DE102019201658A1 - PROCEDURE FOR RENEWING AN INTAKE LAYERING OF A CASE-ELECTRIC POWER PLANT - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erneuern eines Einlaufbelags (9) eines Mantelstromtriebwerks (1), und zwar des Einlaufbelags (9) des Fans (5), bei welchem Verfahren- der Fan (5) ausgebaut wird;- ein Formwerkzeug (20) angesetzt wird; und- mit dem Formwerkzeug (20) ein Einlaufbelagmaterial (51) angespritzt wird.The present invention relates to a method for renewing an inlet lining (9) of a turbofan engine (1), namely the inlet lining (9) of the fan (5), in which method the fan (5) is removed; - a molding tool (20) is set; and an inlet lining material (51) is injected with the molding tool (20).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erneuern eines Einlaufbelags eines Mantelstromtriebwerks.The present invention relates to a method for renewing an intake lining of a turbofan engine.
Stand der TechnikState of the art
Funktional gliedert sich ein Flugtriebwerk in Verdichter, Brennkammer und Turbine. Dabei wird angesaugte Luft vom Verdichter komprimiert und in der nachgelagerten Brennkammer mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt. Das entstehende Heißgas, eine Mischung aus Verbrennungsgas und Luft, durchströmt die nachgelagerte Turbine und wird dabei expandiert. Sowohl die Turbine als auch der Verdichter sind in der Regel mehrstufig aufgebaut. Im Falle eines Mantelstromtriebwerks mit einem Fan teilt sich der Luftstrom diesem nachgelagert auf einen inneren Luftstrom (Primärstrom), der in die Brennkammer gelangt, und einen äußeren Luftstrom (Sekundärstrom) auf.Functionally, an aircraft engine is divided into a compressor, combustion chamber and turbine. Air that is sucked in is compressed by the compressor and burned in the downstream combustion chamber with the added kerosene. The resulting hot gas, a mixture of combustion gas and air, flows through the downstream turbine and is expanded in the process. Both the turbine and the compressor are usually constructed in several stages. In the case of a turbofan engine with a fan, the downstream airflow is divided into an internal airflow (primary flow), which enters the combustion chamber, and an external airflow (secondary flow).
Um eine Leckage zu reduzieren, also eine parasitäre Luftströmung radial außen an dem Fan vorbei, wird dieser nach außen hin von einem Einlaufbelag eingefasst. Im Betrieb streifen die Schaufeln des Fans mit ihren radial äußeren Enden entlang des Einlaufbelags. Wird dieser im Zuge der Betriebsdauer zunehmend abgenutzt (Erosion), nehmen Leckagen zu, was eine Wirkungsgradeinbuße bedeuten kann.In order to reduce leakage, that is, a parasitic air flow past the fan radially on the outside, the fan is surrounded on the outside by an inlet coating. In operation, the blades of the fan brush with their radially outer ends along the inlet coating. If this becomes increasingly worn in the course of its service life (erosion), leaks increase, which can mean a reduction in efficiency.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein vorteilhaftes Verfahren zum Erneuern eines Einlaufbelags eines Mantelstromtriebwerks anzugeben.The present invention is based on the technical problem of specifying an advantageous method for renewing an intake lining of a turbofan engine.
