DE1912619A1

DE1912619A1 - Verfahren zur Herstellung eines beschaufelten Rotors

Info

Publication number: DE1912619A1
Application number: DE19691912619
Authority: DE
Inventors: Middleton Henfy Edward; Jack Palfreyman
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1968-03-20
Filing date: 1969-03-12
Publication date: 1969-10-09
Also published as: GB1190293A; CH505279A; SE352410B; US3675294A; FR2004273A1; BE729704A

Description

Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England.

Verfahren zur Herstellung eines beschaufelten Katars

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines besohaufelten Rotors und, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich ist die Erfindung auf die Herstellung eines beschaufelten Rotors für den Kompressor eines Gasturbinenstrahltriebwerks gerichtet.

Gemäß der Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung eines beschaufelt en Rotors in der Weise durchgeführt, daß mehrere einander gleiche Ringwandkörper oder ringförmige Gruppen von Wandkörpern zu einer ringförmigen Anordnung zusammengestellt werden, in der jeweils eine ringsumlaufende ringförmige Ausnehmung zwischen jedem benaohbarten Paar von Ringwandkörpern oder Gruppen davon angeordnet ist, daß mehrere axial verlaufende Schlitze im Winkelabstand zueinander angeordnet sind, die nach dem äußeren Umfang hin offen sind, daß jede der ringförmigen Ausnehmungen mit Faserstoffmaterial gefüllt wird, und daß in die Schlitze mit Einsatzkörpern versehene Schaufelfuiäabschnltte von stromlinienförmig gestalteten Schaufeln eingefügt werden, und daß die Fasern der aus Paserstoffmaterial bestehenden Schaufeln mit den Fasern innerhalb der Ausnehmungen verbunden werden.

•A

909841/1011

Die erwähnten Schlitze können entweder durch Gießen der Gruppen von Wandkörpern hergestellt sein oder durch Zusammenbau voll ringförmiger Wandkörper mit anschließender Sehlitzung derselben.

Das Paserstoffmaterial wird vorzugsweise in die ringförmigen . Ausnehmungen eingewickelt.

Das Paserstoffmaterial in den ringförmigen Ausnehmungen und in den Schaufeln kann faserverstärktes synthetisches Kunstharzmaterial sein.

Die Pasern sind vorzugsweise kohlenstoffhaltige Pasern, die z.B. aus Polyacrylonitril hergestellt sind.

Der Querschnitt der ringförmigen Ausnehmungen erhöht sich vorzugsweise in Richtung radial nach innen.

Jedes der beiden axial gegenüberliegenden Enden der Zusammenstellung kann mit einem ringförmigen Endstück ausgestattet sein, das sich radial von den Wandkörpern nach außen erstreckt, um mit

einen
dies en/ flachen Trog zu bilden, der in Ümfangsrichtung verlaufende Abschnitte der SohaufelfUße der Schaufeln aufnimmt, wobei die Teile des Troges zwischen den Schaufelfußabschnitten mit Paserstoffmaterial angefüllt werden.

Die Wandkörper können aus synthetischem Kunstharz hergestellt sein und sie können miteinander innig verbunden werden.

Die Erfindung umfaßt auch einen beschaufelten Rotor, z.B. den Kompressorrotor eines Oasturbinenstrahltriebwerkes, der nach dem vorbeschriebenen Verfahren hergestellt wurde.

Nachstehend wird ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

909841/1011

Fig. 1 eine perspektivische abgebrochene Ansicht eines gemäß der Erfindung in einer Anfangsstufe zusammengestellten beschaufelten Rotors,

Fig. 2 eine der Fig.! entsprechende Ansicht in einer darauffolgenden Fertigungsstufe,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines während der Herstellung benutzten Füllstückes,,

Fig. 4 eine abgebrochene perspektivische Ansicht eines Teils einer der Schaufeln des beschaufelten Rotors,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Teils des zusammengebauten beschaufelten Rotors.

Ein Kompressorrotor eines Gasturbinenstrahltriebwerkes kann dadurch hergestellt werden, daß mehrere gleiche parallele Vollringkörper 10 (Fig.l) zusammengestellt werden, von denen Jeder einen !-Querschnitt besitzt,und daß benachbarte Wandkörper miteinander verbunden werden, wobei anschließend mechanisch diese ringförmige Zusammenstellung von Wandkörpern 14 derart geschlitzt wird, daß mehrere im Winkelabstand zueinander verlaufende, sich in Achsrichtung erstreckende Schlitze 11 gebildet werden, die nach dem äußeren Umfang hin offen sind.

