DE1751156A1 - Schaufelanordnung fuer Stroemungsmaschinen und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents
Schaufelanordnung fuer Stroemungsmaschinen und Verfahren zur Herstellung derselbenInfo
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Description
Schaufelanordnung für Strömungsmaschinen und Verfahren zur Herstellung derselben
für einen beschaufelten Rotor eines Gasturbinenstrahltriebwerkes,
und auf ein Verfahren zur Herstellung.
Qemäß der Erfindung wird das Verfahren 2ur Herstellung der
Schaufelanordnung in der Welse durchgeführt, daß wenigstens eine
Reihe Im Winkelabstand zueinander liegender Schaufeln gebildet wird und daß die Schaufelfüße dann mit wenigstens einer Länge
aus Fasermaterial verbunden werden, über welches die bei Drehung der Schaufelanordnung erzeugten Zentrifugalkräfte übertragen
werden. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Windungen aus Fasermaterial
um die Schaufelfüße gewickelt und jede Windung erstreckt sich umfangsmäßig über einen Rotor und läuft über den Schaufel«
fuß sämtlicher Schaufeln der Reihe.
009β40/03Ε2
Die aue Paeermaterial bestehenden Windungen ermöglichen es
nicht nur, daS die Schaufelanordnung den bei Drehung erzeugten
Zentrifugalkräften standhalten kann, sondern sie verbinden die Schaufeln auch über eine Konstruktion, die einerseits etlrker
und andererseits leichter als die bisher benutzten Konstruktionen 1st.
Der Schaufelfuß Jeder Schaufel 1st vorzugsweise mit zwei an
gegenüberliegenden Seiten des Schaufelprofils liegenden Ausnehmungen
ausgestattet, die sich über die radial äußeren Oberflächen der SchaufelfUße erstrecken, wobei die Windungen in diese Ausnehmungen eingelegt sind.
Nachdem diese aus Fasermaterial bestehenden Windungen In diese
Ausnehmungen eingelegt sind, kOnnen sie darin zu einer kompakten Masse zusammengedrängt werden.
Das Paserstoffmaterial besteht vorzugsweise aus kohlenstoffhaltigen
Pasern oder aus Borfasern.
Die Pasern des Pasenaaterials können alt eine« sytttHetlichen
Kunstharz z.B. mit eine« Epoxydharz, eine» Poljrlttldttar*, eine»
Polyquinoxalinharx oder eine» Polythiaxolhar* ttommagm itlft.
Stattdessen können die Paeera auch mit Metall oder einer eetallisehen
Legierung übersogen sein. Das Metall kann Beryllium, Kobalt«
3098*0/0382
Chrom, Nickel, Hafnium, Niob, Osmium, Paladiuia, Platin, Rhenium,
Rhodium, Tantal oder Vanadium sein, und als Legierung kommt eine Nickel-Chromlegierung in Betracht.
Das Überziehen der Pasern kann dadurch bewerkstelligt werden, daß
sie durch ein Bad dieses Metalls oder dieser Legierung gezogen werden. So können die Fasern durch elektrolytische Plattierung
mit diesem Netall oder dieser Legierung überzogen werden. Stattdessen
können die Fasern auch dadurch überzogen werden, daß das Metall oder die Legierung aufgesprüht oder im Vakuum abgelagert
wird.
So können z.B. kohlenetoffhaltige Textilfaser^ dutch einen Ofen
und dann direkt in das Bad geleitet werden.
Die Pasern können, nachdem sie durch dat Bad hindurchgetretan
sind, direkt auf den Schaufelfuß aufgewickelt werden.
Die Pasern, die auf die Schaufelfuße aufgewickelt sind, können
danach an diesen festgelegt werden. Falls Pasern benutzt werden, die mit einem Metall oder einer Legierung überzogen sind, kann die
Verbindung durch elektrolytisehe Plattierung, durch Verlötung,
ElektronenstrahlschwelBung oder Besprühung mit Metall oder Legierung
bewerkstelligt werden.
009840/0352 mA Λ
Die Erfindung umfaßt auch eine Schaufelanordnung, die durch das vorstehende Verfahren hergestellt wurde. Die Erfindung umfaßt
weiter ein Gasturbinenstrahltriebwerk, das mit einer derartigen
Schaufelanordnung ausgerüstet 1st. So kann das Oasturbinenstrahltriebwerk
eine Schaufelanordnung« bestehend aus einer Rotortrommel, aufweisen, die am äußeren Umfang mit wenigstens einer
Reihe von Gebläseschaufel ausgestattet ist und die innen mit mehreren Reihen drehbarer Leitschaufeln des Trlebwerkskompressora
versehen 1st, wobei die Schaufelfuße der Reihen der drehbaren
Leitschaufeln an der Rotortroramel durch das Pasermaterlal festgelegt sind.
