DE2042665A1

DE2042665A1 - Verdichterschaufeln

Info

Publication number: DE2042665A1
Application number: DE19702042665
Authority: DE
Inventors: Edwin Douglas Stoffer Lewis John Cincinnati Ohio Sayre (V St A )
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-09-04
Filing date: 1970-08-28
Publication date: 1971-03-18
Also published as: FR2060858A5; US3628890A; JPS4824087B1; BE755608A; GB1318260A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen in Schaufeln, wie sie in Strömungsmaschinen verwendet werden.

In den letzten Jahren wurden nennenswerte Verbesserungen in der Herstellung von aus faserigen Stoffen hergestellten Laufschaufeln hinsichtlich geringen Gewichtes, hoher Belastbarkeit und hoher Festigkeit erzielt. Solche Verbundstoffe können viele Formen aufweisen, grundsätzlich enthalten sie jedoch Fasern oder Fäden kleinen Durchmessers mit extrem hoher gleichgerichteter Festigkeit und ein homogenes Bindemittel (matrix), welches die Fasern in einer gewünschten, die Belastungen tragenden Beziehung bindet. Ein bekanntes Materialgemisch besteht aus Glasfasern, die durch eine ausgehärtete Epoxydmasae verbunden sind.

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Ein Hauptproblern in der Anwendung von zusammengesetzten Laufschaufeln ist ihre Verletzbarkeit durch Fremdkörper, welche von einem Triebwerk während des Betriebes angesaugt werden und Schäden anrichten. Größere Objekte, wie z. 3. Vögel, können einen Bruch der Schaufeln sur Folge haben, kleinere Gegenstände, wie s. B. Sandkörner oder sogar Regentropfen, können schnell das Verbundmaterial erosieren.

Die Vorderkante einer Schaufel ist normalerweise am meisten Schäden durch Fremdkörper und Erosion ausgesetzt. Verschiedene Vorschläge wurden gemacht, um einen Blechschutz für die Eintritts- oder Vorderkante einer zusammengesetzten Laufschaufel mit dieser zu verbinden. Obwohl man damit eitv^n Schutz für die Fasern an der Vorderkante einer Schaufel schaffen kann, besteht ein ausgeprägtes Problem darin, insbesondere für eine sich drehende Schaufel eine strukturelle Einheit sicherzustellen.

Es ist daher eine Aufgate der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Schutz für das Euntriuts- oder Vorderkantenteil einer Laufschaufel zu schaffen, welche einen Hauptteil aus einem Fasern enthaltenden Verbundmaterial aufweist, um dadurch die strukturelle Einheit äer Schaufel zu verbessern.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die oben *erwähnten Ziele zu erreichen und dabei eine größere Flexibilität bei der Reparatur und few. M-s tausch von Laufschaufeln zu schaffen«

Ein weiteres Siel der ^v'.'ir^vr-.s ist ?s. Eusa^slich Schwingungen zu verringern* welche in ,-~" ;hcn ^^aufcir: während «fas Betriebes auftreten.

Diese Ergebnisse ware*,· η ;:„o;: eine ütfaistückigsr Sch&ufelkonstruktion erreicht;» «o^i *;.^A ^li1e-?l m? Metall gebildet ist und das ander* i.Ui ..-., ^;,η«*,4 ^ia-.-r'« enthaltenden Verbund-'· r.törip.ii D<sr Mf; te 1^v'.^ '· .■·■■*.!">.^: i-si Eint-rltta- oder Yorderkan-

ORIGINAL INSPECTED

tenteil einer Schaufel mit gewölbtem Tragflächenprofil als ein tragendes Element, ebenso wie das Befestigungsmittel für die Schaufel. Der Fasern enthaltende Verbundteil bildet den übrigen Teil der Schaufel mit gewölbtem Tragflächenprofil. Vorzugsweise sind diese beiden Teile, ohne aneinander zu haften, durch einen Za„pfen zusammengehalten, wobei die Vorderkante des Pasern enthaltenden Verbundteiles in einer Nut aufgenommen ist, welche · in dem Metallteil mit Tragflächenprofil geformt ist.

