DE2644083A1 - Verbund-laufschaufel unter verwendung eines vorgespannten lagenaufbaus - Google Patents
Verbund-laufschaufel unter verwendung eines vorgespannten lagenaufbausInfo
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- DE2644083A1 DE2644083A1 DE19762644083 DE2644083A DE2644083A1 DE 2644083 A1 DE2644083 A1 DE 2644083A1 DE 19762644083 DE19762644083 DE 19762644083 DE 2644083 A DE2644083 A DE 2644083A DE 2644083 A1 DE2644083 A1 DE 2644083A1
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Description
1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.
Verbund-Laufschaufel unter Verwendung eines vorgespannten Lagenaufbaus
D; '· Erfindung betrifft Verbund-Laufschaufein zur Verwendung in
Strömungsmaschinen und insbesondere die Vergrösserun^ der Verdrehungsfestigkeit
von solchen Schaufeln durch selektive Orientierung der zusammengesetzten faserverstärkten Schaufellamellen.
Verbund-Schaufeln zeigen im allgemeinen eine relativ geringe Torsionsschwingungsfrequenz, und dies deutet an, dass die Drehfestigkeitsgrenze
der Laufschaufeln relativ niedrig liegt. Bei solch einer niedrigen Verdrehungsfestigkeitsgrenze ist es denkbar,
dass die Laufschaufel bei der Verdrehung überlastet wird und anschliessend durch Drehung und Schwingung verursachte Laufschaufel-Ermüdungsdefekte
auftreten. Mit der Konstruktion der Schaufeln für Strömungsmaschinen für eine im Betrxeb mit ständig
höheren Drehzahlen, wie sie beispielsweise in den Verdichtern und i.'ebläsen von Gasturbinentriebwerken auftreten, hat sich
die Form des Tragflügelprofilteils der Schaufel ausgel 3nd von
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26U083
«r -
einem Unterschallabschnitt mit relativ massiger Profilwölbung
zu einem relativ geradflächig gestalteten Überschallabschnitt mit geringer Profilwölbung weiter entwickelt und dadurch besteht
eine Tendenz zu einer noch weitergehenden Herabsetzung der Drehfestigkeitsgrenze.
Ein Lösungsweg ζμτ Vergrösserung der Verdrehungsfestigkeit einer
Verbundschaufel beinhaltet die Einfügung eines metallischen
Kerns in dem Tragflügelteil, welcher zur Versteifung gegenüber Verdrehungen dient. Änderungen im Material, den Abmessungen,
der Form und der Lage des Kerns werden die Torsionsresonanz der Schaufel beeinflussen. Dieser Lösungsweg besitzt jedoch
den Nachteil, dass man die Verbunahülle mit dem metallischen Kern verbinden muss und das Gewicht durch den metallischen
Kern vergrössert wird, wobei es noch schwierig ist, die genaue Anordnung des Kerns in der Verbundmatrix zu beherrschen. Daher
wird eine Möglichkeit zur Vergrösserung der Torsionsschwingungsfrequenz
der Schaufel benötigt, velche den inhärenten Vorteil der Grundform der Verbundschaufel nicht zunichte macht.
Ein weiterer Faktor, welcher die Einführung von Verbundschaufein
beim Betriebs, in Gasturbinentriebwerken nicht ermutigt hat,
besteht in ihrer Anfälligkeit gegenüber einer Erscheinung, welche auch als Fremdobjektbeschädigung bezeichnet wird (FOD). Viele
Arten von Fremdobjekten können in dem Einlass eines ι isturbinentriebwerkes
auftreten, von grossen Vögel wie Seemöven bis zu Hagelsteinen, Sand und Regen. Die Beschädigung durch Fremdobjekte
tritt dabei in zwei Formen auf. Kleinere Objekte können zu einer Errosion oder einem Abtrag des Schaufelmaterials führen
und die Leistung des Verdichters verschlechtern. Der Aufprall von grösseren Objekten kann zu einem Zerbrechen oder einem Durchschlagen
der Schaufeln führen. Teile einer solchen Schaufel können dann losgerissen werden und ausgedehnte sekundäre Beschädigungen
an den stromabwärts gelegenen Laufschaufeln und anderen Bauteilen des Triebwerkes verursachen.
