DE1946086A1

DE1946086A1 - Schaufel fuer eine Stroemungsmaschine,insbesondere fuer ein Gasturbinenstrahltriebwerk

Info

Publication number: DE1946086A1
Application number: DE19691946086
Authority: DE
Inventors: Ellinger John Henry
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1968-09-12
Filing date: 1969-09-11
Publication date: 1970-07-30
Also published as: GB1235545A; US3614260A; DE1946086B2; DE1946086C3; FR2017885A1

Description

PATE N T AN WA LT-:

DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

8 München 2, n.September I969

UNSER ZE.CHEN:

Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England.

Schaufel für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Gasturbinenstrahltriebwerk

Die Erfindung betrifft eine Schaufel für eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Gasturbinenstrahltriebwerk. Insbesondere bei den Schaufeln eines Gasturfcinenstrahltriebwerkes ergeben sich beträchtliche Vorteile, wenn die Wölbung der Schaufeln in gewissem Umfange geändert werden kann. Dies ist jedoch schwierig zu verwirklichen und zwar insbesondere dort, wo die Schaufeln im Betrieb Vibrationen ausgesetzt sind und Teile des Aufbaues darstellen und zusätzlich aerodynamische Belastungen tragen. Ein derartiger Fall tritt z.B. auf, wenn die Schaufeln einen Speichenaufbau bilden, der ein Lager trägt.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Schaufel, die nicht nur aerodynamischen Belastungen sondern auch anderen Belastungen ausgesetzt werden kann und gemäß Änderungen der Plugbedingungen hinsichtlich der Wölbung veränderbar ist.

Gemäß der Erfindung besteht die Schaufel für eine Strömungsmaschine aus einem starren Rücken, einem dünnen flexiblen Blech, das so gestaltet ist, daß es eine aerodynamische Oberfläche entweder des Nasenteils oder des Hinterteils der Schaufel bildet, wobei eine Betätigungsvorrichtung vorgesehen ist, durch die das Blech so bewegt werden kann, daß die Wölbung der Schaufel geändert wird.

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Vorzugsweise ist das Blech an einer Planke der Schaufel festgelegt und erstreckt sich nach der anderen Planke hin. Die Betätigungsvorrichtung bewegt vorzugsweise jenen Abschnitt des Bleches an der anderen Planke im wesentlichen in Richtung der mittleren Sehnenlinie der Schaufel.

Die Betätigungsvorrichtung besteht aus vorzugsweise aus mehreren hydraulischen Balgen, die auf ein Ende des Bleches einwirken.

Der Rücken kann sich in den von dem geformten Blech gebildeten Hohlraum erstrecken und es kann ein zusätzlicher Antrieb in Gestalt von mehreren Rohrkörpern vorgesehen werden, die zwischen dem Rücken und dem Blech angeordnet sind und mit Schaum od.dgl. aufgeblasen werden.

Vorzugsweise erstrecken sich unausdehnbare Zugbänder von einem Plankenabschnitt des geformten Bleches nach dem anderen Plankenabschnitt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen;

Fig. 1 eine teilweise abgebrochene Seitenansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerks, das mit Schaufeln gemäß der Erfindung ausgerüstet ist,

Fig. 2 eine perspektivische und teilweise abgebrochene Ansicht einer einzigen Schaufel des Triebwerks nach Fig.l, die nach der Erfindung ausgebildet ist,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Schaufel nach Fig.2.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10 mit einem Hauptgenerator 11 und einem Gebläse 12. Das Gebläse besteht aus mehreren ' Rotorschaufeln, die in einer Verkleidung 14 umlaufen. Die Verkleidung 14 ist am festen Aufbau des Flugzeugs (nicht dargestellt) festgelegt. Der Gasgenerator 11 wird von der Verkleidung 14 über

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mehrere Statorschaufeln 15 getragen, die zwischen der Verkleidung und dem Gasgenerator in radialer Richtung verlaufen und einem zweifachen Zweck dienen. Sie tragen den Generator mechanisch und wirken außerdem als Auslaßleitschaufeln für das Gebläse 12.

Wenn irgendein katastrophales Unglück auftritt, wenn,z.B. durch Aufprall eines Vogels, einige der Schaufeln 13 beschädigt werden, wird es nach der Erfindung möglich, den anderenfalls beträchtlichen Luftwiderstand des Triebwerks,Infolge des Windmühleneffektes auftreten würde, beträchtlich zu vermindern, indem die Wölbung der Statorschaufeln 15 geändert wird. Wie weiter unten im Zusammenhang mit den Fig.2 und 3 erwähnt, wird diese Möglichkeit durch die Erfindung geschaffen.

