DE3880167T2 - In das gehaeuse eingepresster aussenring eines stators fuer den blaeser eines turbotriebwerks. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die Ausbildung der Außengehäuse für die Sekundärströmung von Mehrkreis-Turboluftstrahltriebwerken. Sie bezieht sich speziell auf die Integration des äußeren Kranzes des Bläser-Leitapparats in ein solches Gehäuse und die Mittel zur Befestigung der Leitschaufeln an dem äußeren Kranz.
• Das auf den Namen der Anmelderin lautende französische Patent FR 2 321 616 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Bläser-Leitapparat, bei dem jede Schaufel einen kreuzförmigen Kopf trägt, der an dem Gehäuse angeschraubt ist, wobei die Befestigungsschraube einen Dichtungsring hält, der sich an den Rändern von Schallschluckplatten abstützt, die auf der stromaufwärtigen und auf der stromabwärtigen Seite des Leitapparats angeordnet sind und die Außenwand für die Begrenzung der Sekundärluftströmung bilden.
• Eine derartige Konstruktion hat den Nachteil, daß zwei Befestigungsschrauben für jede Schaufel des Leitapparats sowie Befestigungsschrauben für die Schallschluckplatten benötigt werden, wodurch sowohl die Montagezeit vervielfacht als auch die Herstellkosten erhöht werden, da die Anzahl der für den Zusammenbau benötigten Teile erheblich ist.
• Andererseits ist durch FR 2 246 185 eine Beschaufelung für den Stator eines Verdichters bekannt, deren glatte Schaufeln mit dem Kopf in einen Gehäusemantelring eingespannt sind, wobei zwischen dem Gehäusemantelring und einer angeschraubten äußeren Hülle komprimierbare Dichtungen aus Metalldrahtlitzen zusammengedrückt werden, die eine Schwingungsdämpferfunktion erfüllen.
• Eine solche Anordnung eignet sich allerdings kaum für die Herstellung eines Bläser- Leitapparats für ein Mehrkreis-Turboluftstrahltriebwerk, da bei ihr eine einheitliche Demontage der Schaufeln des Leitapparats nicht oder nur unter Schwierigkeiten möglich ist. Gerade dies ist jedoch eine besonders wichtige Forderung für die Wartung dieses Teils des Motors, der durch Stöße durch das Eindringen von Fremdkörpern wie Hagelkörnern, Vögeln usw. verursacht werden, am meistens beansprucht wird.
• Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Ausbildung der Mantelringe des Außengehäuses für die Sekundärströmung von Mehrkreis-Turboluftstrahltriebwerken zu vereinfachen, indem sie die Montage der den inneren Rand des Sekundärströmungskanals bildenden Teile vereinfacht und sie die Anzahl die Teile veringert, auf denen dieser besteht.
• Die Erfindung soll die Möglichkeiten eröffnen, in dem so ausgebildeten Bläser-Leitapparaten glatte, gezogene oder geschmiedete Schaufeln oder Schaufeln aus Verbundwerkstoff zu verwenden und dabei eine einfache Montage gewährleisten, die eine gute Widerstandsfähigkeit der Schaufeln gegenüber Vibrationen sicherstellt und eine Demontage der Beschaufelung als Ganzes ermöglicht.
• Außerdem soll die Ausbildung der entlang des Strömungskanals angeordneten Schallschluckelemente oder verschleißbaren Teile vereinfacht werden.
• Gegenstand der Erfindung ist also ein Mehrkreis-Turboluftstrahltriebwerk mit einem Bläser-Leitapparat mit einer Stufe von festen plattformlosen Schaufeln, die in regelmäßiger Verteilung zwischen einem inneren und einem äußeren Kranz angeordnet sind, wobei der äußere Kranz von einer aus einem Block bestehenden ringförmigen Kartusche aus einem Verbundwerkstoff gebildet ist mit einerseits zwei vollen Seitenbändern, deren Außenfläche innen in das äußere Gehäuse für den kalten Strom des Turboluftstrahltriebwerks eingeschrumpft ist und deren Innenfläche zwei seitliche Vertiefungen zur Halterung der Ränder von auf der stromaufwärtigen und auf der stromabwärtigen Seite der Kartusche angeordneten Schallschluckplatten aufweist, und andererseits einem zwischen den beiden dicken Seitenbändern angeordneten und diese miteinander verbindenden dünner ausgebildeten zentralen Tei, der von Schlitzen zur Befestigung der Schaufeln des Leitapparats durchdrungen wird,