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In dieser Hinsicht sind die Folgen von Fremdobjektschäden am grössten bei Niederdruckverdichtern oder Gebläsen von Gasturbinentriebwerken
mit hohem Beipassverhältnis. Diese Bauteile ergeben jedoch die grössten Möglichkeiten für die Gewichtsverringerung
in Folge ihrer grossen Spitzendurchmesser von beispielsweise bis zu etwa 2,4o m und ihren Spannweiten in der Grössenordnung
von o,9 m oder darüber. Die Anfälligkeit von Verbund-Schaufeln für Beschädigungen, durch Fremdobjekte ist auf zwei
Faktoren zurückzuführen. Erstens ist das verwendete Matrixmaterial mit leichtem Gewicht relativ weich, da es allgemein aus polymeren
Kunstharzen oder solchen Metallen wie Aluminium besteht. Zweitens sind die Fasern mit hoher Festigkeit relativ hart und
spröde. Weiterhin besitzt die durch den Aufprall eines Fremdobjektes verursachte mechanische Belastung eine Tendenz, sich
entlang der zur Verstärkung der Verbundschichten verwendeten Fasern fortzupflanzen. In einer einseitig eingespannten Laufschaufel
(beispielsweise einer einseitig an der Nabe eingespannten Schaufel) ist die Spitze nicht in der Lage, solche Energien
zu absorbieren, lienn daher die Fasern eine Verbindung zwischen
dem Auftreffpunkt und dem Spitzenabschnitt der Schaufel herstellen,
dann wird die Belastung durch die Fasern in den Spitzenabschnitt oder Endabschnitt der Schaufel geleitet und dort werden
sich typischerweise die fortgepflanzten Belastungswellen gegenseitig verstärken und einen Bruch der Schaufel an einer
Stelle bewirken, welche weit entfernt von dem Auftraffpunkt lieg.
.1 kann.
Hieraus wurde ersichtlich, dass ein Mittel zum Schutz der Schaufel
vor .beschädigung durch Fremdobjekte benötigt wurde und auf
diese Weise wurde die Entwicklung von harten metallischen Schutzeinrichtungen
für die Eintrittskante ausgelöst. Ein Problem bei einem solchen Schutz der Eintrittskante besteht darin, diesen
auf der Schaufel nach einem Aufprall zu halten; es entstellt durch Verbiegung und "Entlameliierung" (delamination) der Schaufel.
Dies k.'-nn wiederum zu einer sekundären Beschädigung des Trieb-
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werkes führen, wenn der Schutzstreifen zum Schutz vor Beschädigung
durch fremde Objekte sich löst und durch die Maschine oder das Triebwerk bewegt.
Es ist daher erwünscht, eine Laufschaufel für eine Strömungsmaschine
mit hoher Drehzahl, beispielsweise einen Verdichter oder ein Gebläse für ein Gasturbinentriebwerk, zu schaffen,
weiche die durch Aufschlag eines Fremdobjektes erzeugte mechanische
Belastung in den Nabenteil der Schaufel weiterleitet, wo er durch die Tragscheibe der Schaufel absorbiert werden kann.
Es ist daher die Hauptaufgabe eier vorliegenden Erfindung, eine
faserverstärkte Verbundschaufel für eine Strömungsmaschine mit vergrösserter Verdrehungsfestigkeit zu scharfen und mit verringerter
Anfälligkeit gegenüber einem Aufprall eines Fremdobjektes.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Verbund-Schaufel zu schaffen, durch welches die Verdrehungsfestigkeit
der Schaufel vergrössert wird und ihre Anfälligkeit gegenüber e.'. m Aufprall eines Fremdobjekte^ verringert wird.