Flg.2 ist eine perspektivische Ansicht einer der Schaufeln 15· Jede Schaufel 15 besteht aus einem Rücken 16 aus massivem Metall, der den Mittelabschnitt der Schaufel bildet und auch rückwärtige Abschnitte beider Flanken der Schaufel umfaßt. Der Rücken ist so ausgebildet, daß er mechanisch genügend fest ist, um den mechanischen Erfordernissen der Schaufel gerecht zu werden. Er ist im Vorderabschnitt dem Profil einer Schaufeloberfläche in jeder Extremstellung angepaßt. Der Vorderabschnitt des Rückens 16 wird von einem dünnen Metallblech 17 umfaßt, das so gebogen ist, daß es einen im wesentlichen haarnadeiförmigen Querschnitt hat und die vorderen aerodynamischen Oberflächen der Schaufel bilden. Dieser Teil 17 ist an der konvexen Flanke der Schaufel bei Ib befestigt und erstreckt sich von dort,um den Vorderabschnitt der Schaufel zu bilden, und er ist im Vorderabschni^tt verdoppelt zurückgezogen und erstreckt sich längs der konkaven Flanke der Schaufel nach einer Stelle etwa in der Hälfte der Flanke und diese Stelle ist mit 19 bezeichnet. Die Befestigung bei lS ist starr, während die Befestigung bei 19 durch weiter unten beschriebene Betätigungsmittel bewirkt wird.

Um den Bauteil 17 zu verstärken und um seine Bewegung so zu gestalten, daß unter sämtlichen Arbeitsbedingungen ein stromlinienförmiges Profil erhalten bleibt, ist eine Vielzahl von Kreuzbändern 20 und 21

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vorgesehen. Diese Zugbänder erstrecken sich zwischen gegenüberlie- · genden Planken der Schaufel, die durch das Blech 17 gebildet wird, und treten durch Schlitze des Rückens 16 hindurch. Diese Zugbänder verhindern eine beträchtliche Deformation der Oberfläche des Körpers 16 und zwar eine solche Deformation, die eine von der Stromlinienform abweichende Gestalt ergibt. Die Zugbänder sind innen am Blech 17 durch Schweißen oder ähnliche Verfahren befestigt, aber in jedem Falle sind die Zugbänder an ihrem Befestigungspunkt mit dem Inneren des Bleches so eingekerbt, daß sie an diesen Punkten eine Art Gelenk bilden und sich nicht über ihre vollständige Länge verbiegen, wodurch eine Verzerrung der Oberfläche des Bleches 17 vermieden wird.

Zur Bewegung des Bleches 17 im Sinne einer Veränderung des Profils und der Veränderung der Wölbung der Schaufel sind Betätigungsmittel vorgesehen. Diese bestehen aus mehreren Gruppen von Kolben. Die Hauptgruppe von Kolben besteht aus mehreren Balgen 22, die innerhalb des Rückens 16 eingebettet sind und als Druckfedern ausgebildet sind, die durch Öldruck ausgedehnt werden und so geformt sind, daß bei Ausfall das Blech in seine Normalstellung zurückgeht. Die Balgen sind längs der radialen Erstreckung der. Schaufel angeordnet und verlaufen in einer Richtung im wesentlichen tangential zur Schaufeloberfläche an den Punkt 19, d.h. im wesentlichen parallel zur mittleren Sehnenlinie der Schaufel. Die Balgen 22 werden über eine Druckleitung 25 mit Druckflüssigkeit versorgt und diese Druckleitung 23 erstreckt sich über die Länge der Schaufel und ist an eine nicht dargestellte Druckquelle angeschlossen.

Jeder der Balgen 22 betätigt das Blech 17 über ein Federgelenk 24, Auf diese Weise kann das freie Ende des Bleches 17 über die Arbeitsentfernung der Balgen 22 bewegt werden. Wenn diese Balgen 22 in ihrer voll zurückgezogenen Stellung befindlich sind, dann bildet das Blech 17 einen Schaufelabschnitt relativ hoher Krümmung, wie durch strichlierte Linie 26B angedeutet. In dieser Lage gehen Rücken 16 und Blech 17 präzise ineinander über, so daß keine wesentliche

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Unstetigkeitsstelle bei 19 vorhanden ist. Wenn es erforderlich ist, die Wölbung der Schaufeln zu vermindern, dann werden die Kolben 22 betätigt und hierdurch wird das Blech in eine Stellung mit geringerer Krümmung überführt (diese ist in Pig.2 durch die strichlierte Linie 26A angedeutet). In dieser Lage befindet sich eine Diskontinuität bei 19* aber da diese Betriebsstellung jedenfalls nur eine Notstellung ist, sind die geringen Verluste, die durch diese Stufe erzeugt werden, nicht bedeutsam.

