DE102006041321A1 - Housing section, particularly fan housings, for gas-turbine engine, has endangered section seperated by shovel or rotor parts in which flexible protective cover arranged is arranged at periphery of matrixes - Google Patents

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Abstract

The housing section (A,B,C) has an endangered section seperated by shovel or rotor parts in which the flexible protective cover arranged is arranged at the periphery of the matrixes. The protective cover arranged at the inner or outer periphery of the matrixes, which has a metal ring mesh, which are made of titanium, steel or brass. The metal ring mesh has a round oval or rectagular metal rings and the size and thickness of the ring are variable, and is woven in a number of layer around the matrixes.

Description

Die Erfindung betrifft die Ausbildung eines Gehäuseabschnitts, insbesondere das Fangehäuse, von Gasturbinentriebwerken mit einer in durch abgetrennte Schaufel- oder Rotorteile gefährdeten Bereichen am Umfang eines Grundgerüstes angeordneten elastischen Schutzumhüllung.The The invention relates to the formation of a housing section, in particular the fan case, from Gas turbine engines having an in-cut through vane or rotor parts endangered Ranges arranged on the circumference of a skeleton elastic Protective covering.

Zu den möglichen Schadensfällen bei Luftfahrzeugantrieben gehören unter anderem das Abtrennen von Schaufeln oder Schaufelteilen der Gebläsestufe oder der Rotoren des Kerntriebwerks oder auch von Rotorteilen. In einem derartigen Schadensfall dürfen die abgetrennten Bauteile das Triebwerk nicht verlassen, um andere Teile des Flugzeugs nicht zu zerstören oder Personen nicht zu schädigen. Insbesondere die Fanschaufeln von mit einem Gebläse ausgerüsteten Triebwerken können durch Vogelschlag oder eingesaugte Gegenstände beschädigt werden, so dass Schaufelteile abgetrennt werden und das Fangehäuse durchschlagen könnten.To the possible damage cases belonging to aircraft drives including the separation of blades or blade parts of the blower stage or the rotors of the core engine or rotor parts. In such a claim may the disconnected components do not leave the engine to others Parts of the aircraft do not destroy or persons too damage. In particular, the fan blades of equipped with a fan engines can by Bird strikes or sucked objects will be damaged, leaving scoop parts be separated and the fan housing could break through.

Es ist bekannt, das Gehäuse bzw. den Gehäuseabschnitt der betroffenen Rotoreinheit aus einem hochduktilen Material, das sich beim Auftreffen eines abgetrennten Schaufelteils plastisch verformt und dabei dessen kinetische Energie aufnimmt, zu fertigen. Die Größe der kinetischen Energie, die von dem Gehäuse aufgenommen werden kann, wird durch dessen Material und im Wesentlichen durch dessen Wandstärke bestimmt. Der Verbesserung des Energieabsorptionsverhaltens durch Erhöhung der Materialstärke sind jedoch unter dem Aspekt der damit verbundenen signifikanten Er höhung des Triebwerksgewichts und der damit verringerten Effizienz des Triebwerks Grenzen gesetzt.It is known, the housing or the housing section the affected rotor unit of a highly ductile material, the plastically when hitting a detached blade part deformed while absorbing its kinetic energy to manufacture. The size of the kinetic Energy coming from the case can be absorbed by its material and essentially through its wall thickness certainly. The improvement of the energy absorption behavior by Increase the material thickness However, these are significant in terms of the associated He is raising the engine weight and thus the reduced efficiency of the Engine limits.