Nachstehend wird ein Ausführung»beispiel der Erfindung anhand
der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine scheraatisohe Darstellung des Verfahrene xur Herateilung
der Schaufelanordnung,
Flg. 2 eine abgebrochene perspektivische Ansicht eine« Teil· der Schaufelanordnung, wie sie nach dem Verfahren gemäß Pig.l
hergestellt wurde.
Pig. 3 eine schematIsche, teilweise im Schnitt gezeichnete Ansicht
eines Oasturbinenstrahltriebwerks mit VordergeblXee, da·
■it einer Sohaufelanordnung nach der Erfindung ausgestattet let.
im Winkelabstand zueinander angeordnete, sich radial erstrecken-
009840/0352 ^0 original
de Rotorschaufeln 10 werden in ihrer gegenseitigen Lage durch
eine. In der Zeichnung nicht dargestellte, Vorrichtung gehalten,
um die Schaufelanordnung in diesem Fall in Gestalt einer einzigen Schaufelreihe in ihrer gegenseitigen Lage zu halten.
Wie am besten aus Fig.2 ersichtlich, weist jede Schaufel 10 einen
Schaufelfuß 12 mit einer gekrümmten inneren Oberfläche 13 auf
und bei zusammengesetzten Schaufeln bilden diese inneren Oberflächen eine kontinuierliche zylindrische Oberfläche. Jeder der
Schaufelfuß« 12 ist an gegenüberliegenden Seiten des Schaufelprofils
14 mit zwei Ausnehmungen 15 bzw.l6 ausgestattet, die
nach den radial äußeren Oberflächen 17,l8 der Schaufelfüße 12
hin offen sind. *
Die Ausnehmungen 15 der von den Schaufeln 10 gebildeten Reihe
sind aufeinander ausgerichtet und bilden so eine einzige ringsumlaufende Nut, wenn die Schaufeln 10 zusammengefügt sind und diese
Nut erstreckt sich über die Schaufelfüße 12 sämtlicher Schaufeln der Schaufelreihe. Die Ausnehmungen l6 sind in gleicher Weise
aufeinander ausgerichtet.
Kohlenstoffhaltige Textilfaser» 21, z.B. wie sie in der deutschen
Patentanmeldung R 44 657 VIb/80b beschrieben sind, werden durch
einen Ofen 22 geführt und dann unmittelbar darauf in ein elektrolytisches Plattierungsbad 23, wo die Pasern elektrolytisch
mit Metall oder einer Legierung, z.B. einer 8o£ Nlckel-20£ Chromlegierung,
plattiert werden.
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Die Fas-em 21 werden, nachdem sie durch das Bad 23 hindurchgetreten
sind, direkt auf die Schaufelfuße 12 der Schaufelreihe
aufgewickelt. Indem eine große Zahl von Windungen Überzogener
Fasern 21 In die Ausnehmungen 15,16 eingelegt wird, z.B. Indem
die Schaufelanordnung um Ihre Drehachse gedreht wird. Auf diese
Welse werden die Schaufelfuße 12 miteinander verbunden, die Fasern
21 können den Zentrifugalkräften standhalten, denen die Rotorschaufeln 10 Im Betrieb ausgesetzt sind. Jede Windung der
Überzogenen Fasern 21 erstreckt sich dann in Umfangerichtung
der Schaufelanordnung um die Schaufelfuße 12 sämtlicher Schaufeln
10 der Reihe.
Nachdem die Windungen In die Ausnehmungen 15»16 eingelegt sind,
können sie mittels einer Rolle (nicht dargestellt) zusammengedrückt werden.