Dies wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Dabei wird zur Erneuerung des Einlaufbelags der Fan ausgebaut, und es wird ein Einlaufbelagmaterial mit einem Formwerkzeug angespritzt.This is achieved according to the invention with the method according to
Das Formwerkzeug kann dem Einlaufbelagmaterial vorteilhafterweise seine finale Form vorgeben, sodass also bspw. kein nachträgliches Auf-Maß-Drehen erforderlich ist. Gegebenenfalls muss entgratet werden, was aber deutlich weniger Aufwand bedeutet. Mit seiner Kavität, in welche das Einlaufbelagmaterial eingespritzt wird, definiert das Formwerkzeug die nach radial innen gewandte Innenmantelfläche des erneuerten Einlaufbelags, entlang welcher dann später im Betrieb die Schaufelblätter streichen. Das Anspritzen des Einlaufbelagmaterials, also das Aufbringen in einer abgeschlossenen Kavität, kann bspw. im Vergleich zu einem Aufstreichen auch die Materialgüte verbessern. Es lassen sich damit bspw. Lufteinschlüsse verringern, was die Standzeit des erneuerten Einlaufbelags erhöhen kann.The molding tool can advantageously predefine its final shape for the run-in covering material so that, for example, no subsequent turning to size is required. It may be necessary to deburr, but this means significantly less effort. With its cavity, into which the running-in lining material is injected, the molding tool defines the radially inwardly facing inner circumferential surface of the renewed running-in lining, along which the blade blades then move later during operation. Injection molding of the running-in covering material, that is to say applying it in a closed cavity, can also improve the material quality, for example, compared to brushing on. In this way, for example, air inclusions can be reduced, which can increase the service life of the renewed run-in covering.
Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, die zumindest implizit hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen ist. „Axial“ bzw. „radial“ und „umlaufend“, sowie die zugehörigen Richtungen, beziehen sich auf die Drehachse des Fans, die mit einer Längsachse des Triebwerks zusammenfällt.Preferred embodiments can be found in the dependent claims and the entire disclosure, which is to be read at least implicitly with regard to all claim categories. "Axial" or "radial" and "circumferential", as well as the associated directions, refer to the axis of rotation of the fan, which coincides with a longitudinal axis of the engine.
Der Einlaufbelag des Fans ist nach Ausbau des Fans gut von axial vorne zugänglich. Aufgrund des relativ großen Durchmessers lässt sich zudem das Spritzgusswerkzeug gut ansetzen und kommen Effizienzvorteile gegenüber einer rein manuellen Erneuerung, bspw. einem Abschleifen in Verbindung mit einem nachfolgenden Aufstreichen des Einlaufbelagmaterials, im Besonderen zu tragen.After removing the fan, the inlet lining of the fan is easily accessible axially from the front. Due to the relatively large diameter, the injection molding tool can also be attached easily and there are efficiency advantages compared to a purely manual renewal, for example grinding in connection with a subsequent brushing on of the running-in lining material.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Formwerkzeug mit einem Manipulator angesetzt, der anstelle des ausgebauten Fans auf der Welle des Mantelstromtriebwerks montiert wird. Die Welle bzw. deren Drehachse kann damit als Referenz genutzt werden, was eine exakte Positionierung ermöglichen bzw. den Positionieraufwand verringern kann. Bevorzugt wird der Manipulator über einen Adapter auf der Welle montiert, der drehbar auf der Welle sitzt. Mit einem Positionsantrieb, der sich bspw. mit einer Walze an dem Gehäuse abstützt, lässt sich die Drehposition des Adapters und damit des Manipulators verändern. Als Manipulator kann im Allgemeinen bspw. ein Linearantrieb vorgesehen sein, mit dem das Formwerkzeug nach radial außen angesetzt und nach dem Anspritzen und Aushärten nach radial innen wieder abgenommen werden kann.According to a preferred embodiment, the molding tool is applied with a manipulator, which is mounted on the shaft of the turbofan engine instead of the removed fan. The shaft or its axis of rotation can thus be used as a reference, which enables exact positioning or can reduce the positioning effort. The manipulator is preferably mounted on the shaft via an adapter which is rotatably seated on the shaft. The rotary position of the adapter and thus of the manipulator can be changed with a position drive, which is supported on the housing, for example with a roller. A linear drive, for example, can generally be provided as the manipulator, with which the molding tool can be applied radially outwards and removed again radially inwards after the injection molding and curing.