Zusammengefasst werden die vorgenannten Aufgaben von einer Laufschaufel
gelöst, welche aus länglichen Fasern mit kleinem Durchmesser gebildet ist, die hohe Festigkeit und ein- η hohen Dehnungsmodul
besitzen und zu einer Leichtgewichtsmatrix verbunden sind, welche die Hauptverbundstruktur der Schaufel bildet. In einer
Ausführungsform sind die Fäden benachbarter Lamellen gegeneinan-■
!. : in Richtung der Profilsshne der Schaufel vor und hinter einer
nicht radialen Schaufelachse abwechselna geneigt. Hierdurch wird eiii Lagenaufbau von Faserlamellen erzeugt, dessen Verdrehungszentrum
vor oder hinter der radialen oder Längsachse der Schaufel versetzt ist oder liegt. Das Mass der Versetzung des Verdrillungsmittelpunktes
ist ein variabler Konstruktionsparameter und
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ist abhängig von den Betriebsbedingungen der Schaufel und von dem Grad der Verdrehungssteifigkeit, welcher zur Einhaltung der
sicheren Betriebsgrenzen benötigt wird.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Fäden nach vorne so
schräg gestellt, dass keine Fäden von der Eintrittskante der Schaufel zum Schaufelende verlaufen, sondern vielmehr die Fäden
von der Eintrittskante zum Schaufelfuss verlaufen. Hierdurch wird es möglich, einen grösseren Teil der mechanischen Belastung, welche
durch den Aufprall eines Fremdobjektes erzeugt wird, in den Schaufelfuss
abzuleiten, wo er leichter von der Tragscheibe der Schaufel absorbiert werden kann.
Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht teilweise im Schnitt für eine Verbund-L. ifschaufel für den Verdichter eines
Gasturbinentriebwerkes als Ausführungsform der Erfindung.
Die Figur 2 zeigt die Entwicklung der Profilformen von Laufschaufeln
für Gasturbinentriebwerke mit der Vergrösserung der durch die Konstruktion festgelegten Drehzahl.
Die Figur 3 zeigt eine Kurve der Torsioninstabilitätsgrenze für jedes der Laufschaufelprofile nach Figur 2.
Die Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich der Figur 1 und zeigt eine vorbekannte Verbund-Schaufel zur Darstellung der
Orientierung der Faserlamellen.
Die.Figur 5 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich der Figur 1
und zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Figur 6 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich der Figur 1 und zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Die Figur 7 zeigt einen Querschnitt der Schaufel nach der Figur
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entlang der Linie 7-7.
In den Abbildungen werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern bezeichnete Die Figur 1 zeigt eine Verbund-Schaufel 1o
zur Verwendung in einer Strömungsmaschine," welche gemäss der
Erfindung aufgebaut isT. Obwohl hierin keine Beschränkung liegen soll, ist die Schaufel 1o zur Verwendung in Axial-Verdichtern
und Axial-Gebläsen von Gasturbinentriebwerken ausgelegt. Für den
Fachmann ist jedoch ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung eine Verbesserung von vielen Maschinen mit Laufschaufeln ergibt
und die Rotorlaufschaufel 1o daher lediglich eine Darstellung einer
solchen beispielhaften Anwendung lit. Die Rotorlaufschaufel 1o
umfasst einen Tragflügelprofilteil 12 der allgemein radial verläuft und eine Profilwölbung besitzt, und einen Schwalbenschwanzfuss
14, mit dem die Schaufel auf einer rotierenden Scheibe oder Nabe in konventioneller Weise befestigt und festgelegt werden
kann. Eine typische Plattform zur Begrenzung des Strömungsweges könnte zwischen dem Tragflügelprofilteil 12 und dem Schwalbenschwanzfuss
14 der Schaufel befestigt sein.
