DE3712830A1 - Turbotriebwerk mit einem berstschutzring - Google Patents
Turbotriebwerk mit einem berstschutzringInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
- F41H5/00—Armour; Armour plates
- F41H5/02—Plate construction
- F41H5/04—Plate construction composed of more than one layer
- F41H5/0414—Layered armour containing ceramic material
- F41H5/0428—Ceramic layers in combination with additional layers made of fibres, fabrics or plastics
- F41H5/0435—Ceramic layers in combination with additional layers made of fibres, fabrics or plastics the additional layers being only fibre- or fabric-reinforced layers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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Description
Die Erfindung betrifft ein Turbotriebwerk mit einem Berstschutzring
zumindest teilweise bestehend aus elastischem Fasermaterial und einer
formerhaltenden Matrix.
Beim Betrieb von Turbotriebwerken, insbesondere in Luftfahrzeugen be
steht die Gefahr, daß aufgrund von Fremdkörpereinschlag oder Material
ermüdung eine Rotorschaufel bricht. Wegen der extrem hohen Rotordreh
zahlen hat ein derartiges Bruchstück eine erhebliche Energie und vermag
nach Durchschlagen eines Triebwerksgehäuses erheblichen Schaden anzu
richten. So können Hilfsaggregate wie Ölkühler oder Hydraulikleitungen
zerstört werden, wodurch es im Extremfall zum Absturz des Luftfahrzeu
ges, oder zu Verletzungen von Personen kommen kann.
Um dies zu verhindern, werden bei Kerntriebwerken und Triebwerken mit
kleinem Bypass-Verhältnis die Gehäusewände in den gefährdeten Bereichen
verstärkt. Hiermit ist jedoch eine erhebliche Gewichtszunahme verbun
den, insbesondere da im Zuge der Bemühungen zur Steigerung der Trieb
werksleistungen die Rotordrehzahlen gesteigert und gleichzeitig zur
Verminderung der Stufenzahl die Schaufeln vergrößert werden.
Wie dem veröffentlichten MTU-Triebwerksprospekt des Strahltriebwerkes
CF6-80 zu mit der Publikationsnummer ZPW 5/84 zu entnehmen ist, sind für
neuzeitliche Fan-Triebwerke Berstschutzringe bekannt, welche radial
außerhalb der Fan-Schaufeln angeordnet sind und die oben geschilderten
Folgen eines Fan-Schaufelbruches verhindern. Diese Berstschutzringe
bestehen im wesentlichen aus Aramid-Faserringen, welche durch eine
Epoxid-Harzmatrix fixiert werden. Aramid-Fasern zeichnen sich durch
hohe Festigkeit und Energieaufnahme bei niedrigem Gewicht aus.
Die zur Formerhaltung, Befestigung und Positionierung des Berstschutz
ringes erforderliche Kunstharzmatrix hat jedoch den Nachteil, daß eine
sehr steife Bindung der Faserlagen erreicht wird. Hierdurch werden bei
Beanspruchung durch ein Schaufelbruchstück nur die direkt betroffenen
Fasern in den Energieumsetzungsvorgang einbezogen. So besteht die Ge
fahr einer schnittartigen Durchtrennung des Faserbundes durch das
Schaufelbruchstück mit nur geringer Energieaufnahme.
Ein weiterer Nachteil der üblichen Harzmatrix ist, daß sie nur wenig
temperaturbeständig ist und daher ein Einsatz von Berstschutzringen im
Bereich von Verdichtern oder Turbinen aufgrund der dort herrschenden
hohen Temperaturen nicht möglich ist. Sie eignen sich daher nur für die
Umhüllung der Fans, da dort keine Wärmeprobleme auftreten.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Berstschutzring zu schaffen, der
eine hohe Schutzwirkung mit guter Positionierung und niedrigem Gewicht
vereint und an heißen Triebwerksteilen angebracht werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Fasermaterial
mehrlagig aufgewickelt ist und mit einer hochelastischen, warmfesten
Matrix versehen ist.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Berstschutzringes ist darin zu sehen,
daß dieser und aufgrund seiner hohen Elastizität sich bei Beanspruchung
durch ein Schaufelbruchstück erheblich dehnen kann. Hierdurch werden
mehr Fasern in die Energieumwandlung einbezogen als bei einer steifen
Harzmatrix, so daß die Schutzwirkung des erfindungsgemäßen gegenüber
herkömmlichen versteiften Berstschutzringen verbessert ist.
Vorzugsweise besteht das Fasermaterial aus Glas-, Kohle- oder Ara
mid-Faser (Kevlar). Kohlefasern werden vor allem bei hohen Temperatu
ren, etwa im Turbinenbereich zum Einsatz kommen, während Glas- bzw.
Aramid-Fasern im Verdichterbereich verwendet werden.
Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung besteht die hochelastische Ma
trix aus Latex, Polyurethan oder Silikongummi. Während Latex sich durch
hohe Durchdringungsfähigkeit von Geweben und Polyurethan durch gute
Hafteigenschaften auf der Faser auszeichnet, eignet sich Silikongummi
aufgrund der hohen Temperaturbeständigkeit und Unbrennbarkeit vor allem
zur Umhüllung des Turbinenbereiches.