• Der mit den genannten Schlitzen zusammenwirkende radial äußere Endbereich des Blatts jeder Leitschaufel ist von einer Kappe überdeckt, die durch Umspritzen von in dem genannten Endbereich vorgesehenen Rillen mit einem Elastomer gebildet und weist einen verbreiterten Außenrand mit einer Nut auf, die zwei Lippen begrenzt, wobei die äußere dieser Lippen sich an der Aussenseite des Schlitzes in dem dünner ausgebildeten zentralen Teil der Kartusche verhakt und die innere Lippe in einer Absenkung aufgenommen ist, die den Schlitz auf der radial inneren Seite der Kartusche umschließt.
• Weitere Merkmale der Erfindung sowie die Art der Montage der Schaufeln des Leitapparats werden im folgenden anhand der anliegenden Zeichnungen näher beschrieben:
• Fig. 1 zeigt einen die Erfindung verkörpernden Niederdruck-Verdichter eines Mehrkreis- Turboluftstrahltriebwerks in einem longitudinalen Achsenhalbschnitt,
• Fig. 2 zeigt die die Schaufeln tragende eingeschrumpfte Kartusche in einer Abwicklung entsprechend der Linie II-II von Fig. 1,
• Fig. 3 zeigt das Detail A von Fig. 1 in einer der Längsseite einer Schaufel ensprechenden Ansicht,
• Fig. 4 zeigt das gleiche Detail in einer der Dickenrichtung der Schaufel entsprechenden Ansicht,
• Fig. 5 zeigt das in Fig. 1 dargestellte Detail B einer in herkömmlicher Weise im Fußbereich an der Schaufel montierten elastomeren Dichtung in einer Ansicht in Dickenrichtung der Schaufel,
• Fig. 8 veranschaulicht einen Schritt bei der Montage der beschriebenen Leitschaufeln,
• Fig. 7 zeigt eine Ausführungsvariante der äußeren Kartusche, bei der die eingeschrumpfte Kartusche einstückig mit den Teilen für die Halterung der Schallschluckplatten und einer verschleißbaren Kartusche ausgebildet ist.
• In Fig. 1 ist der Eingang des Verdichters eines Mehrkreis-Turboluftstrahltriebwerks als Achsenhalbschritt dargestellt. Die Luft dringt in den Motor ein und teilt sich in eine Primärströmung F1, die in den Neiderdruckverdichter eintritt, und eine Strömung F2, die in einen den Niederdruckverdichter umschließenden Sekundärkanal eintritt. Der sekundäre Strömungskanal wird von einem inneren Zwischengehäuse 1 und einem äußeren Gehäuse 2 begrenzt. Die Sekundärluft wird durch einen Bläserrotor 3 umgelenkt und dann von einem aus festen Schaufeln 5 bestehenden Bläser-Leitapparat 4 ausgerichtet.
• Das äußere Gehäuse 2 umfaßt in bekannter Weise, von der stromaufwärtigen zur stromabwärtigen Seiten aufeinanderfolgend, ein ringförmiges Verschleißteil 6, das die Dichtigkeit im Bereich der Schaufelenden des Bläserrotors 3 bewirkt, ein ringförmiges Teil mit Schallschluckplatten, die das von der Sekundärströmung verursachte Geräusch herabsetzen sollen, einen äußeren Kranz 8 zur Befestigung der Statorschaufeln 5 des Bläser-Leitapparats 4 sowie einen weitere Schallschluckkartusche 9.
• Die Verwendung aller dieser Elemente ist an sich bekannt. Die Art ihrer Ausführung und die Kombination ihrer jeweiligen Befestigungsweise untereinander bildet den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, insbesondere, was die Befestigung der Schaufeln des Leitapparats an dem äußeren Kranz und die Verbindungen zwischen dem äußeren Kranz und den an diesen anschließenden stromaufwärtigen und stromabwärtigen Schallschluckelementen betrifft.
• Die äußere Kranz 8 zur Befestigung der Leitschaufeln besteht erfindungsgemäß aus einer ringförmigen Kartusche, die aus einem Block aus Verbundwerkstoff hergestellt ist. Die Kartusche 8 ist aus zwei Hüllen (einer äußeren Hülle und einer inneren Hülle) zusammengesetzt, die einen inneren Füllstoff einschließen. Die Hüllen betehen aus durch ein Harz gebundenen Glasfasern oder Kohlenstoffasern (oder beidem).
• Der innere Füllstoff besteht aus einem Ring mit Wabenstruktur oder einem mit hohlen Siliziumdioxydkugeln gefüllten Harz.