Der Hauptteil oder die Hauptstruktur der Schaufel besteht aus
Lamellen von länglichen Fasern mit Kleinem Durchmesser und hoher Festigkeit und hohem Dehnungsmodul, welche in einer Leichtgewichtsmatrix
eingebettet sind. In einer Ausführungsform, welche vorwiegend
nichtmetallisches Material enthält, würde der Tragflügelprofilteil
1.2 Lamellen aus Graphitfasern in einem Epoxydkunstharz
enthalten. Selbstverständlich ermöglicht die vorliegende Erfindung
auch die Verwendung irgendwelcher anderer Fasern, welche in irgendeinem Bindemittel eingebettet sind, beispielsweise in einem organischen
Kunstharz. Es wird weiterhin erwartet, dass die Struktur auchifein beliebiges metallisches System en thai ten kann, beispielsweise
Fasern aus Bor in einer Aluminiummatrix.
Die Figur 2 zeigt als Beispiel die Entwicklung der Profilformen
von Rotor!aufschaufeln für Gasturbinentriebwerke mit der Erhöhung
der Nennwerte für die Drehzahl. Insbesondere zeigt die Figur 2
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in der Reihenfolge ansteigender Drehgeschwindigkeit die Schaufeln A, B und C, welche Profile von typischen Doppelkreisbogen
und xvillkür liehen Überschalltragflügelprofilen der Serie 65
zeigen. Dabei sind die Eintrittskanten (LE) der Laufschaufelschnitte und die Austrittskanten (TE) in der gezeigten Weise
orientiert. Es ist leicht ersichtlich, dass die Entwicklung
der Schaufeln zu allgemein dünneren Profilen geführt hat, wobei der Hauptteil der Schaufelmasse in Richtung der Austrittskante verschoben wurde. Dies hat wiederum dazu geführt, lass der
Vurdrehungsmittelpunkt 16 der Schaufel (die Torsionsschwingung erfolgt um diesen Punkt) sich auf der Schaufel nach rückwärts
verschoben hat.
zeigen. Dabei sind die Eintrittskanten (LE) der Laufschaufelschnitte und die Austrittskanten (TE) in der gezeigten Weise
orientiert. Es ist leicht ersichtlich, dass die Entwicklung
der Schaufeln zu allgemein dünneren Profilen geführt hat, wobei der Hauptteil der Schaufelmasse in Richtung der Austrittskante verschoben wurde. Dies hat wiederum dazu geführt, lass der
Vurdrehungsmittelpunkt 16 der Schaufel (die Torsionsschwingung erfolgt um diesen Punkt) sich auf der Schaufel nach rückwärts
verschoben hat.
Die Figur 3 zeigt bei sonst gleichen Verhältnissen, was diese
Entwicklung für die Torsionsfestigkeit oder Verdrehungsfestigkeit der Schaufel bedeutet. Dabei ist der Parameter für die reduzierte Geschwindigkeit v/dw über dem Anströmwinkel (incidence angle) i für jeden der Profilschnitte nach der Figur 2 aufgetragen. Dabei ist die Buchstabenbezeichnung nach Figur 2 konsistent mit der Bezeichnung nach Figur 3 und ν bedeutet die Geschwindigkeit des fliessfähigen Mittels bezüglich der Schaufel, b ist gleich 1/2 Schaufelsehne und w ist die erste Torsionsfrequenz der Schaufel. Im wesentlichen stellt der schraffierte Bereich der Figur 3,
welcher von der Kurve A begrenzt wird, den Torsionsinstabilitätsbrreich für das typische Profil der Serie 65 dar und eine Eindringen in diesen Bereich wird erwartungsgemäss einen aeromechanischen Ausfall der Schaufel bei der Verdrehung bewirken. In
