DE1576981A1

DE1576981A1 - Beschaufelter Rotor,insbesondere fuer Gasturbinenstrahltriebwerke

Info

Publication number: DE1576981A1
Application number: DE19671576981
Authority: DE
Inventors: Middleton Henry Edward; Jack Palfreyman
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1966-11-29
Filing date: 1967-11-28
Publication date: 1970-07-02
Also published as: US3532439A; CH478334A

Description

PATENTANWÄLTE DIPL-ING. CURT WALLACH DIPL.-ING. GONTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

8 MÜNCHEN 2_r 2b. November 1967 UNSERZEicHEN: _in.₂₁ . _K/_vM

Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England.

Beschaufelter Rotor insbesondere für Gasturbinenstrahltriebwerke

Die Erfindung bezieht sich auf einen beschaufelten Rotor insbesondere für Gasturbinenstrahltriebwerke.

Gemäß der Erfindung ist ein beschaufelter Rotor mit wenigstens einer Reihe im Winkelabstand zueinander angeordneter Schaufeln in der Weise ausgebildet, daß die Schaufelfüße am Rotor durch am Rotor festgelegtes Pasierstoffmaterial gehaltert sind, wobei wenigstens ein Teil der Zentrifugalbelastung,der die Schaufeln im Betrieb unterworfen sind, durch das Fasierstoffmaterial über eine Scherbelastung auf den Rotor übertragen werden.

Das Paserstoffmaterial ist ein solches, das den Zentrifugalkräften, denen es ausgesetzt ist, widerstehen kann; dadurch wird es möglich, die Schaufeln am Rotor durch eine Konstruktion festzulegen, die sowohl fester als auch leichter ist als die bisherigen Konstruktionen.

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Das Paserstoffmaterial ist vorzugsweise auch mit den Schaufelfüßen verbunden.

Die Schaufeln können zusätzlich zu ihrer Befestigung durch das Faserstoffmaterial auch noch auf andere V/eise mit dem Rotor verbunden sein.

Das Faserstoffmaterial kann über die Schaufelfüße derart geführt sein, daß die Schaufelfüße am Rotor festgelegt sind. Stattdessen kann der Schaufelfuß jeder Schaufel mit axial gegenüberliegenden Stirnflächen versehen sein, an denen das Faserstoffmaterial festgelegt ist, wobei die Zentrifugalbelastung von den Schaufelfüßen nach dem Faserstoffmaterial über eine Scherbeanspruchung übertragen wird.

Das Faserstoffmaterial wird vorzugsweise durch faserverstärkte synthetische Kunstharzbänder gebildet. Diese Bänder können miteinander in den Bereichen verbunden werden, in denen sie überelnanderliegen.

Die Schaufeln und der Rotor sind zweckmäßigerweise aus faserverstärktem synthetischem Kunstharzmaterial hergestellt.

Die Fasern sind vorzugsweise kohlenstoffhaltige Fasern oder Borfasern.

Das synthetische Kunstharzmaterial kann z.B. ein Epoxydharz, ein Polyimid-, ein Polyquinoxalin-oder ein Polythiazol-Kunstharz sein.

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Stattdessen können die Fasern des Faserstoffmaterials mit einem Metall oder einer Legierung überzogen sein. Das Metall kann z.B. Beryllium, Kobalt, Chrom, Nickel, Hafnium, Niob, Osmium, Palladium, Platin, Rhenium, Rhodium, Tantal oder Vanadium sein und die Legierung kann z.B. Nickel-Chrom-Legierung sein.

Die Fasern können dadurch überzogen werden, daß sie durch ein Bad des Metalls oder der Legierung gezogen werden. Die Fasern können auch dadurch überzogen werden, daß sie elektrolytisch mit dem Metall oder der Legierung plattiert werden. Stattdessen können die Fasern auch dadurch überzogen .werden, da;3 sie besprüht werden oder daß das Metall oder die Legierung durch Vakuumablagerung aufgebracht wird.

Kohlenstoffhaltige Textilfasern können z.B. durch einen C!en hindurchtreten und dann direkt in das Bad einlaufen.

Falls Fasern benutzt werden, die mit einem Metall oder einer Legierung überzogen werden, kann die Bindung durch elektrolytische Plattierung, durch Verlöten, durch Elektronenstrahlschweißen oder durch Besprühung mit Metall oäer einer Legierung bewirtet werden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Gasturbinenstranltriebwerk, das mit einem derart beschaufelten Rotor ausgestattet ist.

