DE3209960C2

DE3209960C2 - Innere Auskleidung für das Verdichtergehäuse eines Gasturbinentriebwerks

Info

Publication number: DE3209960C2
Application number: DE3209960A
Authority: DE
Inventors: Max Kings Newton Derby's Alderson
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1981-03-25
Filing date: 1982-03-18
Publication date: 1984-04-12
Also published as: FR2502696B1; DE3209960A1; US4666371A; GB2095749A; GB2095749B; JPS6033981B2; JPS57171033A; FR2502696A1

Abstract

Ein Gasturbinentriebwerk (10) weist einen Axialströmungskompressor (16) auf, dessen Innenwand (15) mit einer Auskleidung (17) versehen ist, um harte kleine Fremdkörper aufzufangen und zurückzuhalten, die darauf auftreffen. Die Auskleidung (17) besteht aus einem Metallblech aus einer Aluminiumlegierung, auf der ein Silikongummiüberzug auf einer Seite festgelegt ist, während ein Honigwabenaufbau auf der anderen Seite fixiert ist. Der Honigwabenaufbau ist seinerseits an der Innenwand (15) des Kompressorgehäuses (16) befestigt. Der Silikongummiüberzug (19) besitzt eine Vielzahl feinverteilter hohler Siliciummikrokugeln, die darin dispergiert sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Innere Auskleidung für das Verdichtergehäuse eines Gasturbinentriebwerks, bestehend aus einem Honlgwabenaufbau, der auf der dem Strömungskanal zugewandten Seite ein Metallblech trägt.

Eine solche Auskleidung Ist aus der US-PS 34 23 070 bekannt. Das metallische Deckblatt, welches den Strömungskanal begrenzt, Ist so ausgebildet, daß sich die Schaufelspitzen bei ihrer Drehung eingraben können, damit das Schaufelspiel so klein als möglich gehalten wird. Wenn dieses Metallblech jedoch von im Strömungskanal mitgeführten harten Fremdkörpern getroffen wird, dann wird das Blech durchschlagen, ohne daß die Fremdkörper einen wesentlichen Anteil an Geschwindigkeit verlieren. Deshalb treten die Fremdkörper durch das Metallblech und den Honlgwabenaufbau hindurch, prallen von dem Gehäuseaufbau ab und werden durch das Metallblech in den Strömungskanal zurückgeschleudert.

Bei einer Turbomaschine gemäß der FR-PS 24 67 977 ist der Strömungskanal mit zwei Schichten elastomeren Materials ausgekleidet, und diese Schichten sollen schwere Fremdkörper auffangen und zurückhalten. Da diese Fremdkörper von dem elastomeren Material jedoch nur relativ lose umschlossen sind, besteht d!e Gefahr, daß diese Fremdköper aus der elastomeren Schicht In den Strömungskanal zurückfallen und Kompressorschaufeln und Turbinenschaufeln beschädigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Auskleidung derart auszubilden, daß sie In der Lage ist, auf Ihr auftreffende, vom angesaugten Luftstrom mitgeführte kleine harte Fremdkörper zuverlässig elnzufangen.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch die Erf'r>dung wird erreicht, daß die Fremdkörper Im Honigwabenaufbau eingefangen werden und ' dort verbleiben, well keine Möglichkeit besteht, daß diese Fremdkörper die elastomere Schicht nochmals, d. h. diesmal von außen nach innen durchdringen. Die Auskleidung ist dabei auf jene Fremdkörper abgestimmt, die nach der Wahrscheinlichkeit überwiegen und für die ι» deshalb im besonderen Maße ein Bedürfnis zum Auffangen besieht. Diese Fremdkörper werden durch das elastomere Material und das Metallblech so verzögert, daß sie dann, wenn sie in den Honlgwabenaufbau der Auskleidung eintreten, nur noch eine so geringe kinetische Eneri> gie besitzen, daß sie innerhalb dieses Honigwabenaufbaus zurückgehalten werden können.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht eines Gasturbinenwerks mit der erfindungsgemäßen Auskleidung;

-⁵ Fig. 2 In größerem Maßstab eine Schnittansicht der Auskleidung;

Fl g. 3 eine schematische Schnittansicht einer Prüfvorrichtung für die Auskleidung.