Die Balgen 22 bilden die Hauptbetätigungseinrichtung zur Veränderung der Gestalt des Bleches 17· Um jedoch eine Vibration und eine übermäßige Bewegung des Bleches 17 zu vermeiden, sind außerdem \&?riegelungsmittel vorgesehen, die die Gestalt einer Vielzahl von Balgen 25 besitzen, die sich in Längsrichtung der Schaufel erstrecken und in dem Raum zwischen dem Vorderteil des Rückens 16 ■ und der inneren Oberfläche des Blechs 17 liegen. Diese Balgen sind mit mehreren Speiseleitungen 27 verbunden, die innerhalb des Rückens 16 nach einer nicht dargestellten Quelle komprimierter Luft und plastischen Schaums verbunden .sind. Im Betrieb veväen daher die Balge 25 auf der einen Seite des Rückens 15 mit der Luft-Schaum-Mischung für eine bestimmte Stellung des Blechs 17 aufgeblasen, so daß ein Hebelmoment auf die Planke des Bleches 17 ausgeübt wird, um das Blech in der erforderlichen Stellung zu halten, wobei der Plastikschaum eine Dämpfung aerodynamisch induzierter Vibrationen unterstützt, die sonst innerhalb der Balgen 25 auftreten könnten. Die am nächsten gelegene Gruppe von Balgen in dem Diagramm wird aufgeblasen, wenn das Blech 17 die Lage nach 26B mit größter Wölbung aufweist, während die entfernt liegende Gruppe von Balgen aufgeblasen wird, wenn das Blech in der Stellung 26A befindlich ist.

Im Betrieb können beide Arten von Betätigungsmitteln gleichzeitig wirksam werden. Die Balgen 22 steuern die Bewegungsgeschwindigkeit gegen die leichter kompressiblen schaumgefüllten Balgen 25. Die Krümmung des Bleches 17 an den zwei bezüglich der Bewegung extrem liegenden Stellungen werden durch eine von zwei Vorderseiten des

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Rückens 1β und die Länge der Gestänge 20,21 definiert. Obgleich die Krümmung längs der Radialerstreckung der Schaufeln konstant bleibt, kann jegliche erforderliche Verdrehung eingeführt werden, indem das Blech 17 geneigt wird, wenn die Axialströmung dies zuläßt.

Dieser Mechanismus ist offensichtlich am besten geeignet für relativ wenige und dicke Schaufeln, die eine geringe Winkelbewegung erfordern, wobei der Rücken eine maximale Festigkeit haben kann und die Kosten für den Gesamtraechanismus in erträglichen Grenzen gehalten werden können.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann verschiedene Abwandlungen erfahren. Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel wurde der Vorderrand der Schaufel verstellbar gestaltet. Es ist jedoch auch möglich, die Wölbung des Hinterrandes der Schaufel veränderbar zu gestalten und zwar entweder allein oder in Verbindung mit einem veränderbaren Vorderrand. Auch könnten gewisse Teile des Betätigungsmechanismus entfernt und durch andere Mechanismen ersetzt werden. Die Steifheit und Geometrie der Anordnung der Zugbänder 20,21 kann so getroffen werden, daß die Gestalt der Schaufel veränderbar ist.

Patentansgrüche£

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Claims

Patentansprüche :

chaufel für Strömungsmaschinen,

gekennzeichnet

daß sie aus einem starren Schaufelrücken/und einem dünnen flexiblen Blech (17) besteht, das einen Teil der aerodynamischen Oberfläche entweder des Vorderrandes der Schaufel oder des Hinterrandes der Schaufel bildet, und daß eine Betätigungsvorrichtung (22) vorgesehen ist, durch welche das Blech so bewegt werden kann, daß die Wölbung der Schaufel geändert wird.

2. Schaufel nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß das Blech (17) an einer Flanke (18) der Schaufel festgelegt ist und eich nach der anderen Flanke (19) hin erstreckt.

3. Schaufel nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet , daß die Betätigungsmittel (22) den Abschnitt des Bleches (17) an der anderen Flanke (19) im wesentlichen in Richtung der mittleren Sehnenlinie der Schaufel bewegen.

4. Schaufel nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Betätigungsmittel eine Mehrzahl von hydraulischen Balgen

(22) aufweisen, die auf ein Ende (19) des Blechs einwirken.

5· Schaufel nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet,

daß die hydraulische! Balgen (22) Kompressionsfedern aufweisen, die das Blech in eine vorbestimmte Stellung (26B) bewegen, wenn die Strömungsmittelzuführung nach den Balgen ausfällt.

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6. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Betätigungsmittel (25) in Gestalt einer Vielzahl von rohrffeiaigen Körpern vorgesehen ist, die zwischen dem Rücken (16) und dem Blech (17) angeordnet sind und aufgeblasen werden können.

7· Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zugbänder (20,21) von einem Plankenabschnitt des flexiblen Bleches nach dem anderen geführt sind.

ö. Schaufel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugbänder an ihren Befestigungspunkten mit dem Blech (17) geschwächt sind, so daß an diesen Stellen eine gelenkige Verbindung erhalten wird.

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