ähnlicher Weise stellen die Kurven B und C die Grenzen für den Doppelkreisbogen beziehungsweise für Überschallprofile dar. Es ist ersichtlich, dass im Laufe der Entwicklung der Laufschaufeln der verfügbare Betriebsbereich ständig weiter durch die Instabilitätsgrenze eingeschränkt vrarde und diese damit zu einem einschränkenden Gesichtspunkt für die Schaufell· ,nstruktion geworden ist. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den stabilen Betriebsbereich der Figur 3 für die Schaufeln nach
Entwicklung für die Torsionsfestigkeit oder Verdrehungsfestigkeit der Schaufel bedeutet. Dabei ist der Parameter für die reduzierte Geschwindigkeit v/dw über dem Anströmwinkel (incidence angle) i für jeden der Profilschnitte nach der Figur 2 aufgetragen. Dabei ist die Buchstabenbezeichnung nach Figur 2 konsistent mit der Bezeichnung nach Figur 3 und ν bedeutet die Geschwindigkeit des fliessfähigen Mittels bezüglich der Schaufel, b ist gleich 1/2 Schaufelsehne und w ist die erste Torsionsfrequenz der Schaufel. Im wesentlichen stellt der schraffierte Bereich der Figur 3,
welcher von der Kurve A begrenzt wird, den Torsionsinstabilitätsbrreich für das typische Profil der Serie 65 dar und eine Eindringen in diesen Bereich wird erwartungsgemäss einen aeromechanischen Ausfall der Schaufel bei der Verdrehung bewirken. In
ähnlicher Weise stellen die Kurven B und C die Grenzen für den Doppelkreisbogen beziehungsweise für Überschallprofile dar. Es ist ersichtlich, dass im Laufe der Entwicklung der Laufschaufeln der verfügbare Betriebsbereich ständig weiter durch die Instabilitätsgrenze eingeschränkt vrarde und diese damit zu einem einschränkenden Gesichtspunkt für die Schaufell· ,nstruktion geworden ist. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den stabilen Betriebsbereich der Figur 3 für die Schaufeln nach
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Figur 2 zu erweitern und insbesondere für die Überschallschaufeln nach Figur 2 C.
Figur 4 zeigt eine Verbund-Rotorlaufschaufel nach dem Stand der
Technik, welche eine gewisse Ähnlichkeit mit der Schaufel nach Figur 1 besitzt. Dort sind Faserlamellen in einer Matrix ■ ingebettet
und werden nahezu parallel zu einander zusammengelegt und miteinander verbunden, um den Tragflü-gelprofilteil 12 der
Schaufel 1o zu bilden. Insbesondere sind die Lamellen so angeordnet, dass die Fasern unter vorgegebenen Winkeln verlaufen und
bezüglich der radialen Achse oder der Stapelachse 18 der Schaufel in Abhängigkeit von der Tragflügelprofilform abgeglichen
sind. Wie in Figur 4 abgebildet, sind die Lamellen 2o so orientiert, dass die Fasern in den Lamellen im wesentlichen in radialer
Richtung verlaufen, wie dies durch die Schraffur in den einzelnen Lamellen angedeutet ist. Die Faserwinkel können dabei über die
Dicke der Schaufel verschieden sein, wobei die Lamellen 22 Fasern enthalten, welche nach rückwärts unter einem Winkel - θ zur
radialen Achse 18 verlaufen. Lamellen 24 enthalten Fäden, die unter einem Winkel + θ zur radialen Achse 18 schräg go-neigt sind.