F!g. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10, welches in ¹⁽¹ Strömungsrichtung hintereinander einen Kompressor 11, eine Verbrennungseinrichtung 12, eine mit dem Kompressor 11 antriebsmäßig verbundene Turbine 13 und eine Abgasdüse 14 aufweist. Das Triebwerk IO arbeitet In herkömmlicher Welse, d. h. es wird die eintretende Luft '' vom Kompressor über abwechselnde Rotor- und Statorstufen Ho bzw. lift verdichtet, bevor die Luft In die Verbrennungseinrichtung 12 eintritt. Dort wird sie mit Brennstoff gemischt, und das Gemisch wird verbrannt, um Abgase zu erzeugen, die dann die Turbine 13 antrel-⁴⁽¹ ben, bevor sie über die Abgasdüse 14 In die Atmosphäre ausgestoßen werden.

Die Luft, die In den Kompressor 11 eintritt, führt gelegentlich kleine harte Fremdkörper, z. B. Steine, Muttern, Bolzen oder dergleichen mit sich, die gewöhnlich auf die ^4> erste oder zweite Schaufelstufe 11a Innerhalb des Kompressors 11 auftreffen. Dann werden sie auf die Innenwand 15 des Kompressorgehäuses 16 abgelengt, bevor sie weiter stromabwärts Im Kompressor 11 wandern, wobei die Beschädigungen mit Ihrem weiteren Verlauf zuneh- ^>0 men. Jene Abschnitte der Innenwand 15 des Kompressorgehäuses 16, die die Rotorschaufeln umgeben, sind jedoch nach der Erfindung mit einer Auskleidung 17 umschlossen, die dazu dient, die Fremdkörper aufzufangen und zurückzuhalten, wenn sie darauf auftreffen. " Dadurch soll verhindert werden, daß die Fremdkörper einen weiteren Schaden Im Triebwerk verursachen.

Die Auskleidung 17, die Im einzelnen aus Flg. 2 ersichtlich 1st, besteht aus einem durchgehenden Metallblech aus einer Aluminiumlegierung, auf der eine ^W) Schicht Slllkongumml 19 auf einer Seite festgelegt ist, während die andere Seite durch einen Honlgwabenaufbau 20 abgestützt ist. Dieser Honlgwabenaufbau 20 bildet eine Abstützung für das Blech 18 und Ist an der Innenwand 15 des Kompressorgehäuses 16 so festgelegt, daß das Blech 18 Im Abstand zum Kompressorgehäuse 16 liegt.

Die Silikongummischicht 19 besitzt eine große Zahl hohler Glasmikrokugeln, die darinnen verteilt sind.

obgleich auch anderes teilchenförmiges Material statt dessen Verwendung finden könnte. Die so ausgefüllte Siliciumgummischlcht 19 hat eine Doppelfunktion. Erstens dient sie als Reibbelag, da sie in der Nähe der Spitzen der Kompressorschaufeln Πα liegt, d. h. im Betrieb arbeiten sich die Spitzen der Rotorschaufelnlla in die Schicht 19 ein, bis ein kleiner Zwischenraum dazwischen definiert !st. Dadurch wird gewährleistet, daß nur so wenig Luft als möglich zwischen den Spitzen der Rotorschaufsln 11 und der Schicht 19 hindurchtreten kann. Derartige Reibüberzüge sind selbst bei Gasturbinentriebwerkskompressoren In verschiedenen Ausführungen bekannt. Die zweite Funktion der Schicht 19 besteht darin, die Geschv/indigkeit kleiner harter Fremdkörper zu verzögern, die darauf auftreffen. Die Schicht 19 hat jedoch eine solche Dicke, daß obgleich die Geschwindigkeit der Fremdkörper vermindert wird, diese Fremdkörper in die Schicht eindringen können, bis sie auf das Metallblech 18 auftreffen. Die Did- des Metallblechs 18 ist wiederum so gewählt, daß eine weitere Verzögerung der Geschwindigkeit des Fremdkörpers erreicht wird, jedoch der Fremdkörpei durch das Blech hindurchtreten kann. So bilden die aufgefüllte Sillkon-Gummischicht 19 und das Aluminiumlegierungsblech 18 zusammen einen Schutzschild, der die Geschwindigkeit der darauftreffenden Gegenstände verzögert.