Zur Vermeidung der zuvor erwähnten Nachteile werden in der Literatur verschiedene Vorschläge zur Ausbildung des Fangehäuses unterbreitet, wonach ein aus einem duktilen Material wie Aluminium, Titan oder Stahl bestehendes Grundgerüst von einer Schutzummantelung aus einem hochfesten, hochdehnbaren Faserband, insbesondere aus Aramidfasern, umgeben ist. Ein derart ausgebildetes Gehäuse ist bei vergleichsweise geringer Erhöhung des Gewichts in der Lage, auch eine sehr hohe kinetische Energie von abgetrennten Bauteilen aufzunehmen, jedoch ist die Fertigung derart ausgebildeter Gehäuse mit einem erhöhten Kostenaufwand verbunden. Die Faserbandummantelung des Grundgerüsts ist weiterhin insofern nachteilig, als diese leicht beschädigt werden kann und in der Folge eindringendes Wasser wieder zu einer deutlichen Gewichtserhöhung führt. Ein weiterer Nachteil der Ummantelung mit einem Faserband besteht zudem darin, dass das in vielen Lagen kontinuierlich um das metallische Grundgerüst gewickelte Fasermaterial eine erhebliche Dicke aufweist und demzufolge viel Platz benötigt, der – bei dem ohnehin nur in geringem Maß vorhandenen Raum – nicht mehr für andere erforderliche Anbauten zur Verfügung steht.to Avoiding the aforementioned Disadvantages in the literature are various proposals for training of the fanbase submits that one made of a ductile material such as aluminum, titanium or steel existing framework from a protective casing made of a high-tensile, highly elastic Sliver, in particular of aramid fibers, is surrounded. Such a thing trained housing is at a comparatively low increase of the weight capable of also a very high kinetic energy of separated components, however, is the manufacturing such trained housing with an elevated Cost associated. The fiber band sheathing of the skeleton is still disadvantageous in that it can be easily damaged and in the Consequence penetrating water again leads to a significant increase in weight. One Another disadvantage of the sheath with a sliver is also in that, in many layers, it wound continuously around the metallic skeleton Fiber material has a considerable thickness and consequently much Space needed, the - at the existing anyway only to a small extent Room - not more for other required attachments is available.

Ein Fangehäuse mit einer sich am Umfang eines metallischen Grundgerüsts axial erstreckenden, aus einem Fasergurt bestehenden Schlagschutzumhüllung, die die oben beschriebenen Nachteile aufweist, ist beispielsweise aus der WO 99/61757 oder auch aus der WO 2004/022927 bekannt.A fan housing with an axially extending on the circumference of a metallic skeleton, consisting of a fiber strap impact protection casing having the disadvantages described above, for example, from WO 99/61757 or even from the WO 2004/022927 known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schlagabsorbierende Schutzummantelung für ein Rotorgehäuse, insbesondere das Fangehäuse, eines Gasturbinentriebwerks an zugeben, die bei geringem Gewicht und Platzbedarf kostengünstig und wartungsfreundlich ist.Of the Invention is based on the object, a shock-absorbing protective coating for a Rotor housing, especially the fan housing, one Gas turbine engine to admit that with low weight and space economical and easy to maintain.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgeführten Schutzummantelung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention Task with one according to the features of patent claim 1 executed Protective jacket solved. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Kern der Erfindung ist die Ausbildung der Schutzumhüllung aus einem Geflecht aus miteinander verbundenen, das heißt, miteinander verschlungenen Metallringen, die ein Metallringgeflecht oder Kettengeflecht bilden und ein- oder mehrlagig – gespannt oder ungespannt – an ein den betreffenden Gehäuseabschnitt bildendes Grundgerüst gewickelt sind. Das Metallringgeflecht zeichnet sich durch eine hohe örtliche Festigkeit, das heißt einen hohen Materialwiderstand, und durch die verschlungene, bewegliche Verknüpfung der Metallringe durch eine globale Elastizität aus, so dass die Schlagwirkung abgetrennter Schaufel- oder Rotorteile absorbiert werden kann. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist der bei niedrigem Gewicht geringe Platzbedarf.core The invention is the formation of the protective sheath of a braid interconnected, that is, intertwined with each other Metal rings that form a metal ring mesh or chain mesh and one or more layers - tense or relaxed - on a the relevant housing section forming framework are wound. The metal ring mesh is characterized by a high local Strength, that is a high material resistance, and by the entangled, movable shortcut The metal rings are characterized by a global elasticity, so the impact effect separated bucket or Rotor parts can be absorbed. A significant advantage over the The state of the art is the low weight at low weight.

Die Form der Metallringe ist nicht auf die Kreisringform beschränkt. Gleichermaßen ist die Größe und Stärke der Metallringe variabel. Bevorzugtes Material für die Metallringe des Kettengeflechts ist Titan, Stahl oder auch Messing.The Shape of the metal rings is not limited to the circular ring shape. Equally is the size and strength of the Metal rings variable. Preferred material for the metal rings of the chain mesh is titanium, steel or brass.