In bevorzugter Ausgestaltung ist als Manipulator ein Gelenkarm vorgesehen, der mit Aktoren ausgestattet gelenkig bewegbar ist (einem Gelenkarmroboter vergleichbar). Das Formwerkzeug kann dann durch Strecken des Gelenkarms nach radial außen angesetzt werden und nach dem Anspritzen durch Abknicken des Gelenkarms wieder abgenommen werden. Die Verwendung eines Gelenkarms kann generell die Flexibilität erhöhen, das Formwerkzeug lässt sich bspw. auch leicht schräg abnehmen, was in Abhängigkeit von der Geometrie des Einlaufbelags das Entformen vereinfachen kann. Zudem kann ein Gelenkarm auch eine Anpassung dahingehend ermöglichen, dass mit demselben Manipulator unterschiedliche Triebwerkstypen bearbeitet werden können, es muss dann lediglich das Formwerkzeug und gegebenenfalls der Adapter zum Aufsetzen auf die Welle ausgetauscht werden.In a preferred embodiment, an articulated arm is provided as a manipulator, which is equipped with actuators and can be moved in an articulated manner (comparable to an articulated arm robot). The molding tool can then be attached by stretching the articulated arm radially outwards and removed again after the injection molding process by kinking the articulated arm. The use of an articulated arm can generally increase flexibility; the molding tool can, for example, also be removed at a slight angle, which can simplify demolding depending on the geometry of the run-in coating. In addition, an articulated arm can also enable adaptation to the effect that different engine types can be processed with the same manipulator; only the molding tool and, if necessary, the adapter for mounting on the shaft then have to be exchanged.
In bevorzugter Ausgestaltung wird der Einlaufbelag, der erneuert werden soll, vor dem Ansetzen des Formwerkzeugs materialabtragend bearbeitet, vorzugsweise durch Fräsen. Es können insbesondere Schadstellen abgetragen werden, bevorzugt kann ein vollständig umlaufender Materialabtrag sein. Damit kann für das Ansetzen des Formwerkzeugs eine definierte Geometrie geschaffen werden, zudem kann eine infolge des Materialabtrags angeraute Oberfläche auch die Haftung des dann angespritzten Einlaufbelagmaterials verbessern. In a preferred embodiment, the running-in coating that is to be renewed is machined to remove material before the molding tool is attached, preferably by milling. In particular, damaged areas can be removed; a completely circumferential material removal can be preferred. In this way, a defined geometry can be created for the attachment of the molding tool; in addition, a surface roughened as a result of the material removal can also improve the adhesion of the run-in coating material then injected on.
Ein entsprechendes Materialabtragewerkzeug, vorzugsweise ein Fräswerkzeug, wird in bevorzugter Ausgestaltung mit einem Manipulator angesetzt, der anstelle des ausgebauten Fans auf der Welle montiert wird. Es ergeben sich dieselben Vorteile hinsichtlich Ausrichtung und Präzision wie eben für das Formwerkzeug diskutiert. In bevorzugter Ausgestaltung werden das Materialabtragewerkzeug und das Formwerkzeug nacheinander mit demselben Manipulator angesetzt, bspw. dem Gelenkarm. Nach dem Ausbau des Fans wird also der Manipulator auf der Welle montiert, wobei dieser dann zunächst das Materialabtragewerkzeug trägt. Nach dem Materialabtragen/Ausfräsen wird das Werkzeug getauscht, wobei der Manipulator bevorzugt auf der Welle montiert bleibt. Nach dem Umrüsten auf das Formwerkzeug kann dann das Einlaufbelagmaterial angespritzt werden.A corresponding material removal tool, preferably a milling tool, is attached in a preferred embodiment with a manipulator that is mounted on the shaft instead of the removed fan. The same advantages in terms of alignment and precision result as just discussed for the molding tool. In a preferred embodiment, the material removal tool and the molding tool are attached one after the other with the same manipulator, for example the articulated arm. After the fan has been removed, the manipulator is mounted on the shaft, which then initially carries the material removal tool. After the material has been removed / milled out, the tool is exchanged, with the manipulator preferably remaining mounted on the shaft. After converting to the molding tool, the running-in lining material can then be injected.