Die Schrägneigung der Lamellen in Richtung eier Sehne wurde jedoch
bisher symmetrisch (oder abgeglichen) um die praktisch radial verlaufende Achse 18 ausgeführt, wobei ein typischer
Lagenaufbau beispielsweise durch die Winkel (0 /20°/0 /-20 ) gekennzeichnet ist und die Tendenz auf die Schaffung eines
pseudoisotropen LaufSchaufelschnittes gerichtet ist. Der Verdrehungsmittelpunkt einer solchen Schaufel verhält sich in
Abhängigkeit von der Tragflügelprofilform charakteristischerweise wie dies in den Figure 2 und 3 gezeigt ist. Da die Linie
der Punkte, welche in jedem Tragflügelprofilschnitt den Mittelpunkt der Drehung darstellen, praktisch eine radial verlaufende
Linie ist, ist es zweckmässig, sie als koinzident mit der radialen Achse zu betrachten. Zur Verschiebung des Mittelpunktes
der Drehung der Schaufel nach vorne und damit zur Vergrösserung der Torsionsstabilität der Schaufel beinhaltet die
vorliegende Erfindung eine Schrägneigung der Lagenachse der
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Symmetrie nach vorne, so dass die resultierende Faserorientierung der Lamellen nicht mehr radial verläuft. Es wird erneut Bezug
genommen auf die Figur 1. Die Fasern der Lamellen 2o sind praktisch
radial (Θ = O0), während die Fasern der Lamellen 26 praktisch
einen Winkel (Θ = 20°) mit der radialen Achse bilden. Hierdurch wird eine versetzte (vorgespannte)Lagenanordnung geschaffen,
welche durch die Beziehung (0 /20 /0°/20°) dargestellt wird, i die Symmetrie linie 28 der Fasern einen Winkel 0 (hier
etwa 10 ) nach vorn zur radialen Achse 18 besitzt. Jeder andere Lagenaufbau kann angewendet und übei die Schaufeldicke verändert
werden, wobei der gewählte Lagenaufbau abhängig ist von der erxtfünschten
Frequenzabstimmung oder von der Belastungsverteilung.
Weiterhin muss der Lagenaufbau nicht notwendigerweise abwechselnde Lamellen mit lediglich :wei Orientierungswinkeln für die
Fasern enthalten. Die hier beschriebene Konzeption der Erfindung umfasst vielmehr jeden nicht abgeglichenen oder unsymmetrischen
Lagenaufbau, bei dein die Symmetrieachse gegenüber der
radialen Richtung geneigt ist. Im wesentlichen besteht die Vorspannung oder Versetzung der Fasern in Vorwärtsrichtung (beispielsweise)
darin, dass der Ort der Drehungsmittelpunkte nach vorn geneigt wird, wie die dm :h die gestrichelte Linie 3o in der
ιigur 1 dargestellt wird. Wenn der Mittelpunkt der Drehung einer
Überschallschaufel (ähnlich der Schaufel nach der Figur 2 C) nach vorn verschoben wird, dann wird die Torsionsstabilitätsgrenze
der Schaufel vergrössert. Im Bezug auf die Figuren 2 C und 3 verschiebt sich der Drehungsmittelpunkt in die Stellung 16!
und die Torsionsgrenze in die Lage, wie sie durch die Kurve C dargestellt ist.
Die Figur 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Symmetrielinie
28 für die Fasern eine Neigung unter einem Winkel - 0 nach rückwärts gegenüber der radialen Achse 18 besitzt, wodurch
der Drehungsmittelpunkt nach rückwärts /erschoben ist. Wiederum sind Lamellen 2o praktisch radial orientiert und Lamellen 3o
sind so orientiert, dass ihre Fasern einen Winkel - θ mit der
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radialen Achse bilden. Dieser Aufbau kann vorteilhaft sein bei bestimmten ausgewählten Tragflügelprofilformen unter bestimmten
aerod/namisehen Verhältnissen und soll zeigen, dass die Konzeption
der Vorspannung oder Versetzung der Faserlagen gleich gut arbeitet bei der Verschiebung des Drehungsmittelpunktes nach vorwärts
oder nach rückwärts.