In weiterer Ausbildung der Erfindung sind an dem Grundgerüst in einem etwa der Breite des Kettengeflechts entsprechenden Abstand Haltestege angebracht, die das Kettengeflecht axial fixieren.In Another embodiment of the invention are on the skeleton in one attached to the width of the chain mesh corresponding distance holding webs, which fix the chain mesh axially.

Gemäß einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung ist das Metallringgeflecht, das sowohl am Außenumfang als auch am Innenumfang des Grundgerüsts angebracht werden kann, zur zusätzlichen Fixierung und zur Erhöhung der Dämpfungswirkung beim Auftreffen abgetrennter Bauteile in eine homogene Einbettungsmasse eingebunden.According to one Another important feature of the invention is the metal ring mesh, that both on the outer circumference as well as on the inner circumference of the skeleton can be attached, for additional Fixation and to increase the damping effect when hitting separated components in a homogeneous embedding mass involved.

Das Grundgerüst kann aus einem duktilen Material oder auch aus einem anderen geeigneten Werkstoff bestehen.The backbone can be made of a ductile material or of another suitable material consist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:One embodiment The invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks, in dem die durch abgetrennte Schaufel- oder Rotorteile gefährdeten Gehäuseabschnitte oder -bereiche gekennzeichnet sind; und 1 a schematic representation of a gas turbine engine, in which the endangered by severed blade or rotor parts housing sections or areas are marked; and

2 eine Detailansicht eines Fangehäuses. 2 a detailed view of a fan box.

In dem in 1 dargestellten Gasturbinentriebwerk sind durch abgetrennte Schaufel- oder Rotorteile gefährdete Gehäuseabschnitte A, B und C angegeben, die das Fangehäuse 1 mit den rotierenden Fanschaufeln 2 (Gehäuseabschnitt A) sowie das äußere Nebenstromgehäuse 3 (Gehäuseabschnitt B) und das innere Nebenstromgehäuse 4 (Gehäuseabschnitt C) in Höhe des Rotorscheiben 5 und daran angebrachte Schaufeln 6 umfassenden Hochdruckkompressors 7 betreffen. Um in diesen gefährdeten Bereichen ein Durchschlagen von abgetrennten Teilen des Gebläses, d.h. der Fanschaufeln 2, oder des Hochdruckkompressors 7 durch die jeweilige Gehäusewand des Fangehäuses oder des äußeren oder inneren Nebenstromgehäuses zu verhindern, ist der betreffende, das heißt gefährdete Gehäuseabschnitt von einer Schutzumhüllung aus einem Metallringgeflecht 8 umgeben. Das Metallringgeflecht 8 besteht aus in einer Lage miteinander verbundenen einzelnen Metallringen 9, vorzugsweise aus Stahl oder Titan oder Messing. Das in der jeweils erfor derlichen axialen Breite ausgebildete Metallringgeflecht 8 ist in mehreren Lagen und in gespanntem Zustand um ein metallisches Grundgerüst 10 des betreffenden Gehäuseabschnitts (A, B, C), hier des Fangehäuses 1, gewickelt. An der Außenfläche des Grundgerüsts 10 sind in einem der axialen Breite des Metallringgeflechts 8 entsprechenden Abstand zwei in Umfangsrichtung verlaufende Haltestege 11 mit einander zugewandten Abkröpfungen 12 angebracht, um das Metallringgeflecht 8 in axialer Richtung zu fixieren.In the in 1 shown gas turbine engine are indicated by separate blade or rotor parts endangered housing sections A, B and C, which are the fan housing 1 with the rotating fan blades 2 (Housing section A) and the outer bypass housing 3 (Housing section B) and the inner bypass housing 4 (Housing section C) in height of the rotor disks 5 and attached blades 6 comprehensive high-pressure compressor 7 affect. To penetrate in these vulnerable areas blown-off parts of the blower, ie the fan blades 2 , or the high pressure compressor 7 through the respective housing wall of the fan housing or the outer or inner bypass housing to prevent the relevant, that is at risk housing portion of a protective sheath of a metal ring mesh 8th surround. The metal ring mesh 8th consists of single metal rings connected together in one layer 9 , preferably of steel or titanium or brass. The trained in each neces sary axial width metal ring mesh 8th is in several layers and in a stretched state around a metallic skeleton 10 of the relevant housing section (A, B, C), here the fan housing 1 , wrapped. On the outer surface of the skeleton 10 are in one of the axial width of the metal ring mesh 8th corresponding distance two extending in the circumferential direction holding webs 11 with facing offsets 12 attached to the metal ring mesh 8th to fix in the axial direction.

