DE3805586C2

DE3805586C2 - Ummantelter Fan für ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE3805586C2
Application number: DE3805586A
Authority: DE
Inventors: Derick Alfred Perry
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1987-03-03
Filing date: 1988-02-23
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2008-02-24
Also published as: FR2611821B1; DE3805586A1; JP2860099B2; JPS63215840A; GB2201731A; GB2201731B; FR2611821A1; GB8801047D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen ummantelten Fan für ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk mit Fanschaufeln, die an ihrem radial inneren Ende lösbar an einem Fanrotor montiert sind, wobei das Fangehäuse koaxial zum Fanrotor liegt und die Fanschaufeln umschließt und eine innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche aufweist.

Bei derartigen Fantriebwerken besteht die Notwendigkeit, eine Fanschaufel oder mehrere Fanschaufeln im Falle einer Beschädigung auszuwechseln. Im allgemeinen muß zum Zwecke der Demontage und Montage wenigstens ein Teil des Fangehäuses entfernt werden, um die Fanschaufeln und den Fanrotor zugänglich zu machen.

Die DE-OS 2 333 274 beschreibt ein Gebläserad für Propellerturbinen- Luftstrahltriebwerke mit Propellerdüsen, bei dem eine Vielzahl runder Schaufelfußteile vorgesehen ist und auf jedem Schaufelfußteil mindestens zwei Schaufeln derart angeordnet sind, daß die Schaufeln aufeinander zu und voneinander weg schwenkbar sind. Die einzelnen Schaufeln sind jeweils mittels eines Zapfens am entsprechend runden Schaufelfuß befestigt, und dieser Zapfen ist abwechselnd durch Ansätze der Schaufel und Ansätze des Schaufelfußes hindurchgesteckt. Hierdurch soll die Schwächung vermieden werden, die üblicherweise durch die Schwalbenschwanz- oder Tannenbaumschlitze im Rotor bewirkt wird, in die die entsprechenden Schaufelfüße eingeschoben werden. Die Schaufelfüße sind von einer Blechkonstruktion umgeben, von welcher ein Teil zusammen mit dem Gebläse umläuft und von welcher ein Teil feststehend ist.

Ein Ein- oder Ausbau einzelner Gebläseschaufeln ohne wenigstens eine teilweise Demontage des äußeren Gebläsegehäuses und/oder der inneren Blechverkleidungskonstruktion des Rotors ist hier nicht möglich.

Die GB 2 165 313 A zeigt ein Gasturbinentriebwerk, bei welchem einem Kerntriebwerk eine Nutzleistungsturbine nachgeschaltet ist. Die von den Verbrennungsgasen beaufschlagte Turbine des Kerntriebwerkes treibt dessen Kompressor an und die die Turbine des Kerntriebwerkes verlassenden Gase werden in einer nachgeschalteten Nutzleistungsturbine mit gegenläufigen Turbinenschaufeln entspannt. Diese Nutzleistungsturbine treibt gegenläufige Propeller an. Die Laufschaufeln der Nutzleistungsturbine sind mit ihren Schaufelfüßen in Schlitze von Außen- bzw. Innengehäuse dadurch einschiebbar, daß die Schaufeln verschwenkt und in einen entsprechend vergrößerten Schlitz eingeschwenkt und umfangsmäßig verschoben werden. Die Montage oder Demontage einer beliebigen einzelnen Schaufel ist ohne Entfernung weiterer Schaufeln nicht möglich. Auch können die Schaufeln einer mittleren Stufe nicht ohne Entfernung weiterer Stufen montiert oder demontiert werden.

Die FR 2 539 702 zeigt einen am hinteren Ende eines Rumpfes angeordneten Druckpropeller, der von einem Mantel umschlossen ist. Im stromabwärtigen Teil des Gehäusemantels sind in dessen innerer Oberfläche axial bis zum hinteren Ende verlaufende Montageschlitze eingearbeitet. Der Propeller wird mit sämtlichen Propellerblättern als Einheit demontiert und montiert. Eine Demontage oder Montage einzelner Propellerblätter ist nicht möglich.

