DE3638579C2 - Hochtemperatur-Wärmedämmsystem für Hochleistungs Wellentriebwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochtemperatur-Wärmedämmsystem für Hochleistungswellentriebwerke.

Es ist seit langem bekannt, daß in den Ölversorgungssyste­ men von Hochleistungswellentriebwerken immer wieder Ab­ lagerungen auftreten, die etwa in Form von lack- oder kru­ stenartigen Belägen an einer Reihe von Stellen im Trieb­ werk auftreten. Wie in dem Aufsatz von K. Maier und E. Jantzen in Zeitschrift "Flugwiss. Weltraumforsch. 9 (1985)", SS. 211-217, ausgeführt ist, sind derartige Ab­ lagerungen außerordentlich unerwünscht und es können hier­ durch eine Reihe negativer Folgen auftreten, wie etwa die Verschlechterung der Wärmeableitung, die Verengung von Ab­ ständen zwischen den Hauptwellen, Zusetzen von Entlüf­ tungsleitungen, Abfallen der Beläge und Verstopfen von Öl­ rückförderleitungen und Filtern sowie Beschädigungen von drehenden Bauteilen wie Lagern und Wellen. Es ist bis jetzt nicht gelungen, das Auftreten derartiger Ablagerun­ gen zu vermeiden, obgleich seit Jahrzehnten an dieser Auf­ gabe gearbeitet wird. Da in Zukunft mit Triebwerken mit noch höheren Triebwerkstemperaturen gerechnet wird, könn­ ten derartige Ablagerungen, falls es nicht gelingt, ihre Entstehung zu verhindern, zu einem ernsthaften Problem für solche Triebwerke werden.

Die Bildung dieser unerwünschten Ablagerungen dürfte durch eine Reihe von Faktoren bestimmt werden, deren Einflüsse und deren Zusammenwirken im Einzelnen noch nicht bekannt sind. Der einzige Schutz gegen diese Ablagerungen besteht im Augenblick darin, daß die Ölleitungen in kurzen Zeit­ abständen ständig kontrolliert werden und daß entsprechen­ de Servicemaßnahmen durchgeführt werden. Dies ist jedoch insgesamt finanziell sehr aufwendig.

Aus der DE-OS 24 46 834 war bereits eine Isolierung einer Welle einer Gasturbine bekannt. Diese Isolierung wird dadurch erreicht, daß ein gehäuseartiger Tragkörper an dem Gesamtgehäuse befestigt wird, auf dem sodann eine Isolationsschicht angebracht wird. Durch die besondere Halterung wird insbesondere verhindert, daß das die Turbinenwellenlager lagernde Gehäuseteil sich verzieht. Die Isolationsschicht selbst kann als der vordere, als Abgasdiffusor ausgebildete Teil der Abgasleitung ausgebildet sein.

Aus der französischen Patentschrift 14 28 317 war es auch bereits bekannt, Rohre dadurch sowohl wärmemäßig als auch akustisch zu isolieren, daß man das Rohr jeweils entlang seiner Länge durch halbschalenförmige Ummantelungsteile aus etwa Metall umgibt, wobei der Abstand zwischen den halbschalenförmigen Ummantelungen und dem zu isolierenden Rohr vollständig durch ein Schaumstoffmaterial ausgefüllt wird.

Aus der DE-OS 34 11 935 sind auch bereits wärmegedämmte Gasleitungen bekannt, bei denen die Gasleitung selbst aus metallenen Halbschalen bestehen, die zu einer Gesamtleitung entlang Flanschen miteinander verbunden werden. Auf der Innen- oder Außenseite dieser Halbschalen sind miteinander versteppte Lagen aus Isoliermaterial vorgesehen, die in bezug auf die Wand der Gasleitung durch eine entsprechend geformte schalenförmige Abdeckung gehalten wird.

Aus der WO 83/02 491 waren auch bereits wärmeisolierte Leitungen für Raumheizsysteme im Bauwesen bekannt. Zur Isolierung der Leitungen werden hierbei halbschalenförmige Isolationselemente verwandt, die um das zu isolierende Rohr herum angeordnet werden und aus einem geschäumten Kunststoff bestehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Auftreten von Ablagerungen in dem Ölführungssystem von Hochleistungswellentriebwerken zumindest herabzusetzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens Teile der ölführenden Leitungen mit einer wenigstens zweiteiligen, de- und remontierbaren Ummantelung umgeben sind, daß die Teile der Ummantelung jeweils aus einem Preßformkörper aus Minileit-Isoliermaterial und aus tiefgezogenen, den Preßformkörper auf der Innenseite bzw. Außenseite umschließenden, aus einem hitzebeständigen Metall oder Metallegierung bestehenden Metallfolienhäuten, die entlang ihrer sich überlappenden Ränder miteinander verschweißt sind, bestehen, und daß in Längsrichtung der Leitung die Ränder der Teile der Ummantelung jeweils im abgestuft überlappenden Stoß gegeneinander anliegen.