Nachstehend werden Ausführungsbeistiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

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Pig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Rotors mit Schaufelbefestigung,

ο 4 ^Stirnansicht der ,in Flg. 1 darges teilten_Αμρführungs· Fig. 2 eine dtaatxRfcgxfacflüiMuu

form der Schaufelbefestigung,

Fig. J eine weitere Möglichkeit der Schaufelbefestigung nach der Erfindung.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.l sind faserverstärkte synthetische Kunstharzschaufeln 10 in einer Reihe im Winkelabstand zueinander angeordnet und sie werden an einem faserverstärkten synthetischen Kunstharzrotor 11 in der nachstehend beschriebenen Weise festgelegt. Die Schaufeln 10 besitzdcen Schaufelfüße 12, die am Rotor 11 festgelegt werden. Dieser Rotor kann z.B. der Kompressor eines Gasturbinenstrahltriebwerke sein. Der Rotor 11 ist hohl ausgebildet und besitzt Seitenwände Ij^-, 14 und eine Umfangswand 15, auf der die Schaufeln 10 festgelegt werden. Die Schaufeln 10 sind ebenfalls vorzugsweise hohl, um ein Kühlmittel, z.B. Kühlluft, hindurchtreten zu lassen, das durch nicht-dargestellte Mittel nach dem Inneren des Rotors 11 geleitet wird und von dort nach außen durch die Schaufeln 10 strömt, um letztere zu kühlen.

Die Schaufeln 10 sind am Rotor 11 durch faserverstärkte Bänder IC aus synthetischem Kunstharz festgelegt .und diese Bänder sind über die SchaufelfüSe 12 geführt. Die Bänder 16 werden sowohl mit dem Rotor 11 als auch mit den Schaufelfuß en 12 verbunden, über die sie gelegt sind und wenigstens ein Teil der Zentrifu-

0 0 τ- ν 2 7 / 0 A 1 6 ^{BAD 0Hiü}"'"^iHL

galkräfte, denen die Schaufeln 10 ausgesetzt sind, wenn das Triebwerk im Betrieb befindlich ist, werden durch die Bänder 16 über eine Scherbeanspruchung auf den Rotor 11 übertragen; Palis erforderlich, können die Schaufeln auch zusätzlich mit dem Rotor 11 verbunden werden.

Stattdessen können Pasern, z.B. Kohlenstoffasern, benutzt werden, um die Schaufelfüße 12 am Rotor 11 festzulegen und diese könnten dann abschließend in dem synthetischen Kunstharzmaterial eingebettet werden.

Die Bänder 16 können vollständig um den Rotor 11 herumgeführt sein, jedoch ist dies nicht unbedingt notwendig. Ein Teil der Zentrifugalbelastungen, denen die Schaufeln ausgesetzt sind, wird direkt durch den Rotor 11 aufgenommen.

Die aus Pig.l ersichtliche Zusammenstellung wird abschließend in einer Form plaziert und ausgehärtet.

Schau-Gemäß Pig.2 können die Bänder 16 von dem Schaufelfuß 12 einer:xB3sa£öHC

10 über eine Seitenwand IJ oder 14 über den Schaufelfuß 12

einer anderen Schaufel 10 geführt sein und so weiter. Da die Bänder an den Seitenwänden IJ, 14 festgelegt sind, wird wenigstens ein Teil der Zentrifugalkräfte, denen die Schaufeln 10 ausgesetzt sind, über eine Scherbeanspruchung auf die Seitenwände IJ,14 übertragen. Der Rotor 11 ist natürlich so ausgebildet, daß er die auf ihn übertragenen Zentrifugalkräfte aufnehmen kann. Wenn die auf den Rotor

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11 zu übertragenden Kräfte hoch sind, dann hat der Rotor eine entsprechend massive Konstruktion, während dann, wenn nur geringe Belastungen übertragen werden müssen, der Rotor 11 von leichter Bauart sein kann.

Das Gewebe der Pasern in den Bändern 16 sollte derart sein, daß eine maximale Berührung zwischen den Pasern und den Seitenwänden 13,14 vorhanden ist, um eine maximale Übertragung der Belastung zu gewährleisten. Hierdurch werden zentrierte Beanspruchungen vermieden. Die Anordnung der Bänder 16 zum Zwecke der Befestigung am Rotor 11 hängt von der Zahl der Schaufeln 10 und der Dicke und Länge der verwendeten Pasern ab. Die Bänder 16 und die Pasern sollten so angeordnet sein, daß sie sich in einer möglichst geringen Zahl überkreuzen. Jede Richtungsänderung der Fasern erzeugt Biegebeanspruchungen und diese sollten so gering als möglich gehalten werden.