Die US-PS 3 934 410 zeigt einen in einem Mantelgehäuse umlaufenden Propeller. Das Mantelgehäuse weist in Höhe des Propellers an seiner inneren Oberfläche eine sich über den gesamten Umfang erstreckende Ausnehmung auf, die der Lärmverminderung dienen soll. Eine individuelle Demontage oder Montage einzelner Schaufelblätter unter Zuhilfenahme dieser Umfangsausnehmung ist nicht möglich und auch nicht beabsichtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen ummantelten Fan derart auszubilden, daß es möglich wird, die Fanschaufeln vom Rotor einzeln zu demontieren oder zu montieren, ohne daß es erforderlich wäre, das Fangehäuse oder einen Teil hiervon abzubauen.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Der der Montage und Demontage dienende Schlitz erstreckt sich nur so weit über den Umfang der inneren Oberfläche des Gehäuses, wie dies die Querschnittsgestalt einer Schaufel am radial äußeren Ende erfordert. Dieser Schitz ist im Betrieb durch einen Stopfen verdeckt, so daß eine glatte Strömungsfläche an der Innenseite gewährleistet bleibt. Die Demontage bzw. Montage kann dann einfach dadurch erfolgen, daß die betreffende Schaufel im Sinne ihres geringsten Anstellwinkels verschwenkt und dann, zusammen mit dem Rotor, an die Stelle des Schlitzes gedreht wird, aus dem der Stopfen entnommen wurde. Eine Demontage des Schaufelfußes erfolgt durch Verdrehung einer entsprechenden Gewindeanordnung, wodurch die Fanschaufel radial nach außen verschoben wird und mit ihrem äußeren Ende in den Schlitz eingreift, worauf der Schaufelfuß aus dem Lager ausgeschwenkt werden kann.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Ansicht eines Turbofan-Gasturbinentriebwerks mit einem Fangehäuse und einer erfindungsgemäß ausgebildeten Montage- und Demontagevorrichtung für die Fanschaufeln,

Fig. 2 in größerem Maßstab eine Schnittansicht des Fangehäuses und einer Fanschaufel gemäß Fig. 1 im eingebauten Zustand,

Fig. 3 in größerem Maßstab eine Schnittansicht des Fangehäuses und der Fanschaufel gemäß Fig. 1, wobei die Fanschaufel während der Montage bzw. der Demontage dargestellt ist,

Fig. 4 eine Schnittansicht des Fangehäuses nach Fig. 1, wobei das Fangehäuse in einer Stellung dargestellt ist, die es einnimmt, wenn das Gasturbinentriebwerk im Betrieb befindlich ist.

In Fig. 1 ist ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk 10 dargestellt, das einen Einlaß 12, einen Fan mit Fanschaufeln 14, einen Kompresssor 22, eine Brennkammer 24, eine Turbine 26 und eine Abgasdüse 28 in Strömungsrichtung hintereinander aufweist. Das Gasturbinentriebwerk arbeitet in herkömmlicher Weise, und es wird zunächst die Luft durch den Fan verdichtet, wobei ein Teil der Luft über den Fankanal 18 abströmt, der durch ein Fangehäuse 16 definiert wird. Der Rest der Luft strömt in den Kompressor, um weiter verdichtet zu werden. Die komprimierte Luft wird in die Brennkammer eingeleitet, wo der Brennstoff in der verdichteten Luft verbrannt wird, um heiße Gase zu erzeugen. Die Heißgase strömen durch die Turbine und treiben diese an, und die Turbine treibt ihrerseits den Fan und den Kompressor über eine Welle oder über mehrere Wellen an.

Das Fangehäuse 16 ist am Kerntriebwerksgehäuse 21 über mehrere Streben 20 festgelegt, die über den Fankanal 18 verlaufen. Das Fangehäuse 16 umfaßt, wie deutlicher aus Fig. 2 ersichtlich ist, ein inneres Metallblech 32 und ein äußeres Metallblech 36, zwischen denen sich ein Wabenaufbau 34 befindet. Im Fangehäuse 16 ist ein Haltering 38 und 40 um die Fanschaufeln 14 herum angeordnet, um die Fanschaufeln innerhalb des Fangehäuses zu halten, wenn sich eine Schaufel von der Nabe des Fanrotors im Betrieb lösen sollte.

Der Haltering des Fangehäuses kann aus kontinuierlich gewickelten Schichten 38, 40 eines verwebten Faserstoffmaterials bestehen, und das Faserstoffmaterial kann aus Glasfasern, Kohlenstoffasern, metallischen Fasern oder aromatischen Polyamidfasern bestehen. Die Faser, die nach derzeitigen Erkenntnissen am besten geeignet ist, ist eine Faser, die unter dem Warenzeichen "KEVLAR" von Du Pont Limited vertrieben wird. Der Haltering könnte auch aus Stahl oder anderen metallischen Werkstoffen bestehen.