In der Form einer Laufschaufel weist der Metallteil einen Schaft auf zur Verbindung der Schaufel mit einem Laufrad, und eine Rippe nimmt den Zapfen des Fasern enthaltenden Verbund- ™ teiles auf. Vorzugsweise sind dieser Schaft,Zapfen und die Rippe auf Radien geformt, welche der Krümmung der Schaufel mit Tragflächenprofil angenähert sind.

Diese und andere Merkmale der Erfindung sind der Zeichnung zu entnehmen, welche ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, das in der nachfolgenden Beschreibung erläutert ist.

Die einzige Figur der Zeichnung stellt eine erfindungsgemäße Verdichterlaufschaufel im Schnitt und mit weggebrochenen Teilen

dar. Λ

Die dargestellte Schaufel 8 besteht aus zwei voneinander zu trennenden Teilen A und B, welche, wenn sie zusammengebaut sind, die normalen Funktionen einer Axialverdichterlaufschaufeljaus führen.

Das Teil A ist aus einem Metall gebildet, welches normalerweise für alle Metallverdichterlaufschaufeln geeignet ist, wie z. B. aus legiertem Stahl oder Titan. Dieses Teil ist unitär, um ein einstückiges Konstruktionselement zu bilden. Das Teil A enthält einen Schwalbenschwanz 10, eine Rippe 12, eine Rampe oder einen Rand I¹I, welcher sich von der Rippe nach außen erstreckt, und den Vorderkantenteil 16 der Schaufel

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- 4 mit gewölbtem Tragflächenprofil.

Das Teil B ist aus einem Fasermaterial· geformt, wie oben erwähnt. Das Teil B bildet den restlichen Teil 18 des gewölbten SchlaufeIteiles mit Tragflächenprofil und ist an seinem unteren Ende mit einem gebogenen Zapfen 20 versehen, welcher von einem hiermit übereinstimmenden Schlitz 22 in der Rippe 12 de3 Teiles A aufgenommen wird.

Vorzugsweise haften die beiden Teile A und B nicht aufeinander sondern sind in dem zusammengebauten Zustand durch einen Paßsitz (tight fit) zwischen dem Zapfen 20 und dem Schlitz 22 gehalten, während die Vorderkante des Teiles B in einer Nut 24, welche in der Rückseite des Metallvorderkantenteils 16 gebildet ist, hineinpaßt.

Der Schaft 10 dient normalerweise zur Befestigung der Schaufel 8 an einem Verdichterlaufrad, und wird von einem Übereinstimmend hierzu geformten Schlitz in dem Umfang des Laufrades aufgenommen. Vorzugsweise sind der Schaft 10, die Rippe 12 und der Zapfen 20 auf Radien angeordnet, welche der Wölbung des Schaufelprofils angenähert sind. Dadurch wird im wesentlichen die gesamte hohe Zentrifugallast-Beanspruchung als Zug von den Teilen A und B aufgenommen, während der Einbau des Schaftes in einen Schlitz des Laufrades und der Einbau des Zapfens in einen Schlitz 22 möglich ist.

Der Zapfen 20 wird vorzugsweise dadurch gebildet, daß Längsfasern 27 des zusammengesetzten Materials um eine Stange 26 herum geschlagen werden. Die äußere Oberfläche des Schaufelteiles 18 kann aus einem gewebten Faserstoff 28, wie dargestellt, gebildet werden.

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Es ist ersichtlich, daß die beschriebene Schaufel ein hohes Maß von Schutz gegen Erosion und andere Fremdkörper-Schäden ergibt, mit denen beim Betrieb eines Verdichters gerechnet werden muß. Während das Gewicht gegenüber herkömmlichen Schaufeln aus Pasern enthaltenden Stoffen erhöht ist, wird nichts destoweniger eine erhebliche Gewichtsersparnis gegenüber, Metallschaufeln erzielt, ebenso wie ein erhöhter Schutz und eine strukturelle Einheit, welche allesamt Vorteile bei der Konstruktion eines Gasturbinentriebwerkes sind.