Das Metallringgeflecht 8 weist zum einen eine hohe lokale Festigkeit auf, die das Penetrationsverhalten der Schutzumhüllung beim Auftreffen abgetrennter Bauteile bestimmt, und verfügt zum anderen über eine große globale Elastizität, die beim Einschlagen eines abgetrennten Bauteils den Energieabbau in erheblichen Umfang beeinflusst. Das Ringgeflecht kann einlagig mit überlappenden, aneinander befestigten Enden oder auch mehrlagig um die Außenfläche des betreffenden Gehäuseabschnitts A, B und/oder C gewickelt sein. Es kann das jeweilige Grundgerüst darüber hinaus gespannt oder auch ungespannt umfassen, wobei eine gespannte Anordnung mit einem hohen Energieaufnahmevermögen verbunden ist und eine ungespannte Anordnung eine höhere örtliche Festigkeit zur Folge hat, da in diesem Fall die Ringe in den übereinander liegenden Lagen enger gepackt sind. Die ungespannte Anordnung mehrerer Lagen hat gegenüber der gespannten Anordnung mehrerer Lagen ein geringeren Platzbedarf. Die Metallringe 9 können eine vom Kreis abweichende Form haben und beispielsweise rechteckig oder elliptisch ausgebildet sein. Auch die Anordnung in den aufeinander folgenden oder in einzelnen Reihen unterschiedliche geformter oder unterschiedlicher großer Metallringe ist denkbar. Prinzipiell richtet sich die Anzahl der um das Grundgerüst gewickelten Lagen und die Größe der Metallringe nach der Größe der von dem betreffenden Gehäuseabschnitt aufzunehmenden Energie. Es ist darüber hinaus auch möglich, das Metallringgeflecht 8 in eine homogene Einbettungsmasse 13, die zum Beispiel aus Epoxidharz bestehen kann, einzubinden, um dadurch das Metallringgeflecht 8 zusätzlich zu fixieren und einen zusätzlichen Dämpfungseffekt zu erzielen. Das Grundgerüst 10 besteht in der vorliegenden Ausführungsform aus einem duktilen Material, kann aber gleichermaßen auch aus anderen, im Triebwerksbau üblichen Werkstoffen bestehen. Abweichend von dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann ein entsprechend fixiertes Metallringgeflecht 8 auch am Innenumfang des Grundgerüsts 10 angeordnet sein.The metal ring mesh 8th On the one hand has a high local strength, which determines the penetration behavior of the protective sheath when hitting separated components, and on the other hand has a large global elasticity, which influences the energy reduction to a considerable extent when hitting a separated component. The ring mesh can be wound in one layer with overlapping, mutually attached ends or even in several layers around the outer surface of the relevant housing section A, B and / or C. It may further comprise the respective skeleton stretched or unstressed, wherein a taut arrangement is associated with a high energy absorption capacity and an untensioned arrangement results in a higher local strength, since in this case the rings are packed more tightly in the superimposed layers. The untensioned arrangement of several layers has compared to the tense arrangement of several layers less space. The metal rings 9 may have a different shape from the circle and be formed, for example, rectangular or elliptical. The arrangement in the successive or in individual rows different shaped or different large metal rings is conceivable. In principle, the number of layers wound around the skeleton and the size of the metal rings depend on the size of the energy to be absorbed by the respective housing section. It is also possible, the metal ring mesh 8th into a homogeneous embedding mass 13 , which may be made of epoxy resin, for example, thereby integrating the metal ring mesh 8th in addition to fix and to achieve an additional damping effect. The basic structure 10 consists of a ductile material in the present embodiment, but may equally consist of other, common in engine construction materials. Notwithstanding the embodiment described above, a correspondingly fixed metal ring mesh 8th also on the inner circumference of the skeleton 10 be arranged.