Das erfindungsgemäße Wärmedämmsystem findet in erster Li­ nie Anwendung bei den ölführenden Leitungen, die im Hoch­ temperaturbereich des Triebwerks liegen. Wie bei Unter­ suchungen an Triebwerken der Motoren- und Turbinenunion München festgestellt wurde, traten nach der Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen praktisch keine unerwünschten Ablagerungen in den ölführenden Leitungen mehr auf.

Vorzugsweise weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden soll die Erfindung näher anhand von in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsbeispie­ len erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Gasdurchleitungskranz auf der Heißgasseite eines Hochleistungswellentriebwerks mit der An­ ordnung einer ölführenden Leitung,

Fig. 2 eine herausgezeichnete Darstellung der ölführenden Leitung mit einer Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Wärmedämmsystems, das an dieser Leitung angebracht ist,

Fig. 3 einen Schnitt durch das in Fig. 2 gezeigte Wärme­ dämmsystem entlang der Linie III-III,

Fig. 4 einen Schnitt durch das in Fig. 2 gezeigte Wärme­ dämmsystem entlang der Linie IV-IV, und

Fig. 5 einen Schnitt durch das in Fig. 2 gezeigte Wärme­ dämmsystem entlang der Linie V-V.

In Fig. 1 ist ein Teil 1 eines Hochleistungs­ wellentriebwerkes gezeigt. Dieses Teil 1 ist fest­ stehend und weist eine Mittelöffnung 2 auf, in der die Welle des Triebwerkes gelagert ist. Zwischen einem inneren Kranz 3 und einem äußeren Kranz 4 sind Stege 5 als Ab­ standshalterungen angeordnet. Von dem inneren Kranz 3 erstreckt sich durch einen der Stege 6 eine Ölleitung 7. Die heißen austretenden Gase des Triebwerkes treten durch den zwischen dem inneren und äußeren Kranz und den Stegen verbleibenden Freiraum aus.

In Fig. 2 ist die Ölleitung 7 gesondert herausgezeichnet, jedoch bereits mit einer Ausführungsform eines Wärmedämm­ systems entsprechend der Erfindung ummantelt. Der Teil 8 der Ölleitung 7 entspricht dem in Fig. 1 sichtbaren Teil der Ölleitung, während der Teil 9 dem Teil der Ölleitung entspricht, der in Fig. 1 innerhalb des Steges 6 liegt. Der Teil 8 der Ölleitung hat einen kreisförmigen Quer­ schnitt, der an der Stelle 10 in einen etwa ovalen Quer­ schnitt des Teiles 9 übergeht.

Ein Wärme- bzw. Hitzeschild für die Ölleitungen 7 muß be­ sondere Erfordernisse erfüllen. Zum einen muß er natürlich hohe Temperaturen, wie auch große Druckänderungen ohne körperliche Veränderungen aushalten. Zum anderen kann ein solcher Hitzeschild nicht unmittelbar auf die Leitungen selbst aufgebracht werden, vielmehr muß der Hitzeschild de- und remontierbar sein. Dies bringt zusätzliche Schwie­ rigkeiten mit sich. Aus Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die Ummantelung des Ölleitungsteiles 9 zu ersehen. Die Um­ mantelung besteht aus im wesentlichen zwei Teilen, einem langgestreckten U-förmigen ersten Ummantelungsteil 11 und einem flachstabför­ migen, deckelartigen zweiten Ummantelungsteil 12. Beide Teile bestehen aus ei­ nem Preßformteil aus einem wärmedämmenden Material, das auf seiner Außenseite von einer Edelstahlfolie ummantelt ist. Das Material für und die Herstellung der einzelnen Ummantelungsteile ist im wesentlichen jeweils gleich und soll im folgenden lediglich anhand des U-förmigen Teils 11 näher beschrieben werden. Dieses Teil 11 besteht aus einem inneren Kern 13, aus einem sogenannten Minileit-Material. Minileit-Material wird von der Firma Grünzweig und Hart­ mann und Glasfaser AG hergestellt. Seine wesentlichen Be­ standteile sind ein äußerst feines Pulver aus einem mikro­ porösen, amorphen Siliciumdioxid, das mit Beimengungen von Metalloxidpulver sowie mit Trübungsmitteln zur Reduzierung von Ultrarotstrahlung versetzt ist. Dieses Minileit- Material wird in die gewünschte Form verpreßt. Die be­ sondere Wärmedämmeigenschaft dieses Minileit-Materials wird unter anderem dadurch erreicht, daß in dem hieraus gebildeten Körper selbst weitgehend nur solche winzi­ gen Hohlräume oder Zellen bestehen, deren Wände einen geringeren Abstand als die mittlere freie Weglänge eines Luftmoleküls aufweisen. Anstelle des Minileit-Materials können auch keramische Faserstoffmaterialien aus einer Mischung aus Al₂O₃-SiO₂ verwandt werden, jedoch ist dieses Fasermaterial für den vorgesehenen Anwendungszweck, bei dem lediglich sehr dünnwandige Ummantelungen möglich sind, weniger geeignet. Die Herstellung der Preßformkörper aus Minileit-Material erfolgt in einem Präzisionspreßvorgang. Die Dicke der Wandungen des Kerns 13 liegen zwischen etwa 1 und 2 mm.