Die Figur 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der keine Fasern
radial ausgerich .t sind. Die Fasern .der Lamellen 32 sind unter
einem Winkel ß bezüglich der Symmetrieachse 28 ausgerichtet. Lamellen 34 sind unter einem Winkel - ß nach rückwärts bezüglich
der Symmetrieachse vorgespannt.oder versetzt. Die Symmetrieachse ist weiterhin unter einem Winkel 0 bezüglich der radialen Achse
nach vorn geneigt, so dass der Winkel (0 +ß ) grosser ist als
und der Winkel (0 -ß) grosser ist als 0.
Ein wichtiger Gesichtspunkt der Ausführungsformen nach den Figuren
1 und 6 besteht darin, dass sie die Widerstandsfähigkeit der Schaufel gegenüber Aufprall von Fremdobjekten verbessern. Es
sei angenommen, dass auf die Schaufeln nach Figur 6 ein Fremdobj-kt
aufgeschlagen ist, so dass sich eine Beschädigung an der
Stelle 36 an der Eintrittskante ergibt. Durch Neigung der Fasern nach vorne verlaufen keine Fasern von der Eintrittskante der
Schaufel zur Schaufelspitze. Alle Fasern verlaufen von der Eintrittskante in Richtung des Schaufelfusses oder des Schwalbenschwanzfusses
14. Da die durch den Aufprall erzeugte mechanische Belastung eine Neigung zur Fortpflanzung durch die Fäden besitzt,
wird dieser Lagenaufbau mit Versetzung nach vorne eine grössere Aufprallbelastung auf den Schaufelfuss weiterleiten, wo er von
der Scheibe oder Nabe Cnicht gezeigt) absorbiert und aufgezehrt weraen kann, welche die Schwalbenschwanzfüsse 14 trägt. Da die
Spitze oder das Ende der Laufschaufel nicht in der Lage ist, diese Belastung zu absorbieren, ergibt die vorliegende Ausgestaltung
eine stärkere Schaufel mit grösserer Toleranz gegen Aufprall. Obwohl nicht alle Fäden unbedingt von der Eintritts-
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kante zum Schaufelfuss verlaufen müssen, wird mit dem prozentualen
Anstieg dieser Fäden die Toleranz dieser Schaufel gegen Aufprall eines Fremdobjektes ansteigen.
Weiterhin ergibt der Lagenaufbau mit Vorspannung oder Versetzung einen grossen Spielraum für die Konstruktion zur Beherrschung
der Belastungsverteilung (sowohl im stationären Fall als auch bei Schwingungen) innerhalb der Schaufel. Beispielsweise wird ein
Lagenaufbau des Typs (0o/20°/0o/20°) nach Figur 1 Belastungen
von der sehr kritischen dünnen Eintrittskante der Schaufel nach Figur 2 C entlang der Sehne nach rückwärts zu dem dickeren, weniger
kritischen Teil der Schaufel weiterleiten.
Die vorliegende Erfindung kann auch in Verbindung mit einem metallischen Einsatz 38 verwendet werden, welcher als Kern im
Inneren des Tragflügelprofilteils 12 (Figuren 6 und 7) eingesetzt ist. Das Verschieben des Kerns nach vorwärts oder rückwärts
wird dabei das Torsionsverhalten der Schaufel verändern und die Auswirkung der Fadenversetzung oder Vorspannung ergänzen, wie
dies vorstehend erläutert wurde.
Für den Fachmann ist ersichtlich, dass bestimmte Veränderungen in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung
vorgenommen werden können, ohne die umfassendere Konzeption der Erfindung zu verlassen. "Beispielsweise kann die Erfindung
auf alle Schaufeln in Strömungsmaschinen angewendet werden, einschliesslich der Hubschrauberpropeller und anderer Propeller.
Sie ist weiterhin in gleichen Masse anwendbar auf Gebläse für Gasturbinentriebwerke, Rotorlaufschaufeln, Statorleitschaufeln,
Turbinenleitschaufeln und Turbinenlaufschaufeln.