• Die in dieser Weise ausgebildete Kartusche 8 besitzt zwei ringförmige dickwandige Seitenteile 8a, 8b, deren ringförmige Außenflächen in das Gehäuse 2 eingeschrumpft sind. Diese dickwandigen Seiten verleihen der Kartusche Festigkeit. Zwischen den Bändern 8a und 8b weist die Kartusche einen dünnwandiger ausgebildeten ringförmigen zentralen Teil 8c auf, in dem durch Prägen oder auf beliebige andere Weise Ausnehmungen 10 zur Befestigung der Schaufeln 5 des Leitapparats angebracht sind. Das in Fig. 3 und 4 in größerem Maßstab dargestellte Detail A von Fig. 1 zeigt die Art der Befestigung der Schaufeln an der Kartusche 8.
• Bei den Schaufeln 5 handelt es sich um sogenannte glatte Schaufel, d.h. daß sie weder im Bereich des Schaufelkopfes noch im Bereich des Schaufelfußes eine Plattform haben. Sie können aus einem Verbundwerkstoff auf Glasfaserbasis oder Kevlar oder auch aus einer Aluminium-Leichtlegierung oder aus geschmiedetem oder gezogenem Titan hergestellt sein.
• Die Schaufelköpfe besitzen Rillen 11, in deren Bereich sie mit Kappen 12 aus einem elastomerem Werkstoff umspritzt sind. Die Kappe 12 besitzt einen verbreiterten Außenrand 13 mit zwei Lippen 13a und 13b, die zwischen sich eine kreisförmige Nut 14 begrenzen. Diese Nut arbeitet mit der Ausnehmung 10 des Teils 8c der Kartusche 8 zusammen. Andererseits kann die als Spritzteil ausgebildete Elastomerkappe 12 in Verlängerung der Schaufel 10 eine Verdickung 12a aufweisen, die gemäß einer Varianten nach der Montage mit der Innenwand des Gehäuses 2 in Berührung treten kann und ein Schwingungsdämpferkissen zwischen Schaufel und Gehäuse bildet.
• Die Ausnehmungen 10 besitzen an ihrem radial inneren Rand eine sich über den ganzen Umfang erstreckende Absenkung 15, die zur Aufnahme der Lippe 13a der Kappe 12 dient. Der obere Rand 16 der Lippe 13a ist konkav ausgebildet und ermöglicht ihre Verformung, wenn sie an ihren Platz eingesetzt wird. Um dieses Einsetzen zu erleichtern, besitzt die Lippe 13b außerdem einen oberen kegelstumpfförmigen Rand 17, der das Einführen der Kappe in die Ausnehmung 10 ermöglicht.
• Die Schaufel wird folgendermaßen in der eingeschrumpften Kartusche 8 montiert (Fig. 5 und 6):
• Die Schaufel wird bei ihrer Herstellung mit ihrer umspritzten Kappe 12 ausgestattet. An dem unteren Teil der Schaufel wird eine Gleitdichtung 20 aus elastomerem Werkstoff angebracht, die eine Kehle 18 aufweist, die mit einem abgesetzten Kragen 19 einer Ausnehmung 21 des Zwischengehäuses 1 zusammenwirken soll.
• Man schiebt die Schaufel in die Ausnehmung 21 des Gehäuses 1 und setzt sie dann in die Ausnehmung 10 der Kartusche 8 ein, bis nach dem Einführen des kegelstumpfförmigen Randes 17 die Lippe 13b nach außen aus dem Teil 8c heraustritt und die Lippe 13a in der Absenkung 15 angeordnet ist. Anschließend bringt man die Dichtung 20 an, indem man sie entlang der Schaufel verschiebt, bis sie in der Ausnehmung 21 des Gehäuses 1 einrastet.
• Die eingeschrumpfte Kartusche 8 besitzt an ihren stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seitenrändern abgesetzte Vertiefungen, auf die in 22 die Schallschluckplatten oder - kartuschen 7 und aufgeschraubt werden.
• Durch das Anschrauben der Platten 7 und 9 direkt an der eingeschrumpften Kartusche 8 erübrigt es sich, an dem Gehäuse Verdickungen für Gewindebohrungen für Schrauben zur Befestigung der Schallschluckplatten vorzusehen, wie dies bisher erforderlich war. Dadurch die Herstellung der Mantelringe des äußeren Gehäuses 2 vereinfacht.
• Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsvarianten weist die eingeschrumpfte Kartusche 8 einstückig angeformte stromaufwärtige und stromabwärtige Verlängerungen 25 bzw. 25 auf, die als Träger für das Verschleißteil 6, die Schaufeln 5 des Leitapparats und die Schallschluckplatten dienen. So entsteht eine einteilige Untereinheit, die sich als Ganzes aus dem Gehäuse 2 herausziehen läßt. Dies kann für die Wartung von Vorteil sein, da hierdurch ein sehr schneller Standard-Austausch dieser Untereinheit möglich ist, die dann erforderlichenfalls in der Werkstatt repariert werden kann, ohne daß der komplette Motor lange stillgelegt werden muß.
• Die Erfindung läßt sich also mit Vorteil für Zweikreis-Flugzeug-Turboluftstrahltriebwerke mit vermindertem Wartungsaufwand einsetzen.