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Formwerkzeug nur über ein Umlaufsegment (also nicht vollständig umlaufend) und wird es nacheinander segmentweise angesetzt. An der Grenzfläche umlaufend zwischen zwei Segmenten kann dabei bspw. ein Gewebe miteingespritzt werden, das dann abgerissen wird; damit kann ein dichter Anschluss zwischen den Segmenten realisiert werden. Generell kann der Einlaufbelag dabei mit einem einzigen Formwerkzeug erneuert werden, kann aber auch gleichzeitig mit mehreren Formwerkzeugen auf unterschiedlichen Umlaufpositionen angespritzt werden. Mehrere Formwerkzeuge können auch sequenziell eingesetzt werden, bspw. mit Blick auf erforderliche Auskühlzeiten.According to a preferred embodiment, the molding tool extends only over a segment of a circulating system (that is, not completely encircling) and is attached one after the other in segments. At the boundary between two segments, for example, a tissue can also be injected, which is then torn off; this enables a tight connection between the segments. In general, the run-in coating can be renewed with a single molding tool, but it can also be injected simultaneously with several molding tools in different circulating positions. Several molding tools can also be used sequentially, for example with a view to the required cooling times.
In Folge der Begrenzung auf ein Umlaufsegment kann das Formwerkzeug bspw. eine in Umlaufrichtung genommene Weite von höchstens 2 m, bevorzugt höchstens 1,5 m haben (mögliche Untergrenzen können bspw. bei mindestens 0,5 m bzw. 0,8 m liegen). Die Begrenzung der Größe kann mit Blick auf das Gesamtgewicht von Vorteil sein und eine präzise Handhabung durch den Manipulator ermöglichen.As a result of the limitation to a circumferential segment, the molding tool can, for example, have a width in the circumferential direction of at most 2 m, preferably at most 1.5 m (possible lower limits can be at least 0.5 m or 0.8 m, for example). Limiting the size can be advantageous with regard to the total weight and enable precise handling by the manipulator.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das Formwerkzeug aus einem Faserverbundmaterial vorgesehen, bspw. einem Glas- oder insbesondere Kohlenstofffaser-verstärktem Material. Dies kann wiederum mit Blick auf das Gewicht und damit eine gute Handhabbarkeit durch den Manipulator vorteilhaft sein.In a preferred embodiment, the molding tool is provided from a fiber composite material, for example a glass or, in particular, carbon fiber reinforced material. This can in turn be advantageous with a view to the weight and thus easy handling by the manipulator.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das angespritzte Einlaufbelagmaterial mit einer Heizeinrichtung geheizt und damit gehärtet. Dies erfolgt bei noch angesetztem Formwerkzeug, dieses wird erst nach einem An- bzw. Aushärten abgenommen. Als Heizeinrichtung kann bspw. ein Heißluftgebläse vorgesehen sein, mit dem das Formwerkzeug aufgeheizt wird. Es kann auch eine Heizeinrichtung in das Formwerkzeug integriert sein, bspw. in Form einer elektrisch leitfähigen Spirale, z. B. aus Kohlenstofffasern. Unabhängig von der Art der Wärmeerzeugung im Einzelnen erfolgt der Vorgang bevorzugt temperaturgesteuert, wird also im Bereich der Wärmeerzeugung bzw. -einbringung die Temperatur mit einem Temperatursensor gemessen, um einer Überhitzung vorzubeugen.According to a preferred embodiment, the injection-molded running-in covering material is heated with a heating device and thus hardened. This takes place with the molding tool still attached; this is only removed after it has partially hardened. A hot air blower, for example, with which the molding tool is heated, can be provided as the heating device. A heating device can also be integrated into the molding tool, for example in the form of an electrically conductive spiral, e.g. B. made of carbon fibers. Regardless of the type of heat generation in detail, the process is preferably temperature-controlled, that is, in the area of heat generation or introduction, the temperature is measured with a temperature sensor in order to prevent overheating.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Formwerkzeug eine Mehrzahl Injektionskanäle auf, die in die von dem Formwerkzeug begrenzte Kavität münden. Bevorzugt gibt es umlaufend verteilt mehrere Injektionskanäle, besonders bevorzugt zusätzlich auch axial verteilt. Dies kann ein gleichmäßiges Einbringen des Einlaufbelagmaterials ermöglichen und damit bspw. die Materialgüte erhöhen helfen.According to a preferred embodiment, the molding tool has a plurality of injection channels which open into the cavity delimited by the molding tool. There are preferably several injection channels distributed around the circumference, particularly preferably also distributed axially. This can enable the running-in covering material to be introduced evenly and thus, for example, help to increase the material quality.