Die Fasern können mittels eines Fadenaufwickelgerätes um die Schaufeln herumgeführt werden, wobei dieses Aufwickelgerät eine automatische Anzeige der Wicklungszahl liefert, so daß eine vorgewählte Zahl von Fasern zwischen jedem Schaufelpaar aufgewickelt wird, bevor die Wicklung an der nächsten Stelle fortgesetzt wird.

Bei der Ausführungsform nach Pig.l und 2 liegt ein gewisser Druck auf den Fasern der Schaufeln an einem Punkt, wo sie durch die Bänder 16 berührt werden. Wenn es erwünscht ist, derartige Faserzusammendrückungen zu vermeiden, empfiehlt sich die Konstruktion nach Pig.3 ·

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Bei der Ausführungsform nach Fig.Z hat der Rotor 11 etwa die Gestalt nach Fig.l, aber die Schaufeln 20 besitzen Schaufelfüße 21 mit axial gegenüberliegenden Stirnflächen 22, die, wie dargestellt, flach ausgebildet sein können oder aber auch gekrümmt verlaufen. Bänder 23 aus faserverstärktem synthetischem Kunstharzmaterial sind an diesen Stirnflächen 22 festgelegt und ebenso an den Seitenwänden 15,14. Die Bänder 1; Uberkreuzen einander in den Bereichen 24, in denen sie miteinander verbunden sind. Auch hier können wieder,anstatt Bänder 2* zu benutzen, Fasern Anwendung finden, die nach ihrer Festlegung am Rotor in einem synthetischen Kunstharzmaterial eingebettet werden. Wenigstens ein Teil der Zentrifugalbelastungen der Schaufeln 20 werden durch Scherbeanspruchung auf die Bänder und von diesen auf den Rotor 11 übertragen.

Der Rotor 11 kann mit ^jTy««*«»E«w»-g*M in Umfangsrichtung verlaufenden Fasern (nicht dargestellt) versehen sein, um die Belastungen aufzunehmen, d.h. es können Fasern parallel zum Umfang des Rotors geführt werden. Die Bänder können an diesen in Umfangsrichtung verlaufenden Fasern festgelegt werden und die Fasern können in der Nähe des Mittelpunktes des Rotors mit diesem verbunden sein. Die in Umfangsrichtung verlaufenden Fasern können in mehreren Ringen angeordnet werden, die radial im Abstand zueinander liegen. Dadurch wird ein Rotor mit leichtem Gewicht erhalten.

Patentansprüche ;

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Claims

Patentansprüche :

1. Beschaufelter Rotor mit wenigstens einer Reihe von im Winkelabstand zueinander angeordneten Schaufeln, deren Füße am Rotor festgelegt sind,

dadurch gekennzeichnet , daß die Schaufelfüße am Rotor (11) durch Fasermaterial (l6) befestigt sind, das am Rotor festgelegt ist, und daß wenigstens ein Teil der Zentrifugalkräfte, denen die Schaufeln (10) im Betrieb ausgeaäbzt sind, durch das Fasermaterial (16) unter Scherbeanspruchung auf den Rotor übertragen wird.

2. Rotor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial (16) auch mit den Schaufelfüßen (12) der Schaufeln (10) verbunden 1st.

Z. Rotor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaufeln (10) zusätzlich zu ihrer Befestigung am Rotor (13) durch das Faserstoffmaterial (16) am Rotor unmittelbar festgelegt sind.

4. Rotor nach den Ansprüchen 1 bis J,

dadurch gekennzeichnet, da,2 das Faserstoffmaterial (16) über die Schaufelfüße (12) der Schaufeln (10) derart geführt ist, daß die Schaufelfüße (12) am Rotor (11) festgebunden sind. ■

0 C - -: 2 ' / 0 A 1 6

5. Rotor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelfuß (12) jeder Schaufel (10) axial gegenüberliegende Stirnflächen (22) aufweist, an denen das Paserstoffmaterial (23) festgelegt ist,und daß die Zentrifugalkräfte vom Schaufelfuß (21) auf* das Faserstoffmaterial (23) über Scherbelastungen übertragen werden.

6. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Paserstoffmaterial von faserverstärkten synthetischen Kunstharzbändern (16,23) gebildet wird.

7· Rotor nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet , daß die Bänder (23) miteinander in Bereichen verbunden sind, in denen sie einander überkreuzen.

8. Rotor nach den Ansprüchen 1 bis 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (10) und der Rotor (11) aus faserverstärktem synthetischem Kunstharzmaterial besteht.

9· Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Paserstoffmaterial kohlenstoffhaltige Fasern oder Borfasern aufweist.

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10. Rotor nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennz eichnet , daß das synthetische Kunstharz ein Epoxydharz, ein Polyimidharz, ein Polyquinoxalinharz oder ein Polythiazolharz ist.

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