11
Fangehäuse (Gehäuseabschnitt A)Fan housing (housing section A)
22
Fanschaufelfan blade
33
äußeres Nebenstromgehäuseouter bypass housing
44
inneres Nebenstromgehäuseinner In addition to current housing
55
Rotorscheibenrotor discs
66
Schaufelnshovel
77
HochdruckkompressorHigh pressure compressor
88th
MetallringgeflechtChain mail
99
Metallringmetal ring
1010
Grundgerüstbackbone
1111
Haltestegholding web
1212
Abkröpfungbend
1313
Einbettungsmasseembedding mass
AA
Gehäuseabschnitt (Fangehäuse)housing section (Fan casing)
BB
Gehäuseabschnitt von 3 Housing section of 3
CC
Gehäuseabschnitt von 4 Housing section of 4

Claims (10)

Gehäuseabschnitt, insbesondere Fangehäuse, für ein Gasturbinentriebwerk, mit einer in durch abgetrennte Schaufel- oder Rotorteile gefährdeten Abschnitten (A, B, C) am Umfang eines Grundgerüstes (10) angeordneten elastischen Schutzumhüllung, dadurch gekennzeichnet, dass die am Innen- oder Außenumfang des Grundgerüstes (10) angebrachte Schutzumhüllung aus einem Metallringgeflecht (8) besteht.Housing section, in particular fan housing, for a gas turbine engine, with a section (A, B, C) endangered by separated blade or rotor parts at the circumference of a backbone ( 10 ) arranged elastic protective sheath, characterized in that the at the inner or outer periphery of the skeleton ( 10 ) protective cover made of a metal ring mesh ( 8th ) consists. Gehäuseabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallringgeflecht (8) aus Titan, Stahl oder Messing besteht.Housing section according to claim 1, characterized in that the metal ring mesh ( 8th ) consists of titanium, steel or brass. Gehäuseabschnitt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallringgeflecht (8) aus runden, ovalen oder rechteckigen Metallringen (9) besteht und die Ringgrößen und -stärken variabel sind.Housing section according to claim 2, characterized in that the metal ring mesh ( 8th ) made of round, oval or rectangular metal rings ( 9 ) and the ring sizes and strengths are variable. Gehäuseabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallringgeflecht (8) in mehreren Lagen um das Grundgerüst (10) gewickelt ist.Housing section according to claim 1, characterized in that the metal ring mesh ( 8th ) in several layers around the skeleton ( 10 ) is wound. Gehäuseabschnitt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallringgeflecht (8) unter Spannung aufgewickelt ist.Housing section according to claim 4, characterized in that the metal ring mesh ( 8th ) is wound under tension. Gehäuseabschnitt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallringgeflecht (8) ungespannt um das Grundgerüst (10) gelegt ist.Housing section according to claim 4, characterized in that the metal ring mesh ( 8th ) unclamped around the skeleton ( 10 ) is placed. Gehäuseabschnitt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lagen zur raumsparenden Anordnung des Metallringgeflechts jeweils in die Verschränkung der darunter liegenden Lage gelegt sind.housing section according to claim 6, characterized in that the individual layers for space-saving arrangement of the metal ring mesh each in the entanglement the underlying situation. Gehäuseabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Grundgerüst (10) zur axialen Fixierung des Metallringgeflechts (8) zwei im Abstand angeordnete umlaufende Haltestege (11) angebracht sind.Housing section according to claim 1, characterized in that on the skeleton ( 10 ) for the axial fixation of the metal ring mesh ( 8th ) two spaced circumferential retaining webs ( 11 ) are mounted. Gehäuseabschnitt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundgerüst (10) aus einem duktilen Material besteht.Housing section according to claim 8, characterized in that the skeleton ( 10 ) consists of a ductile material. Gehäuseabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Metallringgeflecht (8) zu dessen Fixierung und zur Erzielung eines zusätzlichen Dämpfungseffekts in eine homogene Einbettungsmasse (13) eingebunden ist.Housing section according to claim 1, characterized in that metal ring mesh ( 8th ) for its fixation and to achieve an additional damping effect in a homogeneous embedding mass ( 13 ) is involved.
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