Das Anbringen einer Schicht zwischen Matrix und Faser erlaubt es, die
Haftung der Fasern an der Matrix so einzustellen, daß bei Belastung des
Berstschutzringes sich die teilweise gebrochenen Fasern gegeneinander
verschieben. Dies bewirkt wegen der Reibung zwischen Matrix und Faser
eine zusätzliche Energieaufnahme, so daß sich die Schutzwirkung weiter
erhöht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
daß der Berstschutzring je nach erforderlicher Schutzwirkung aus ca. 20
bis 200 Faserlagen besteht, wobei bevorzugt jede zweite Faserlage mit
der hochelastischen Matrix durchtränkt ist. Hieraus ergibt sich der
Vorteil, daß mit geringem Matrixanteil alle Fasern durch die Matrix
verbunden sind. Sind alle Faserlagen mit Matrix versehen, so führt dies
zu einem höheren Gewicht und einer größeren Haftung der Faserlagen
untereinander. Aufgrund der Verwendung hitzebeständiger Faser- und
Matrixwerkstoffe ist ein Schutz des Verdichter- und Turbinenbereiches
durch Berstschutzringe erreichbar. Im Turbinenbereich muß der Berst
schutz in radialer Richtung soweit außen angebracht sein, daß dessen
Werkstoff die dort herrschenden Temperaturen erträgt. Hierfür eignet
sich die Verwendung wärmebeständiger Faser- und Matrixwerkstoffe.
Durch die Verbindung des außen liegenden Endes des Fasermaterials form-
oder materialschlüssig mit der darunter befindlichen Lage wird ein
Aufwickeln der Faserlagen im Belastungsfall vermieden.
Anhand der Figuren, die schematisch eine Ausführungsform darstellen,
wird die Erfindung weiter erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Fan-Turbo
triebwerks,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Triebwerksgehäuse mit Berst
schutzring.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Fan-Turbotriebwerk 1 gezeigt, daß im
wesentlichen aus Fan-Schaufelblättern 2, einem Verdichter 3, einer
nicht dargestellten Brennkammer und einer Turbine 4 besteht. Die Fan-
Schaufelblätter sind radial außen von einer zylindrischen Ummantelung
13 umgeben. In der Ummantelung ist ein Berstschutzring 5 integriert,
ferner sind radial außerhalb des Verdichters 3 und der Turbine 4
Berstschutzringe 6, 7 vorgesehen. Der Berstschutzring 7 ist im Bereich
der Turbine 4 soweit vom heißen Gehäuse 14 entfernt, daß dort Tempera
turen von maximal 350 Grad Celcius auftreten. Diese werden von einer
Kombination von Glasfasern und Silikongummimatrix als Berstschutzwerk
stoffe ohne zusätzliche Kühlmaßnahmen ausgehalten.
In dem in Fig. 2 gezeigten Längsschnitt durch ein Triebwerksgehäuse 8
in Höhe einer Rotorschaufel 9, die eine Fan-, Verdichter- oder
Turbinenschaufel sein kann, ist ein aus mehreren Faserlagen bestehender
Berstschutzring 10 zu sehen, wobei nur einige, stark vergrößerte Faser
lagen gezeigt sind. Jede zweite Faserlage 11 a, 11 b, 11 c ist mit ei
ner hochelastischen Matrix durchtränkt. Die nicht durchtränkten Faser
lagen 12 a, 12 b, 12 c sind jedoch teilweise von der Matrix durchdrun
gen, so daß ein fester, formstabiler und trotzdem hochelastischer Ver
band entsteht.
Claims (7)
1. Turbotriebwerk mit einem Berstschutzring der zumindest
teilweise aus elastischem Fasermaterial und einer formerhal
tenden Matrix besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das
Fasermaterial (11, 12) mehrlagig aufgewickelt und mit einer
hochelastischen, warmfesten Matrix versehen ist.
2. Turbotriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Fasermaterial (11, 12) Kohle-, Gas- oder Aramid-Faser
oder eine Mischung dieser Fasern ist.
3. Turbotriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die hochelastische Matrix aus Latex, Polyurethan
oder Silikongummi besteht.
4. Turbotriebwerk nach einem oder mehreren der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede zweite
Faserlage (11) mit der hochelastischen Matrix versehen
ist.
5. Turbotriebwerk nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fasern mit einer dünnen Schicht zur Einstellung des
gewünschten Maßes an Haftung zwischen Matrix und Faser versehen
sind.
6. Turbotriebwerk nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß dieser das Triebwerksgehäuse (8) im Bereich des Verdichters
(3) oder der Turbine (4) umschließt.
7. Turbotriebwerk nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das außen liegende Ende
des Fasermaterials form- oder materialschlüssig mit der darunter
befindlichen Lage verbunden ist.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873712830 DE3712830A1 (de) | 1987-04-15 | 1987-04-15 | Turbotriebwerk mit einem berstschutzring |
AT88103037T ATE63972T1 (de) | 1987-04-15 | 1988-03-01 | Berstschutzring fuer turbotriebwerksgehaeuse. |
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US07/178,481 US4818176A (en) | 1987-04-15 | 1988-04-07 | Burst guard ring for turbo-engine housings |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873712830 DE3712830A1 (de) | 1987-04-15 | 1987-04-15 | Turbotriebwerk mit einem berstschutzring |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3712830A1 true DE3712830A1 (de) | 1988-11-03 |
Family
ID=6325707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873712830 Withdrawn DE3712830A1 (de) | 1987-04-15 | 1987-04-15 | Turbotriebwerk mit einem berstschutzring |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE3712830A1 (de) |
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