Zur Umhüllung des kernartigen Preßformkörpers 13 werden sodann zwei Metallfolienhäute 14 und 15 im Tiefziehverfahren in der Form einerseits der Außenwandung und andererseits entsprechend der Form der Innenwandung des Kerns 13 hergestellt. Die Metallfolie hat vorzugsweise eine Stärke zwischen 0,1 und 0,4 mm. Die Me­ tallfolien 14 und 15 bestehen vorzugsweise aus besonders hitzebeständigem Chrom-Nickelstahl oder aus Hochtempera­ tur-Nickellegierungen. Die Ränder der beiden jeweiligen Folien werden gegeneinanderliegend mittels Punktschweiß­ maschinen, Rollennahtschweißmaschinen oder Kondensator­ entladungs-Schweißanlagen verschweißt. In den Folien selbst sind Atmungsöffnungen vorgesehen. In Fig. 4 sind die Ränder 16 und 17 bzw. 18 und 19 jeweils der Folien 14 und 15 gezeigt, die miteinander verschweißt sind. Diese verschweißten Ränder 16, 17 und 18, 19 stehen an dem U- förmigen Teil jeweils etwas nach einwärts versetzt senk­ recht über das obere Ende der Schenkel des U-förmigen Teils hinaus nach aufwärts vor. An diesen Rändern sind C-förmige Leitschienen 20, 21 über jeweils nach abwärts wei­ sende Schenkel 22, 23 etwa durch Schweißen befestigt. Die C-förmigen Leitschienen sind jeweils nach auswärts gebogen und geöffnet, so daß sie mit den nach abwärts und einwärts abgerundeten Rändern 24, 25 eines Flachschiebers 26 ein­ greifen können, wenn dieser senkrecht zur Zeichenebene derart auf die C-förmigen Leitschienen aufgeschoben wird, daß die Ränder 24, 25 die C-förmigen Leitschienen umgrei­ fen.

Die Ummantelung des Rohrteils 9 der Leitung 7 wird durch das flachstabförmige Deckelteil 12 vervollständigt. Dieses Teil hat eine Höhe von 2 bis 4 mm, und diese Höhe ent­ spricht im wesentlichen der Höhe der zusammengeschweißten Ränder 16, 17 bzw. 18, 19. Der Deckelteil 12 liegt auf den oberen Enden der Schenkel des U-förmigen Teils 11 auf und weist zusätzlich im Bereich zwischen diesen Schenkeln noch einen nach abwärts gerichteten bogenförmigen Vorsprung 27 auf, der zur Anlage auf der Oberseite des Rohrteils 9 kommt und den Raum zwischen den Schenkeln des U-förmigen Teils vollständig ausfüllt. Das U-förmige Teil 11 und der flachstabförmige Deckelteil 12 bilden die Ummantelung des Teils 9 der Ölleitung 7, die innerhalb des Steges 6 des Bauteils 1 des Flugtriebwerkes liegt.