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- 12 -
Claims (13)
- PatentansprücheVl O/Laufschaufel zur Verwendung in einer Strömungsmaschine, welche eine Vielzahl von Faser_JLamellen enthält, die zur Bildung der Schaufel miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser^JLamellen eine Symmetrieachse besitzen, welche gegenüber der Längsachse der Schaufel schräg geneigt ist.
- 2.) Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrieachse relativ zur Schaufellängsachse nach vorne geneigt ist.
- 3.) Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrieachse relativ zur Schaufellängsachse nach rückwärts geneigt ist.
- 4.) Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil der Lamellen so orientiert ist, dass ihre Fasern praktisch entlang der Längsachse der Schaufel verlaufen.
- 5.) Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil der Lamelle! so orientiert ist, dass ihre Fasern nach vorne unter einem ersten Winkel zur Schaufellängsachse geneigt sind und ein zweiter Teil der Lamellen mit einer Schrägneigung der Fasern nach vorne unter einem zweiten Winkel zur Schaufellängsachse orientiert sind, wobei Lamellen des ersten Teils und Lamellen des zweiten Teils abwechselnd miteinander verbunden sind.
- 6.) Schaufel nach Anspruch 1 mit einer Eintrittskante und einem Schaufelende, dadurch gekennzeichnet, dass keine Fasern von der Eintrittskante der Schaufel zum Schaufelende verlaufen.709815/0324- 13 -26440Ö3- rs- -
- 7.) Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin einen metallischen Kern enthält, welcher zwischen zwei benachbarten Faserlamellen zur Vergrösserung der Torsions-Stabilität der Schaufel angeordnet ist.
- 8.) Schaufel mit einem Drehungsmittelpunkt zur Verwendung in einer Strömungsmaschine, welche eine Vielzahl von Faserlamellen enthält, die zur Bildung der Schaufel miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Faserlamellen in Sehnenrichtung schräg geneigt ist, so dass der Verdrehungsmittelpunkt nicht entlang der Längsachse der Schaufel verläuft.
- 9.) Schaufel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen in Sehnenrichtung abwechselnd nach vorwärts und rückwärts bezüglich der Symmetrieachse geneigt sind und die Symmetrieachse nicht eine Längsachse der Schaufel ist.
- 1o.) Schaufel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrieachse relativ zur Schaufellängsachse nach vorn schräg geneigt ist.
- 11.) Schaufel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehungsmittelpunkt der Schaufei in Sehnenrichtung nach vorne relativ zur Schaufellängsachse versetzt ist.
- 12.) Schaufel zur Verwendung in einer Strömungsmaschine, welche eine Vielzahl von Faserlamellen besitrt, die zur Bildung der Schaufeln miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Lamellen in Sehnenrichtung relativ zu einander nach vorwärts und rückwärts schräg geneigt sind und eine nicht radiale Symmetrieachse besitzen zur Vergrösserung der Torsionsstabilität der Schaufel.
- 13.) V L-fahren zur Herstellung einer Schaufel zur Verwendung70981S/032A2644Ö83in einer Strömungsmaschine, wobei die Schaufel aus einer Vielzahl von miteinander zur Bildung der Schaufel verbundenen Faserlamellen besteht, gekennzeichnet.durch den Verfahrensschritt der Orientierung der Faserlamellen zur Erzeugung einer Symmetrieachse, wc,ehe gegenüber der Schaufellängsachse geneigt ist.709815/032*
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/618,797 US4022547A (en) | 1975-10-02 | 1975-10-02 | Composite blade employing biased layup |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2644083A1 true DE2644083A1 (de) | 1977-04-14 |
Family
ID=24479181
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19762644083 Withdrawn DE2644083A1 (de) | 1975-10-02 | 1976-09-30 | Verbund-laufschaufel unter verwendung eines vorgespannten lagenaufbaus |
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---|---|
US (1) | US4022547A (de) |
JP (1) | JPS5253399A (de) |
DE (1) | DE2644083A1 (de) |
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