Die Fasern, die auf diese Welse in die Ausnehmungen 15»16 eingelegt
unddann in diesen Ausnehmungen zusammengedrückt wurden« werden schließlich in diesen Ausnehmungen festgelegt· Dies kann
geschehen, bevor die die Schaufeln haltend« Vorrichtung entfernt
wurde, indem die Vorrichtung mit den von ihr gehaltenen Sohaufein
10 in ein elektrolytisches Plat tlenmgt bad «ia§*l«gt wird,
und Indem die Überzogenen Fasern 21 an den SehaufftlfOfen 12
durch das Plattlerungsmaterial gebunden werden. We Balttvorrlontung
1st mit Isoliermaterial überzogen, das verhindert, da« 6*·
Vorrichtung selbst plattiert wird. Stattdessen kann die Verbin-
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BAD ORIGINAL
dung durch Verlötunc, durch Exploeionssclweißen, durch Elektronenstrahlschweißen,
durch Laserschweißen, durch Diffuslonsverschwelßung oder durch Heißpressen hergestellt werden. Wenn dies geschehen
ist, wird die Vorrichtung entfernt.
Während oder nach der Zusammenstellung können die Schaufeln mit
einer Rotorscheibe oder Trommel herkömmlicher Bauart (in der Zeichnung nicht dargestellt) verbunden werden. Es können auch
in der Zeichnung nicht dargestellte Abstandshalter an den Seiten der Schaufelfüße 12 befestigt sein, um eine integrale Rotoranordnung
zu schaffen.
Die Schaufeln 10 können aus bekanntem Werkstoff bestehen. Sie
können auch aus überzogenen Fasern bestehen, die beispielsweise die gleichen sein können wie di· überzogenen Fasern 21.
Die kohlenstoffhaltigen Fasern können durch Borfasern oder ander· Fasern ersetzt werden, während der Nickel-Chronlegierungsüberzug
auf den Fasern 21 durch einen Überzug aus Beryllium, Kobalt,
Chrom, Nickel, hafnium, Niob, Osmium,Paladlua. Platin, Rhenium,
Rhodium, Tantal oder Vanadium ersetzt werden kann. Das Überzugsmaterial
wird im Hlnbllok auf die mechanischen Eigenschaften
bei jenen Temperaturen gewählt, denen der beschauf«lte Rotor
im Betrieb ausgesetzt ist.
■ ■ ι ner Legierung Überzogen zu sein, auch mit einem synthetischen
009840/0352 §ao OfwemAL ./.
Kunstharzraaterial Überzogen werden, z.B. einem Epoxydharz, einen
Polylmidharz, einem Polyquinoxalinharz oder einem Polythiazolharz.
In diesem Falle werden Jedoch die Fasern 21, nachdem sie in die Ausnehmungen 15#l6 aufgewickelt sind, mit Kunstharz gebunden, indem
weiteres synthetisches Kunstharzmaterial eingespritzt wird.
Falls erforderlich, kann die Rotorschaufelanordnung auch aus mehreren Schaufelreihen 10 bestehen, wobei ein Teil der Fasern 21
sich über die Abschnitte der äußeren Oberflächen 17»18 der Schaufelfüße
12 zwischen benachbarten Ausnehmungen 15»16 erstrecken
und mit diesen antriebsmSßlg verbunden sind.
Die Rotorschaufelanordnung gemäß Fig.l und 2 ist insbesondere geeignet
zur Benutzung in Verbindung mit einem Kompressorrotor
eines Oasturbinenstrahltriebwerks, Jedoch 1st es auch muglich,
diese Konstruktion für die Turbine des Triebwerks zu benutzen.
In Fig.3 ist schematisch einespezielles Gasturbinenstrahltriebwerk
dargestellt, von dem ein Teil gemäß dem Verfahren nach Fig.l und 2 hergestellt 1st.
Fig. 3 zeigt ein Oasturbinenstrahltriebwerk 24, das mit eine« Triebwerksgehäuse 25 ausgestattet 1st, indem in Strumungsrlohtung
hintereinander Einlaßstreben 26, ein Kompressor 27» Auslaßleitsohaufeln
28, eine Verbrennungseinrichtung 29» DUsenleitschaufeln
30 und eine Turbine 31 vorgesehen sind.
Der Kompressor 27 weist drei im axialen Abstand zueinander liegende
Reihen von Rotorschaufeln 34 auf, die durch die Turbine 31
Mittels einer Welle 35 angetrieben werden. Der Kompressor 27 ist auch mit vier in Achsrichtung im Abstand zueinander liegenden
Reihen von drehbaren Leitschaufeln 36 ausgestattet, die hinsieht-
009840/0352
lieh ihrer Wirkung "Stator"-Schaufeln des Rotors 27 bilden.
Die Reihen von Schaufeln 36 sind innerhalb einer Rotortromael
angeordnet, die außen eine Reihe von Gebläseschaufeln 41 eines Frontgebläses 42 trägt.