Das Fangehäuse 16 ist mit einem langgestreckten Schlitz 30 an der inneren Oberfläche versehen, der einen stromlinienförmigen Querschnitt besitzt und somit das radial äußere Ende einer Fanschaufel 14 aufnehmen kann. Der Schlitz 30 erstreckt sich in Umfangsrichtung und in der gleichen Ebene wie die Achsen der Fanschaufeln 14. Der Schlitz ist so bemessen, daß er das Ende einer Fanschaufel aufnehmen kann, und er ermöglicht so eine Demontage einer Fanschaufel.

Der Schlitz 30 erstreckt sich radial in den Haltering 38. Da sich jedoch der Schlitz in Umfangsrichtung erstreckt, bleibt die Reifenfestigkeit des Halterings erhalten; denn die Anordnung eines axial verlaufenden Schlitzes im Haltering würde die Reifenfestigkeit im hohen Maße vermindern und damit auch die Festigkeit des gesamten Gebläsegehäuses.

Die Fanschaufeln 14 sind in ihrem Anstellwinkel anstellbar und jede Schaufel besitzt einen Schaufelfuß 42, der drehbar in einem Gehäuse 48 des Fanrotors über ein Lager 44 und ein Lagergehäuse 46 gelagert ist. Die Fanschaufeln 14 sind in die Gehäuse 48 des Fanrotors eingeschraubt. Jedes Lagergehäuse 46 weist ein Außengewinde 47 auf, mit dem es in ein Innengewinde eines Gehäuses 48 des Fanrotors eingeschraubt ist. Die Festlegung erfolgt über Schraubbolzen 45, die durch Löcher in den Flanschen 49 und 51 hindurchstehen, welche am Gehäuse 48 bzw. am Lagergehäuse 46 angeordnet sind.

Eine Fanschaufel 14 wird aus dem Gehäuse 48 des Fanrotors, wie aus Fig. 3 ersichtlich, dadurch entnommen, daß die Fanschaufel um ihre Achse so weit gedreht wird, bis der Anstellwinkel klein ist, und es wird außerdem der Fan um die Triebwerksachse gedreht, bis die Spitze der Fanschaufel auf den Schlitz 30 im Fangehäuse 16 ausgerichtet ist. Dann wird die Fanschaufel 14 vom Gehäuse 48 des Fanrotors abgenommen, indem die Bolzen 45 gelöst werden, und das Lagergehäuse 46 vom Gehäuse abgeschraubt wird. Die Fanschaufel wird dann radial nach außen derart bewegt, daß das Ende der Fanschaufel 14 in den Schlitz eingreift, und dann wird der Schaufelfuß 42 aus dem Gehäuse entfernt.

Der Schaufelfuß 42 der Fanschaufel 14 wird stromauf und radial bewegt, d. h. verdreht, damit das Ende der Schaufel aus dem Schlitz 30 entfernt werden kann und damit auf diese Weise die Schaufel vollständig entnommen werden kann.

Um eine Fanschaufel 14 einzubauen, wird diese auf den Schlitz 30 im Fangehäuse 16 ausgerichtet. Das Ende der Fanschaufel wird in den Schlitz 30 eingesteckt und der Schaufelfuß der Fanschaufel wird stromab und radial bewegt, d. h. verschwenkt, um den Schaufelfuß auf das betreffende Gehäuse 48 des Fanrotors auszurichten. Dann wird die Fanschaufel radial derart nach innen bewegt, daß das Ende der Fanschaufel aus dem Schlitz 30 im Fangehäuse heraus kommt und der Schaufelfuß der Fanschaufel im Gehäuse des Fanrotors festgelegt wird. Der Schaufelfuß der Fanschaufel wird dann am Gehäuse des Fanrotors festgelegt und die Fanschaufel wird um ihre Achse in ihre richtige Betriebsstellung gedreht.

Der Schlitz im Fangehäuse ist mit einem entfernbaren Stopfen 50 verschließbar, der am Fangehäuse durch eine Schraube 52 und eine Mutter 54 festgelegt wird, wobei sich die Schraube durch das Fangehäuse 16 nach einer Ausnehmung 56 in der äußeren Oberfläche des Fangehäuses 16 erstreckt. Der Stopfen gewährleistet eine glatte aerodynamische Erstreckung der inneren Oberfläche des Fangehäuses und der Stopfen 50 kann entfernt werden, damit die Schaufel leicht demontiert werden kann.

