe de acuerdo con la invención comprende un refuerzo estructural metálico 32 que está pegado a su borde de ataque 16 y que se extiende a la vez según la primera dirección 14 más allá del borde de ataque 16 de la superficie aerodinámica del álabe y según la segunda dirección 20 entre el pie 22 y el borde superior 24 del álabe.
Como está representado en las figuras 2 y 3, el refuerzo estructural 32 se adapta a la forma del borde de ataque 16 de la superficie aerodinámica a la que éste prolonga para formar un borde de ataque 16' denominado en lo sucesivo borde de ataque del refuerzo. A título de ejemplo, la distancia que separa los bordes de ataque 16 y 16' medida según la primera dirección 14 puede ser del orden de 3 cm a 4 cm para un álabe cuya distancia borde de ataque 16/borde de fuga 18 llega a 50 cm (lo que representa del 6% al 8% de esta distancia).
Además, el refuerzo estructural 32 se extiende según la primera dirección 14 más allá del borde de ataque 16 de la superficie aerodinámica para adaptarse al perfil del intradós 28 y del extradós 30 del álabe.
El refuerzo estructural 32 de acuerdo con la invención es macizo (o monobloque), es decir que tanto en corte transversal como en corte longitudinal, el refuerzo está relleno de material. Por ejemplo, como está representado en la figura 2, no hay, en corte transversal, discontinuidad entre los bordes de ataque 16 y 16'.
El refuerzo estructural 32 del álabe es metálico y está realizado preferentemente a base de titanio. Este material presenta en efecto una gran capacidad de absorción de la energía debida a los choques. El refuerzo es pegado al álabe, pudiendo ser el pegamento utilizado, por ejemplo, un pegamento cianoacrílico o epoxi.
Sin embargo, de acuerdo con la invención, el refuerzo metálico 32 del álabe comprende al menos un vaciado destinado a absorber al menos una parte de la energía resultante del impacto de un cuerpo extraño sobre el borde de ataque del álabe.
El número, la forma, el emplazamiento y la orientación del vaciado o de los vaciados del refuerzo metálico del álabe pueden variar en función de la aplicación. Estos parámetros son determinados y optimizados en función del caso de impacto más crítico que pueda encontrarse.
Se describirán ahora diferentes geometrías preferentes de vaciados del refuerzo metálico del álabe de acuerdo con la invención.
En el modo de realización de las figuras 3, 4A y 4B, el vaciado del refuerzo 32 se presenta en forma de una cavidad hueca 34a que se extiende según la primera dirección 14 del álabe.
De modo más preciso, en la variante de realización de la figura 3, el vaciado es una cavidad hueca 34a que desemboca a nivel del borde de ataque 16 de la superficie aerodinámica 12 del álabe.
En la variante de la figura 4A, el vaciado es una cavidad hueca 34a que desemboca a nivel del borde de ataque 16' del refuerzo metálico 32.
En cuanto al vaciado 34a de la figura 4B, éste desemboca a la vez a nivel del borde de ataque 16 de la superficie aerodinámica 12 y a nivel del borde de ataque 16' del refuerzo metálico 32.
En el modo de realización de las figuras 5A y 5B, el vaciado del refuerzo 32 se presenta en forma de una cavidad hueca 34b que se extiende según la segunda dirección 20 del álabe.
Esta cavidad hueca 34b puede desembocar a nivel del pie 22 y/o a nivel de la borde superior 24 del álabe. En el caso de una cavidad hueca que desemboca a la vez a nivel del pie y del borde superior del álabe, un flujo de aire puede circular a través del álabe, lo que contribuye a mejorar las características aerodinámicas de la turbomáquina.
Además, como está representado en la figura 5A, el vaciado del refuerzo metálico puede estar formado por una sola cavidad hueca 34b de sección sensiblemente circular. Alternativamente, como está representado en la figura 5B, el vaciado puede estar realizado por varias cavidades (en número de tres en este ejemplo de realización).
Naturalmente, es posible cualquier otra forma de sección (oval, poligonal, etc.). Por otra parte, las dimensiones de la cavidad o de las cavidades pueden variar en toda la altura del álabe para adaptarse al par masa del objeto extraño que impacta contra el álabe/altura del álabe.
En el modo de realización de las figuras 6A y 6B, los vaciados del refuerzo 32 se presentan en forma de cavidades huecas 34c que se extienden según la tercera dirección 26 del álabe.
De modo más preciso, en la variante de realización de la figura 6A, están previstos dos vaciados formados cada uno por una cavidad hueca 34c que desemboca a la vez a nivel del intradós 28 del álabe y a nivel del extradós 30 del álabe. Así, los vaciados permiten circular a un flujo de aire entre el intradós y el extradós, lo que contribuye a mejorar las características aerodinámicas de la turbomáquina.
En la variante de realización de la figura 6B, están previstos dos vaciados formados cada uno por una cavidad hueca 34c que desemboca únicamente a nivel del extradós 30 del álabe.
En los modos de realización de las figuras 3, 4A, 4B, 5A, 5B, 6A y 6B, los vaciados están realizados en forma de cavidades 34a a 34c que son huecas.

Claims (10)

1. Álabe (10) de turbomáquina, que comprende una superficie aerodinámica (12) que se extiende según una primera dirección (14) entre un borde de ataque (16) y un borde de fuga (18) y según una segunda dirección (20) sensiblemente perpendicular a la primera entre un pie (22) y una borde superior (24) del álabe, estando realizada la citada superficie aerodinámica (12) en un material compuesto, comprendiendo además el álabe un refuerzo metálico macizo (32) pegado al borde de ataque (16) de la superficie aerodinámica del álabe, que se extiende según la primera dirección (14) más allá del borde de ataque de la superficie aerodinámica del álabe y según la segunda dirección (20) entre el pie y la borde superior del álabe, caracterizado porque el refuerzo metálico del álabe comprende al menos un vaciado (34a, 34b, 34c) destinado a absorber al menos una parte de la energía resultante del impacto de un cuerpo extraño sobre el borde de ataque del álabe.
2. Álabe de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el vaciado (34a) se extiende sensiblemente según la primera dirección (14).
3. Álabe de acuerdo con la reivindicación 2, en el cual el vaciado (34a) desemboca a nivel del borde de ataque (16) de la superficie aerodinámica (12) del álabe y/o a nivel del borde de ataque (16') del refuerzo metálico macizo (32).
4. Álabe de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el vaciado (34b) se extiende sensiblemente según la segunda dirección (20).
5. Álabe de acuerdo con la reivindicación 4, en el cual el vaciado (34b) desemboca a nivel del pie (22) del álabe y/o a nivel de la borde superior (24) del álabe.
6. Álabe de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el vaciado (34c) se extiende sensiblemente según una tercera dirección (26) perpendicular a la primera dirección (14) y a la segunda dirección (20).
7. Álabe de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual el vaciado (34c) desemboca a nivel del intradós (28) del álabe y/o del extradós (30) del álabe.
8. Álabe de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el cual el refuerzo metálico macizo (32) está realizado a base de de titanio.
9. Álabe de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que constituye un álabe de soplante de turbomáquina.
10. Turbomáquina que comprende al menos un álabe (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
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