Anstatt mit vollringförmigen Wandkörpern 11 zu beginnen \xnü dann diese durch die Schlitzung in ringförmige Gruppen von Wandköppern umzuwandeln, könnten die ringförmigen Gruppen von Wandkörpern auch durch Gießen oder Abformen hergestellt werden,, wobei die Wandkörper die Schlitze 11 von vornherein aufweisen.

Die Wandkörper 10 können aus synthetischem Kunstharzmaterial, z.B. Epoxydkunstharz,bestehen und sie können durch in Umfangsrichtung verlaufende Fasern, z.B. kohlenstoffhaltige Fasern, die aus Polyacrylonltril gewonnen sind, verstärkt werden, die darin eingebettet sind. Stattdessen können die Wandkörper 10 aus geschäumtem synthetischem Kunstharzmaterial oder geschäumtem Keramikmaterial hergestellt sein oder sie können auch metallisch sein. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Wandkörper 10 aus kohlenstoffhaltigen Fasern herzustellen, die sich durch kohlenstoffhaltiges Material hindurcherstrecken.

V. 909841/1011

Die Wandkörper 10 können in der aus Fig.! ersichtlichen Stellung dadurch zusammengebaut werden» daß ein nicht-dargestellter Formkörper benutzt wird, der abschließend entfernt wird* Wenn die Wandkörper 10 aus synthetischem Kunstharzmaterial hergestellt sind» dann können sie dadurch miteinander verbunden werden» daß sie in einer gemeinsamen Form aushärten.

Es ist ersichtlich, daß eine Ringzusammenstellung, wie sie durch das vorbeschriebene Verfahren erzeugt wird« eine Zahl von in Umfaogsriohtung verlaufenden Ringausnehmungen 12 aufweist, wobei jeweils eine Ausnehmung 12 zwischen einem benachbarten Paar von Wandkörparn 10 liegt.

Die radial äußeren Enden oder "Köpfe" der I-förmigen Wandkörper 10 werden nunmehr durch Schleifen entfernt und die Ausnehmungen 12 werden mit Faserstoffmaterial 13 angefüllt. Dieses Faserstoffeterial wird in die Ausnehmungen 12 vorzugsweise dadurch eingelegt, daß eine fortlaufende Faserlänge, z.B. kohlenstoffhaltige Faser, die aus Polyacrylonitril gewonnen wurde, durch ein in flüssigem Zustand befindliches Kunstharz (d.h. ein Bad aus Kunstharz oder eine Einrichtung zur tropfenweisen Zuführung von Kunstharz auf die Faser) geführt wird und dann die Faser in die Ausnehmung gewickelt wird. Dadurch, daß jede der ringförmigen Ausnehmungen hinsichtlich der Querschnittsfläche in einer radial nach innen verlaufenden Richtung sich vergrößert, besitzt die Masse aus Faserstoffmaterial 13 eine sich verjüngende Gestalt, die dazu dient, eine Verkeilung in der ringförmigen Ausnehmung zu bewirken.

Um das Faserstoffmaterial 12 in eine Hlngausnehmung 12 einzulegen, werden die vertikalen Schenkel eines Paares von T-förmlgen Füllstücken 14 in jeden Schlitz 11 nach gegenüberliegenden Seiten des zentralen Steges des jeweiligen I-förmigen Ringwandkörpers 10 eingeführt, derart, daß sie das Faserstoffmaterial dazwischen ein«

0 9 8 41/1011

schließen. Die Füllstücke lA können z.B. aus Wachs bestehen« so daß sie anschließend ausgeschmolzen werden können»

Der Kompressorrotor 1st mit mehreren, im Winkelabstand zueinander angeordneten Schaufeln 15 (Fig.3) ausgestattet und Jede Schaufel 15 besitzt einen Schaufelfuß 16 mit mehreren mit Zwischenräumen 18 zwischen sich vorgesehenen Einsatzstücken 17 und ringsumverlaufenden Plattformabschnitten 20.

Die Einsatzkörper 17 der Schaufeln 15 werden in die Schlitze 11 z.B. dadurch eingeführt, daß die Schaufeln radial nach innen derart federbelastet werden, daß das Faserstoffmaterial 13 durch die Spalte 18 hindurchläuft.

Jede der Schaufeln 15 besteht aus Faserstoffmaterial, z.B. aus faserverstärktem synthetischem Kunstharzmaterial,und die Pasern sind vorzugsweise kohlenstoffhaltige Fasern, die aus PoIyacrylonitril hergestellt sind.