Wenn der Haltering aus verwebtem Faserstoffmaterial besteht, kann der Haltering mit einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Schlitz vorzugsweise dadurch versehen werden, daß das verwebte Material um einen Formkörper herumgewickelt wird, der den Schlitz definiert, um einen durchgehenden einzigen Reifen aus Haltematerial zu bilden, in dem ein Schlitz ausgebildet ist. Stattdessen können zwei durchgehende Ringe aus verwebtem Faserstoffmaterial im axialen Abstand zueinander angeordnet werden, um einen in Umfangsrichtung verlaufenden Spalt zu bilden, wobei ein Füllmaterial benutzt wird, um den Hauptteil des Umfangsschlitzes auszufüllen und so die Enden des Schlitzes in Umfangsrichtung zu definieren.

Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Schlitz in den Haltering hinein, jedoch ist es auch möglich, daß der Schlitz nur in den Wabenaufbau hinein verläuft und der Haltering um den Wabenaufbau herumgewickelt ist, so daß die Reifenfestigkeit des Halterings aufrechterhalten bleibt.

Bezugszeichenliste

10 Turbofan-Gasturbinentriebwerk
14 Fanschaufeln
16 Fangehäuse
18 Fankanal
20 Streben
21 Kerntriebwerksgehäuse
22 Kompressor
24 Brennkammer
26 Turbine
28 Abgasdüse
30 Schlitz
32 inneres Metallblech
34 Wabenaufbau
36 äußeres Metallblech
38 Haltering
40 Haltering
42 Schaufelfuß
44 Lager
45 Schraubbolzen
46 Lagergehäuse
47 Außengewinde
48 Gehäuse
49 Flansch (Gehäuse 48)
50 Stopfen
51 Flansch (Lagergehäuse 46)
52 Schraube
54 Mutter
56 Ausnehmung

Claims

1. Ummantelter Fan für ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk mit Fanschaufeln, die an ihrem radial inneren Ende lösbar an einem Fanrotor montiert sind, wobei ein Fangehäuse koaxial zum Fanrotor liegt und die Fanschaufeln (14) umschließt und eine innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Fangehäuse (16) einen Schlitz (30) in der inneren Oberfläche aufweist, daß das Fangehäuse (16) einen Stopfen (50) aufweist, der lösbar im Schlitz (30) festlegbar ist, um eine glatte innere Oberfläche zu bilden, daß der Schlitz (30) im Fangehäuse (16) im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Fanschaufeln (14) liegt, daß der Schlitz (30) so dimensioniert ist, daß er das Ende einer Fanschaufel (14) aufnehmen kann, daß die Enden der Fanschaufeln (14) auf den Schlitz (30) ausrichtbar und in den Schlitz (30) einsteckbar sind, um eine Montage oder Demontage der Fanschaufeln (14) zu ermöglichen.

2. Ummantelter Fan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fanschaufeln (14) bezüglich ihres Anstellwinkels einstellbar sind und daß die Anstellung der Fanschaufeln (14) derart veränderbar ist, daß die Schaufelfüße (42) der Fanschaufeln (14) sowohl in Radialrichtung als auch in Axialrichtung beweglich sind, um eine Montage oder Demontage der Fanschaufeln (14) zu ermöglichen.

3. Ummantelter Fan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (30) ein Stromlinienprofil aufweist.

4. Ummantelter Fan nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (30) sich in Umfangsrichtung erstreckt.

5. Ummantelter Fan nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fangehäuse (16) einen Haltering (38) aufweist und daß der Schlitz (30) wenigstens teilweise in dem Haltering (38) angeordnet ist.

6. Ummantelter Fan nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (38) aus einem einzigen durchgehenden Reifen aus verwebtem Faserstoffmaterial besteht und daß der Schlitz (30) im verwebten Faserstoffmaterial ausgebildet ist.

7. Ummantelter Fan nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (30) durch zwei durchgehende Reifen mit axialem Abstand gebildet wird.

8. Ummantelter Fan nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelfuß (42) jeder Fanschaufel (14) drehbar am Fanrotor durch ein Lager (44) und ein Lagergehäuse (46) gelagert wird, wobei der Schaufelfuß (42), das Lager (44) und das Lagergehäuse (46) ein vormontiertes Bauteil bilden.

9. Ummantelter Fan nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Lagergehäuse (46) einen Flansch (51) aufweist und mit einem Außengewinde (47) versehen ist, daß der Fanrotor mehrere in Umfangsrichtung im Abstand zueinander liegende Gehäuse (48) aufweist, wobei jedes Gehäuse (48) einen Flansch (49) aufweist und jedes Gehäuse (48) mit einem Innengewinde versehen ist, in welches das Lagergehäuse (46) eingeschraubt wird.

10. Ummantelter Fan nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (51) am Lagergehäuse (46) lösbar mit dem Flansch (49) des Gehäuses (48) verbunden ist.