In bevorzugter Ausgestaltung wird ein Injektionswerkzeug, mit dem das Einlaufbelagmaterial injiziert wird, nacheinander an die einzelnen Injektionskanäle gesetzt. Dabei kann durch einen Injektionskanal so lange Einlaufbelagmaterial injiziert werden, bis dieses an den bzw. durch die nächstbenachbarten Injektionskanäle sichtbar wird. Anschließend wird das Injektionswerkzeug an einen dieser nächstbenachbarten Injektionskanäle gesetzt und wird wiederum bis zu einem Sichtbarwerden in anderen Injektionskanälen injiziert. Mit diesem Vorgehen kann nicht ausgefüllten Hohlräumen zwischen den einzelnen Injektionskanälen vorgebeugt werden. Jene Injektionskanäle, durch die bereits injiziert wurde, können dann bspw. mit einem Stopfen verschlossen werden, bspw. einem PTFE-Stopfen. Dies kann ein schnelles Verschließen und auch gutes Reinigen ermöglichen. Zuvor kann das Injektionswerkzeug bspw. mit einem PTFE-Adapterstück angesetzt werden.In a preferred embodiment, an injection tool, with which the run-in coating material is injected, is placed one after the other on the individual injection channels. In this case, enema covering material can be injected through an injection channel until it becomes visible on the or through the next adjacent injection channels. The injection tool is then placed on one of these next adjacent injection channels and is again injected into other injection channels until it is visible. With this procedure, empty cavities between the individual injection channels can be prevented. Those injection channels through which the injection has already been carried out can then be closed with a stopper, for example a PTFE stopper. This can enable quick closing and also good cleaning. The injection tool can be attached beforehand, for example with a PTFE adapter piece.
Das Einlaufbelagmaterial ist in bevorzugter Ausgestaltung ein Mehrkomponentenmaterial, insbesondere ein duroplastisches Material. Exemplarisch wird verwiesen auf LOCTITE EA 9891 RP AERO. Das Mehrkomponentenmaterial wird vor der Injektion bevorzugt in einer Kartusche angemischt, also in einem abgeschlossenen Behältnis und damit ohne wesentlichen Kontakt zur Außenluft. Dies kann der Bildung von Luftbläschen in dem Einlaufbelagmaterial vorbeugen und damit die Güte erhöhen. Bevorzugt wird die Kartusche zugleich als Injektionswerkzeug genutzt, einer Spritze vergleichbar. In einem Innenraum der Kartusche, in dem das Einlaufbelagmaterial angemischt wird, ist dann also ein beweglicher Kolben vorgesehen, mit dem das Einlaufbelagmaterial aus der Kartusche herausgedrückt werden kann. Der Ausgang der Kartusche wird über ein Rohr bzw. einen Schlauch mit dem jeweiligen Injektionskanal verbunden, das Einlaufbelagmaterial gelangt so weitgehend ohne Kontakt zur Außenluft in die Kavität. Prinzipiell kann das Injizieren auch automatisiert erfolgen, es lässt sich aber auch ebenso händisch umsetzen.In a preferred embodiment, the running-in lining material is a multi-component material, in particular a thermosetting material. As an example, reference is made to LOCTITE EA 9891 RP AERO. Before the injection, the multicomponent material is preferably mixed in a cartridge, i.e. in a closed container and thus without any significant contact with the outside air. This can prevent the formation of air bubbles in the running-in lining material and thus increase the quality. Prefers the cartridge is also used as an injection tool, comparable to a syringe. In an interior of the cartridge in which the inlet lining material is mixed, a movable piston is then provided with which the inlet lining material can be pushed out of the cartridge. The outlet of the cartridge is connected to the respective injection channel via a pipe or hose, so that the inlet lining material enters the cavity largely without contact with the outside air. In principle, the injection can also be automated, but it can also be done manually.