Der Korapressorrotor wird vervollständigt, indem er mit ringförmigen Endstücken Sl an den beiden axial gegenüberliegenden Enden der Zusammenstellung ausgestattet wird. Die Endstücke 21 erstrecken sich radial von den Wandkörpern 10 derart nach außen, daß sie hiermit einen flachen Trog 22 bilden, der die in Umfangsrichtung verlaufenden Plattformabschnitte 20 der SchaufelfUße 16 der Schaufeln 15 aufnimmt. Die Teile des Troges 22 zwischen den Schaufelfußabschnitten 16 sind mit Faserstoffmaterial z.B. in Gestalt von Lagen 23 ausgefüllt.

Die gesamte Zusammenstellung wird dann in eine Form eingelegt und ausgehärtet, was dazu führt,daß die Fasern der stromlinienförmig gestalteten Schaufeln 15 mit den Fasern des Faserstoffmaterials 13 in den ringförmigen Ausnehmungen 12 Innig verbunden werden.

909841/1011

Im Betrieb werden daher die Belastungen der Schaufeln 15 in Scherspannungen in Paserstoffmaterial IjJ umgesetzt, dessen Rasern in Umfangsrichtung verlaufen. Hierdurch, wird eine sehr kräftige Konstruktion geschaffen, deren Festigkeit noch welter verbessert werden kann, indem die Fasern in den verschiedenen Teilen des Rotors in geeigneter Welse angeordnet werden. So könnten z.B. die Schaufeln 15 selbst aus kreuzweise verwobenen Fasern 24,25 bestehen, wie dies in Pig. 4 angedeutet 1st, während die Lagen 23 aus kreuzverhobenen Fasern 26,27 bestehen können, wie in Flg.4 angedeutet.

Eine noch weitere Verstärkung kann dadurch erreicht werden, daß nicht-dargestellte Fasern benutzt werden, die eine Kreuzbefestigung zwischen den Schaufeln bewirken.

Die Erfindung wurde vorstehend In erster Linie unter Bezugnahme auf eine Benutzung in einem Kompressorrotor beschrieben. Sie ist Jedoch hierauf nicht beschränkt. So könnte bei Benutzung entsprechenden Materials die Erfindung auch bei Turbinenrotoren Anwendung finden. Außerdem könnte sie bei der Herstellung eines Mantelstromgebläse es eines Gasturbinentriebwerks benutzt werden, wobei die Schaufeln des Gebläses z.B. mechanisch an ihren radial inneren Enden unterstützt sind und durch ein hydrodynamisches Luftlager an ihren radial äußeren Enden abgestützt sind.

909841/101 1

Claims

Patentansprüche :

Verfahren zur Herstellung eines beschaufelten Rotors, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere.einander gleiche Ringwandkörper (10) oder ringförmige Gruppen von Wandkörpern zu einer ringförmigen Anordnung zusammengestellt werden« in der jeweils eine ringsumlaufende ringförmige Ausnehmung (12) zwischen jedem benachbarten Paar von Ringwandkörpern (10) oder Gruppen davon angeordnet ist, daß mehrere axial verlaufende Schlitze (11) im Winkelabstand zueinander angeordnet.sind, die nach dem äußeren Umfang hin offen sind, daß jede der ringförmigen Ausnehmungen mit Faserstoffmaterlal gefüllt wird, und daß in die Schlitze (11) mit Einsatzkörpern versehene Schaufelfußabschnitte (16) von stromlinienförmig gestalteten Schaufeln (15) eingefügt werden, und daß die Fasern der aus Faserstoffmaterial bestehenden Schaufeln mit den Fasern innerhalb der Ausnehmungen verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Schlitze (11) dadurch hergestellt werden, daß öle Ringwandkörper zusammengebaut und dann geschlitzt werden»

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Faserstoffmaterial in die ringförmigen Ausnehmungen (12) in Windungen eingelegt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Faserstoffmaterial in den ringförmigen Ausnehmungen und in den Schaufeln faserverstärktes synthetisches Kunstharzmaterial ist.

909841/1011

5· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Pasern kohlenstoffhaltige Fasern sind.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der ringförmigen Ausnehmungen . in Richtung radial nach innen ansteigt.

7« Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an Jedem der axial gegenüberliegenden Enden der Zusammenstellung ein ringförmiges Endstück (21) angebracht wird, das sich radial von den Wandkörpern nach außen erstreckt und mit diesen einen flachen Trog bildet, der in Umfangsrichtung verlaufende Abschnitte der Schaufelfüße (16) der Schaufeln (15) aufnimmt, und daß Teile des Troges zwischen den Schaufelfußabschnitten mit Paserstoffmaterial (23) angefüllt werden«.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandkörper aus synthetischem Kunstharzmaterial bestehen und miteinander verbunden,z.B. verschmolzen, sind.

909841 /1011

Leerseite