Desjweiteren kann der Teil B unabhängig von dem Teil A ausgetauscht werden, um die Wartung des Verdichters zu erleichtern. Ein weniger augenscheinlicher Vorteil ist der nicht haftende Zusammenbau der Teile A und B. Dieses Merkmal erlaubt eine begrenzte relative Bewegung zwischen den beiden Teilen, wodurch Schwingungen der profilierten Teile der Schaufel gedämpft werden. Solche Schwingungen sind bei Verdichtern wohlbekannt, weil sie von der Luftströmung den Schaufeln aufgedrückt werden. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß der Vorderkantenteil 16, welcher sich über die gesamte Höhe der Schaufel erstreckt, ein unabhängiges Bauelement darstellt. Dies steht im Gegensatz zu Blechkappen, welche bisher angewandt wurden. Die Sehnenlänge des Teils 16 und die Tiefe der Nut 24 sind " einander zwecks Erreichung eines geringstmöglichen Gewichtes proportional, während zu gleicher Zeit die gewünschte strukturelle Einheit und eine Vorderkantenoberfläche im wesentlichen aus Metall erzielt wird.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einem Axialverdichter und einer Laufschaufel beschrieben wurde, sind ihre weitesten Aspekte ebenso auf feststehende Schaufeln, welche im allgemeinen als Leitschaufeln bezeichnet werden, anwendbar wie auf andere Verdichtertypen.

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Claims

- 6 Patentansprüche

flJVerlichterlaufschaufel mit einem gewölbten Tragflächenprofil, gekennzeichnet durch einen Metallteil (A) als unabhängiges Konstruktionselement, welches einstückig die Befestigungsvorrichtung (10) für die Schaufel bildet und ein Eintrittskantenteil (16) der Schaufel mit gewölbtem Tragflächenprofil und

ein Pasern enthaltendes Verbundteil (B), welches den übrigen Teil (18) des gewölbten Schaufelteiles mit Tragflächenprofil bildet.
2. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Fasern enthaltende Verbundteil (B) einen Zapfen (20) aufweist, durch den es mit der Befestigungsvorrichtung (10) des Metallteiles (A) zusammengefügt ist und

daß die beiden Teile in nicht haftender Verbindung zusammengebaut sind.
3. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Eintrittskan—tenteil (16) des Metallteiles (A) eine Nut (24) aufweist, welche den stromaufwärts gelegenen Kantenteil des Fasern enthaltenden Verbundteiles (B) aufnimmt.
4. Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 1 in der Form eines Laufradteiles, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Befestigungsteil aus Metall besteht, mit einem Schwalbenschwanz (10) und einer Hippe (12) unterhalb des Fasern enthaltenden Verbundteiles versehen ist und wobei das letztgenannte Teil (B) mit der Rippe zusammengefügt ist.

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Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 4, dadurch gekennze i c h η e t , daß das Fasern enthaltende Verbundteil (B) einen Zapfen (20) an seinem inneren Ende aufweist, welcher von einem damit übereinstimmend geformten Schlitz (22) in der Rippe (12) des Metallteils (A) aufgenommen ist, wodurch die.beiden Teile nicht-haftend verbun-. den sind, und

der Eintrittskantenteil (16) des Metallteiles (A) eine Nut (24) aufweist*, welche den stromaufwärts gelegenen Kantenteil des Fasern enthaltenden Verbundteils (B) aufnimmt.

Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (20) des Fasern enthaltenden Verbundteils (B) auf einem Radius, gebildet ist, welcher der Krümmung des gewölbten Schaufelprofils angenähert ist.

Verdichterlaufschaufel nach Anspruch 6„ dadurch gekennzeichnet , daß der Schwalbenschwanz (10) und die Rippe (12) des Metallteils (A) ebenfalls auf Radien gebildet sind, welche der Krümmung des gewölbten Schaufelprofils angenähert sind.

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