Nachdem der Fremdkörper durch die Schicht 19 und das Blech 18 hindurchgedrungen Ist, trifft er auf den Honigwabenaufbau 20 aus rostfreiem Stahl und auf die Gehäusewand 16. Nachdem der Fremdkörper diese Stelle erreicht hat, ist seine Geschwindigkeit genügend verzögert, um zu gewährleisten, daß er nicht mehr in das Gehäuse 16 selbst eindringen kann. Statt dessen prallt der Fremdkörper am Gehäuse 16 und dann am Blech 18 ab, wodurch die Geschwindigkeit welter durch die Zellwände des Honlgwabenaufbaus 20 verzögert wird, bis der Fremdkörper schließlich innerhalb des Honigwabenaufbaus 20 zur Ruh«; kommt. Der Honigwabenaufbau fängt auf diese Weise den Fremdkörper ein und hält ihn fest, und dadurch wird ein« weitere Beschädigung Innerhalb des Kompressors 16 verhindert.

Die Wirksamkeit der Auskleidung 17 im Hinblick auf das Auffangen und Zurückhalten von Fremdkörpern wurde unter Benutzung der Vorrichtung nach Fig. 3 untersucht. Die Vorrichtung 21 weist eine Grube 22 auf, die die ersten beiden Stufen eines typischen Gasturbinentriebwerkskompressors umschließt, die Innerhalb eines Kompressors 26 angeordnet sind. Dieser Kompressor weist eine erste Rotorstufe 23 und eine zweite Rotorstufe 24 auf, zwischen denen eine Statorstufe 25 angeordnet Ist.

Jede der Statorstufen 21, 24 Ist von einer Auskleidung 27 umschlossen, die dem Aufbau der Auskleidung 17 entspricht, die in Fi g. 2 dargestellt ist. Die Auskleidung 27 besteht aus einem durchgehenden Metallblech aus einer Aluminiumlegierung mit einer Dicke von 0,25 mm, während die Sillkongummischlchl eine Dicke von 5 mm besitzt, wobei hohle Sillciummlkrokugeln dispergiert darinnen sind, während der Honigwabenaufbau eine quadratische Maschenweite von 12 mm und eine Tiefe von 12 ' mm besitzt. Der Honigwabenaufbau aus rostfreiem Stahl Ist am Gehäuse 26 festgelegt.

Die Grube 22 Ist mit einem Deckel 27 versehen und sie ist evakuiert, um eine Ablenkung durch den Wind zu vermelden. Ein Drucklufistutzen 28 steht durch den ' Deckel 27 ein und dient dazu. Fremdkörper als Geschosse auf die erste Roljrstufe 23 zu richten. Die Geschosse bestehen jeweils aus einem Stahlbolzen von

6,35 mm Durchmesser und 7,ö2 mm Längt. Jeder Bolzen wiegt 1,9 Gramm.