Die Montage der Ummantelung erfolgt derart, daß das U-förmige Teil 11 zunächst unterhalb des Leitungsteils 9 parallel zu diesem in den Steg 6 eingeschoben wird. Sodann wird das Teil 11 nach aufwärts angehoben, so daß die Lei­ tung 9 in dem U-förmigen Teil zu liegen kommt und von den Schenkeln des Teils umgriffen wird. In dieser Stellung wird sodann der flachstabförmige Deckelteil 12 in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 4 in den Raum oberhalb des Leitungsteils 9 eingeschoben, der seitlich durch die verschweißten Ränder 16, 17 und 18, 19 und auf der Oberseite an den Seiten durch die C-förmigen Leit­ schienen 20, 21 begrenzt wird. Abschließend wird sodann in derselben Weise, wie bereits beschrieben, der Flachschie­ ber 26 auf die C-förmigen Leitschienen aufgeschoben, wo­ durch der Deckelteil 12 fest in seiner Lage gehalten wird. Hervorragende Wärmedämmung wird insbesondere dadurch er­ reicht, daß die beiden Ummantelungsteile 11 und 12 jeweils in einem stufenförmigen Stoß aneinanderstoßen bzw. sich gegenseitig überlappen.

Der gebogene Teil 8 der Ölleitung 7 mit rundem Querschnitt wird von zwei sich entlang der Leitung erstreckenden und im Querschnitt im wesentlichen kreisbogenförmig ausgebil­ deten Halbschalen 30, 31 ummantelt. Diese Teile 30 und 31 haben denselben Aufbau wie die Teile 11 und 12, weshalb hierauf im einzelnen nicht mehr näher eingegangen wird. Die Ränder der Halbschale 30 weisen eine Abstufung derart auf, daß jeweils eine nach abwärts weisende und innen lie­ gende Rippe 32 bzw. 33 gebildet ist. Aufgrund dieser Rip­ pen 32 und 33 entsteht am Rand jeweils eine außen liegende Aussparung 34 bzw. 35. Die Ränder der zweiten Halbschale 31 sind derart komplementär hierzu ausgebildet, daß außen liegende Rippen 36, 37 beim Zusammenbau der Halbschalen in den Ausnehmungen 34 bzw. 35 zu liegen kommen, während die Rippen 32 und 33 in entsprechenden Ausnehmungen 38, 39 der zweiten Halbschale liegen. Dadurch wird an den Halbschalen gleichfalls ein stufenförmiger Stoß gebildet, der eine hervorragende Wärmedämmung gewährleistet. Die Abschirmung wird noch dadurch verbessert, daß die miteinander ver­ schweißten Ränder 40, 41 bzw. 42, 43 der Edelmetallfolien der ersten Halbschale 30 auf der Außenseite über den Rip­ pen 36, 37 der zweiten Halbschale liegen und somit die Stoßfuge zusätzlich abdichten. Die zusammengeschweißten Ränder 44, 45 der Edelmetallfolien der zweiten Halbschale 31 können dagegen jeweils gegen die Oberseite der Rippen 36 und 37 hin umgebogen werden und auf diesen aufliegen.

Die Montage der beiden Halbschalen 30 und 31 ist dadurch erleichtert, daß dieser Teil der Ölleitung 7 frei zugäng­ lich ist. Die Halbschalen werden in ihrer montierten Lage vorzugsweise durch als Metallbänder ausgebildete Haltevorrichtungen 49 gehalten, von denen ei­ nes in Fig. 3 gezeigt ist und die an einer der Halbscha­ len, im vorliegenden Fall der Halbschale 31, an der Außen­ seite der Edelmetallfolienhaut befestigt sind. Das Metall­ band 49 ist frei um die obere zweite Halbschale 30 herum­ geführt und die Enden des Metallbandes 49, in denen je­ weils nicht näher gezeigte Augen vorgesehen sind, werden durch eine als Spannfeder ausgebildete Haltevorrichtung 50 zusammengehalten, die mit ihren Enden in den Augen des Metallbandes eingehängt ist. Selbstverständlich können auch andere Befestigungen zum Zusammenhalten der beiden Halbschalen verwandt werden.

