DE2047361A1 - Leichtbeschaufelung fur Turbo maschinen - Google Patents

Description

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PATENTANWALT DIPL-ING. R. M D LLE R-BORNER PATENTANWALT DIPL-ING. HANS-H. WEY

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Genoral Electric Company Schenectady, K.Y. (USA)

Leichtbeschaufelung für Turbomaschine]!

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel mit aerodynamischem Strömungsprofil, mit einem zentralen Faserkern, dessen Pasern sich im wesentlichen alle in Längsrichtung der Turbinenschaufel und parallel zueinander erstrecken und einen den Paserkern umhüllenden, an diesen gebundenen bzw. damit rerbundenen metallischen Überzug, Umhüllung od. dgl., nach Patentanmeldung P 17 51 ^90.8.

Die in der Stammanmeldung enthaltene technische Lehre erlaubt die Konstruktion einer Turbinenschaufel mit ausreichendem Widerstand gegen die auf diese einwirkenden Belastungen, wobei die Fasern des Faserkerns zusammengefaßt und im wesentlichen ausgerichtet innerhalb der Umhüllung angeordnet sind.

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Gemäß der der Erfindung der Stammanmeldung zugrundeliegenden Aufgabe wurden bis dahin bestehende Schwierigkeiten bei der Verwendung von Faserverbundmaterialien überwunden bzw. so weitgehend herabgesetzt, daß ihre praktische Anwendung ohne weiteres möglich wurde. Insbesondere wurde dabei das Gewicht von Türbomaschinen od. dgl·, insbesondere von Kompressoren in Gasturbinen bzw. Gasturbinentriebwerken herabgesetzt, wodurch ein erhöhter spezi-

fc fischer Schub derartiger Maschinen erreicht wurde. Die in Längsrichtung der Turbinenschaufeln angeordneten Fasern nehmen dabei die in Längsrichtung auftretenden größeren Spannungen auf, während der metallische Überzug bzw. die metallische Umhüllung die erforderliche Quer- und Torsionsfestigkeit garantiert. Auf diese Veise wurde gleichzeitig ein Schutz der Fasern gegen die Abriebswirkung von Sandoder Schmutzteilchen, welche durch den Kompressor hindurchtreten, erreicht, wobei gleichzeitig Glasfiberverbundkörper für die Anfertigung von Turbinenschaufeln verwendet werden können. Die Eigenschaften der ausgewählten Fasern und des Metalls für die Umhüllung sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß der Elastizitätsmodul des Metalls etwa

™ gleich groß oder kleiner als der Ε-Wert des Faserverbundkernes ist. Die Stärke der metallischen Umhüllung ist dabei so bemessen, wie sie maximal notwendig ist, um die auf die Schaufel einwirkenden Querkräfte aufzunehmen, wobei als bevorzugte Werkstoffe Fasern aus pyrolytischem Graphit für den Kern und Titan für die metallische Umhüllung verwendet werden.

Es hat sich nun ergeben, daß eine Verbesserung der Elastizität der Turbinenschaufel gemäß der Erfindung der Stammanmeldung hinsichtlich der Belastungsfähigkeit in Längs-

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richtung weiterhin dadurch verbessert werden kann, daß die Pasern dicht in einer großen Anzahl von Schichten zusammengefaßt und miteinander verbunden sind und dabei eine massive Struktur bilden, die durch die Umhüllung behälterartig und in Belastungen aufnehmender Form gestützt wird, wobei die Längs spannungen der jeweiligen Schaufel primär von den Fasern und die Quer- und Torsionsbelastungen primär von der Umhüllung aufgenommen werden, deren Stärke und Gewicht minimal ist.

Eine bevorzugte Anordnung der Schichten von Fasern sieht vor, daß diese wechselweise, mit einer Plus/Minus-Abweichung von ca· 10° von der Längsachse der Turbinenschaufel, angeordnet sind.

Diese in Winkeln zueinander erfolgende Anordnung der Faserschichten erhöht die Biegefestigke? "*" der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel, ohne daß dabei der rsions- oder bei Querbelastungen auftretende Widerstand über ein vertretbares Maß hinaus erhöht wird·

Damit verbessert die vorliegende Erfindung die Biegefestigkeit der Turbinenschaufeln gemäß der Stammanmeldung·

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Claims (2)

Patentansprüche

1. ,!Turbinenschaufel mit aerodynamischem Strömungsprofil,

mit eines zentralen Faserkern, dessen Fasern sich im wesentlichen alle in Längsrichtung der Turbinenschaufel und parallel zueinander erstrecken und einen den Faserkern utahüllenden, an diesen gebundenen bzw. damit verbundenen metallischen Überzug, Umhüllung od, dgl» w nach Patentanmeldung P 17 51 490.8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern dicht in einer großen Anzahl von Schichten zusammengefaßt und miteinander verbunden sind und dabei eine massive Struktur bilden, die durch die Umhüllung behälterartig und in Belastungen aufnehmender Form gestützt wird, wobei die Längsspannungen der Schaufel primär von den Fasern und die Quer- und Torsionsbelastungen primär von der Umhüllung aufgenommen werden, deren Stärke und Gewicht minimal ist.

2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten von Fasern wechselweise, mit

fc einer Plus/Minus-Abweichung von ca. 10 von der Längsachse der Turbinenschaufel, angeordnet sind.

Gn/Ba

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