Warnend der Versuche werden die Rotorstufen 23 und 24 mit 7000 u/min durch einen äußeren nicht dargestellten Antriebsmotor angetrieben. Dann werden die Geschosse auf die erste Rotorstufe 23 auf unterschiedlich radiale Stellungen gegenüber der Achse der Rotorstufen 23, 24 und mit verschiedenen Geschwindigkeiten abgeschossen. Die tatsächlichen Radialeinstellungen und die Geschwindigkeiten der Geschosse waren die folgenden:

Radius (cm)

Geschoßgeschwindigkeit (m/sec)

15,24
45,72
15,24
45,72
15,24
45,72

Dieser Bereich von Versuchsbedingungen wurde so gewählt, daß typische Bedingungen repräsentiert wurden, unter denen Fremdkörper in ein am Flugzeug aufgehängtes Triebwerk eingesaugt werden. Von den Geschoßgeschwindigkeiten ist die Geschwindigkeit von 15,24 m/sec repräsentativ für die Geschwindigkeit, mit der Steine von der Rollbahn während der Landung oder beim Rollen am Boden aufgesaugt werden, während die Geschwindigkeit von 45,72 m/sec die Geschwindigkeit repräsentiert, mit der die Steine beim Start angesaugt werden.

Insgesamt wurden 26 gleiche Geschosse auf die Rotorstufe 23 abgefeuert. 13 von den Geschossen prallten von der Rotorstufe 13 nach vorn ab und wurden nich» eingesaugt. Von den restlichen eingesaugten Geschossen wurden neun durch die Auskleidung 26 aufgefangen und zurückgehalten, die die erste Rotorstufe 23 umschließt.

Zwei der Geschosse wurden durch die Auskleidung 26, die die zweite Rotorstufe 24 umschließt, aufgefangen und festgehalten, während ein Geschoß durch beide Stufen 23 und 24 hindurchtrat, und es fand sich am Boden der Grube 22 und eins verschwand auf unerklärliche Welse.

Demgemäß wurden 50% der Geschosse nicht eingesaugt und 85% der Geschosse trat nicht durch die erste Rotorstufe 23 hindurch, und 92% der Geschosse trat nicht an der zweiten Rotorstufe 24 hindurch. Wenn statt dessen nur die eingesaugten Geschosse betrachtet werden, dann traten 69% der eingesaugten Geschosse nicht an der ersten Rotorstufe 23 vorbei und 85% durchlief nicht die zweite Rotorstufe.

Die Erfindung wird vorstehend In Verbindung mit einer Auskleidung 17 beschrieben, die nur d'e Rotorstufen des Kompressors umschließt. Die Auskleidung 17 kann jedoch auch an anderen Stellen angebracht werden, wo kleine und harte Fremdkörper aufgefangen und zurückgehalten werden können. Die Slllclumschicht 19 kann als Anfangsüberzug benutzt werden. In gewissen Fäl'en 1st dies jedoch nicht zweckmäßig. Wenn dies der Fall ist. kann ein weiteres Metallblech aus einer Aluminiumlegierung ähnlich dem Blech 18 über die ausgefüllte Silikongummischicht 19 gefügt werden, so daß eine zusätzliche Verzögerung der Geschwindigkeit der Fremdkörper erreicht werden kann.

Ii IV.11.U i.

Claims

Patentansprüche:

1. Innere Auskleidung für das Verdichtergehäuse eines Gasturbinentriebwerks, bestehend aus einem Honlgwabenaufbau, der auf der dem Strömungskanal zugewandten Seite ein Metallblech trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech (18) auf seiner dem Strömungskanal zugewandten Seite eine Schicht (19) aus elastomerem Material trägt, wobei das Metallblech (18) und die elastormere Schicht (19) derart ausgebildet und bemessen sind, daß kleine harte Fremdkörper, die durch den Lufteinkuf eingesaugt werden, diese Schichten unter teilweiser Aufzehrung ihrer kinetischen Energie durchschlagen und im Honigwebenaufbau (20) gefangen werden.

2. Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (!9) aus elastomerem Mateilla mehrere fein verteilte Partikel in dispergierter Form enthält.

3. Auskleidung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fein verteilten Partikel hohle Glasmikrokugeln sind.

4. Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech (18) aus einer Aluminiumlegierung besteht.

5. Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Material ein Silikongummi Ist