40
der zwischen der Rotortrommel/und einem äußeren Gehäuse 44 gebildet 1st, welch letzteres von dem Gehäuse 25 Über vordere bzw. hintere Streben 45 bzw. 46 getragen wird.
der zwischen der Rotortrommel/und einem äußeren Gehäuse 44 gebildet 1st, welch letzteres von dem Gehäuse 25 Über vordere bzw. hintere Streben 45 bzw. 46 getragen wird.
Die durch die Rotorschaufeln 54 des Kompressors 27 hindurchtretende
und von diesen komprimierte Luft treibt die drehbaren Leitschaufeln 36 an, die ihrerseits die Gebläseschaufeln 41
antreiben.
Die drehbaren Leitschaufeln 36 haben die in den Pig.l und 2 dar·
gestellte Gestalt und sind miteinander über die Fasern 21 verbunden.
009840/0352
Claims (1)
- ίο -Patentansprüche ι1. Verfahren zur Herstellung einer Schaufelanordnung, bei welcher wenigstens eine Reihe von Im Winkelabstand zueinander stehenden Schaufeln vorgesehen ist,dadurch gekennzeichnet« daß die Schaufelfuße (12) der Schaufeln (10) miteinander durch wenigstens einen Strang aus Pasermaterial (21) verbunden sind» von welchem die Zentrifugalkräfte aufgenommen werden« die bei der Drehung erzeugt werden.2. Verfahren nach Anspruch I9dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Windungen aus Pasermaterlal (21) um die Schaufelfüße (12) gewickelt werden, wobei jede Windung eich bezüglich des Rotors (27) über den umfang erstreckt und über die Schau* felfUße sämtlicher Schaufeln der betreffenden Reihe gelegt let«3* Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet , daß der Schaufelfuß (12) jeder Schaufel (IQ) alt a»*l mungen (15,16) versehen Ist« welche auf Selten dee Schaufelprofil« (1%) angeordnet slnd,und da· dl· Ausnehmungen (15,16) sieh Ober dl· radial later« Qtwrfltob« der SchaufelfOße erstrecken und daß die Wicklungen 1» dl··· Ausnehmungen eingelegt werden.0CS840/03524. Verfahren nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet , daß die Windungen» nachdem sie in die Ausnehmungen eingelegt sind, in diesen verdichtet werden.5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Pasermaterlal aus kohlenstoffhaltigen Pasern oder aus Borfasern besteht.6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Pasern aus Paserstoffraaterial mit einem synthetischen Kunstharz überzogen sind.7. Verfahren nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet , daß das synthetische Kunstharz ein Epoxydfcunstharz, ein Polyimidkunstharz, ein PolyquinoxalirJcunstharz oder ein Polythiazolkunstharz ist. .8. Verfehren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Pasern mit Netall oder einer Metallegierung überzogen sind.009840/0352 BA0 0RieiNAl"9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Metall Beryllium« Kobalt, Chrom, Nickel, Hafnium, Niob, Osmium, Paladiura, Platin, Rhenium, Rhodium, Tantal oder Vanadium 1st.10. Verfahren nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung eine Chrom-Nickellegierung ist.11. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pasern dadurch überzogen werden, daß sie durch ein Bad, bestehend aus dem Metall oder der Legierung,hindurchgesogen werden.12. Verfahren nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet , daß die Fasern elektrolytisch mit dem Metall oder der Legletung plattiert werden.15· Verfahren nach den Ansprüchen Il oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß kohlenstoffhaltige Textilfaeern durch einen Ofen und dann unmittelbar in das Bad geführt werden.009840/0352 BA014· Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern nach Hindurchtreten durch das Bad unmittelbar auf die Schaufelfüße aufgelegt werden.15· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern,nachdem sie auf die Schaufelfüße aufgelegt sind, an diesen fixiert werden.16. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 15, ·'dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung durch elektrolytisohe Plattierung^ durch eine Verlötung oder durch Elektronenstrahlschweißen bewirkt wird.17· Verfahren nach dan Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln aus faserverstärktem Material bestehen.Ιδ. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 17 hergestellte Schaufelanordnung, dadurch gekennzeichnet , daß eine Rotortrommel außen mit wenigstens einer Reihe von Oebläseschaufeln und innen mit mehreren Reihen drehbarer Leitschaufeln eines Kompressors eines Gasturbinentriebwerks versehen ist, wobei die Schaufelfüße der drehbaren Leitsehaufein an der Rotortrommel durch das Faserstoffmaterial festgelegt sind.CQ9840/0352Le e rs eite
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