In Fig. 5 ist im Querschnitt der Übergang zwischen der Um­ mantelung des Leitungsteiles 8 und des Leitungsteiles 9 an der Stelle 10 gezeigt. Wie bereits aus der Fig. 2 zu er­ sehen ist, laufen die beiden Halbschalen 30 und 31 an der Stelle 10 in ein Endstück mit rechteckförmigem Querschnitt aus. Die Länge dieses Endes mit etwa rechteckförmigem Querschnitt beträgt etwa 2 bis 4 cm. Der von den Halbscha­ len 30, 31 umschlossene Raum ist in der Größe und in sei­ ner Form derart angepaßt, daß er genau die Außenseite des Endes der Ummantelungen 11, 12 der Fig. 4 umfassen kann. Zur besseren Abdichtung der beiden Wärmedämmsysteme gegen­ einander sind an dem Ende der Ummantelungen 11, 12, die von den Halbschalen 30, 31 umfaßt werden, die C-förmigen Leitschienen 20, 21 sowie der Flachschieber 26 fortgelas­ sen, d.h. sie enden an oder vor der Stelle, an der die Halbschalen 30, 31 beginnen. Die Halbschalen 30 und 31 sind vorzugsweise auch an diesem Ende wie in den übrigen Teilen ausgebildet. Zur besseren Abdichtung kann es jedoch zweckmäßig sein, daß entlang der Innenflächen 51, 52, 53 bzw. 54, 55, 56, an denen die Halbschalen 30, 31 gegen die Außenseiten des U-förmigen Teils 11 und des flachstabför­ migen Deckelteils 12 anliegen, die Metallfolie ausgespart ist, so daß unmittelbar der aus dem wärmeisolierenden Ma­ terial gebildete Kern 13 gegen die Teile 11, 12 anliegt.

Claims (11)

1. Hochtemperatur-Wärmedämmsystem für Hochleistungs-Wellentriebwerke, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens Teile der ölführenden Leitungen (7) mit einer wenigstens zweiteiligen, de- und remontierbaren Ummantelung (11, 12, 30, 31) umgeben sind, daß die Teile der Ummantelung jeweils aus einem Preßformkörper (13) aus Minileit-Isoliermaterial und aus tiefgezogenen, den Preßformkörper auf der Innenseite bzw. Außenseite umschließenden, aus einem hitzebeständigen Metall oder Metallegierung bestehenden Metallfolienhäuten (14, 15), die entlang ihrer sich überlappenden Ränder (16, 17, 18, 19, 40 bis 47) miteinander verschweißt sind, bestehen, und daß in Längsrichtung der Leitung (7) die Ränder der Teile der Ummantelung jeweils im abgestuft überlappenden Stoß gegeneinander anliegen.

2. Wärmedämmsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Minileit-Isoliermaterial aus formgepreßtem feinem Pulver aus amorphem Siliciumdioxyd mit Zusätzen aus Metalloxyden und Trübungsmittel besteht.

3. Wärmedämmsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolienhäute (14, 15) aus Hochtemperatur-Nickellegierungen und/oder Chromnickelfolien bestehen.

4. Wärmedämmsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung aus jeweils zwei in Längsrichtung der Leitung (7) verlaufenden Halbschalen (30, 31) besteht.

5. Wärmedämmsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Halbschale (30, 31) aus einem im Querschnitt in etwa halbkreisförmigen Preßkörper aus dem Isoliermaterial und aus zwei im Tiefziehverfahren geformten schalenförmigen Metallfolien, die gegen die Außen- und Innenseite des Preßkörpers angelegt sind, besteht.

6. Wärmedämmsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolienhaut jeweils Atmungsöffnungen aufweist.

7. Wärmedämmsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein verschweißter Rand (40, 41, 42, 43) der beiden Metallfolien einer Halbschale (30, 31) auf der Außenseite über den zwischen den zusammengesetzten Halbschalen (30, 31) gebildeten Stößen zu liegen kommt.

8. Wärmedämmsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Halbschalen (30, 31) Halteeinrichtungen (49, 50) zum gegenseitigen Befestigen und Halten der Halbschalen aneinander vorgesehen sind.

9. Wärmedämmsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (30, 31) umfassende Schellen zum gegenseitigen Befestigen der Halbschalen aneinander vorgesehen sind.

10. Wärmedämmsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung aus einem im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen ersten Ummantelungsteil (11) sowie einem flachen, dieses U-förmige erste Ummantelungsteil abdeckenden zweiten Ummantelungsteil (12) besteht.

11. Wärmedämmsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der miteinander verschweißten Ränder (16, 17, 18, 19) der Metallfolienhäute des U-förmigen ersten Ummantelungsteils (11) jeweils voneinander abgewandte C-förmige Schienen (20, 21) angebracht sind, und daß über das U-förmige Ummantelungsteil (11) mit dem darauf aufgesetzten flachen Ummantelungsteil (12) ein Flachschieber (26) mit entlang den Rändern nach einwärts abgerundeten Kanten (24, 25) zum Eingriff dieser Kanten mit den C-förmigen Schienen (20, 21) und zum gegenseitigen Befestigen der beiden Ummantelungsteile aneinander schiebbar ist.