Die Erfindung betrifft auch eine Anspritzvorrichtung gemäß Anspruch 15, die einen Manipulator und ein Formwerkzeug aufweist. Bezüglich weiterer Vorrichtungsmerkmale wird ausdrücklich auf die vorstehende Offenbarung verwiesen.The invention also relates to an injection device according to claim 15, which has a manipulator and a molding tool. With regard to further device features, express reference is made to the above disclosure.
FigurenlisteFigure list
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.The invention is explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment, with the individual features within the framework of the independent claims also being essential to the invention in other combinations and furthermore no distinction is made between the different claim categories.
Im Einzelnen zeigt
-
1 ein Mantelstromtriebwerk in einem schematischen Axialschnitt; -
2 ein Formwerkzeug zum Anspritzen von Einlaufbelagmaterial, in einer Schrägansicht von vorne; -
3 das Formwerkzeug gemäß2 im angesetzten Zustand, und zwar in einem Axialschnitt zusammen mit einem Gehäuseteil; -
4 die Handhabung des Formwerkzeugs mit einem Manipulator in einer schematischen, teilweise geschnittenen Seitenansicht; -
5 eine Kartusche zum Anmischen und Injizieren des Einlaufbelagmaterials in einem schematischen Schnitt.
-
1 a turbofan engine in a schematic axial section; -
2 a molding tool for injecting run-in lining material, in an oblique view from the front; -
3 the molding tool according to2 in the attached state, namely in an axial section together with a housing part; -
4th the handling of the molding tool with a manipulator in a schematic, partially sectioned side view; -
5 a cartridge for mixing and injecting the running-in lining material in a schematic section.
Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Um diesen Einlaufbelag
Der Manipulator
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- MantelstromtriebwerkTurbofan engine
- 22
- Verdichtercompressor
- 2.12.1
- Erste StufeFirst stage
- 33
- BrennkammerCombustion chamber
- 44th
- Turbineturbine
- 55
- Fanfan
- 6.16.1
- PrimärstromPrimary current
- 6.26.2
- SekundärstromSecondary current
- 77th
- SchaufelnShovels
- 88th
- Gehäusecasing
- 99
- EinlaufbelagRun-in coating
- 2020th
- FormwerkzeugForming tool
- 2121st
- InjektionskanäleInjection channels
- 2222nd
- HeizeinrichtungHeating device
- 2323
- UmlaufsegmentCirculation segment
- 4040
- Manipulatormanipulator
- 4141
- Adapteradapter
- 4242
- Wellewave
- 4343
- Arm (für Positionsantrieb)Arm (for position drive)
- 4444
- PositionsantriebPosition drive
- 4545
- MaterialabtragewerkzeugMaterial removal tool
- 5050
- InjektionswerkzeugInjection tool
- 5151
- EinlaufbelagmaterialRun-in lining material
- 51.151.1
- Harzresin
- 51.251.2
- HärterHarder
- 5252
- Kartuschecartridge
- 5353
- Trennwandpartition wall
- 5454
- StößelPlunger
- 5555
- Mischermixer
- 5656
- StutzenSupport
- 5757
- Kolbenpiston
Claims (15)
Priority Applications (1)
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