Claims (5)

1. Mehrkreis-Turboluftstrahltriebwerk mit einem Bläser-Leitapparat mit einer Stufe von festen plattformlosen Schaufeln, die in regelmäßiger Verteilung zwischen einem inneren und einem äußeren Kranz angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß der äußere Kranz von einer aus einem Block bestehenden ringförmigen Kartusche (8) aus einem Verbundwerkstoff gebildet ist mit

- einerseits zwei vollen Seitenbändern (8a, 8b), deren Außenfläche innen in das äußere Gehäuse (2) für den kalten Strom des Turboluftstrahltriebwerks eingeschrumpft ist und deren Innenfläche zwei seitliche Vertiefungen (8d) zur Halterung der Ränder von auf der stromaufwärtigen und auf der stromabwärtigen Seite der Kartusche angeordneten Schallschluckplatten (7, 9) aufweist, und

- andererseits einem zwischen den beiden Seitenbändern angeordneten und diese miteinander verbindenden dünner ausgebildeten zentralen Teil (8c), der von Schlitzen (10) zur Befestigung der Schaufeln (5) des Leitapparats durchdrungen wird,

und daß der mit den genannten Schlitzen zusammenwirkende radial äußere Endbereich des Blatts jeder Leitschaufel (5) von einer Kappe (12) überdeckt ist, die durch Umspritzen von in dem genannten Endbereich vorgesehenen Rillen mit einem Elastomer gebildet ist und einen verbreiterten Außenrand (13) mit einer Nut (14) aufweist, die zwei Lippen (13a. 13b) begrenzt, wobei die äußere (13b) dieser Lippen sich an der Aussenseite des Schlitzes (10) in dem dünner ausgebildeten zentralen Teil (8c) der Kartusche (8) verhakt und die innere Lippe (13a) in einer Absenkung aufgenommen ist, die den Schlitz (10) auf der radial inneren Seite der Kartusche (8) umschließt.

2. Mehrkreis-Turboluftstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Umspritzen gebildete Kappe (12) in Verlängerung der Schaufel einen Überstand bildet, der sich an dem äußeren Gehäuse (2) abstützt, um eine erhöhte Dämpfung der Vibrationen herbeizuführen, denen die Schaufel ausgesetzt sind.

3. Mehrkreis-Turboluftstrahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (5) montiert werden durch

- Positionieren in dem inneren Kranz,

- Einspannen der Nut der Kappe (12) in dem Schlitz (10) der äußeren Kartusche und

- Aufschieben einer Dichtung (20), die sich am Fuß in dem inneren Kranz verspannt.

4. Mehrkreis-Turboluftstrahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärtigen (7) und die stromabwärtigen (9) Schallschutzplatte an der eingeschrumpften Kartusche (8) mit Schrauben befestigt sind, die in Höhe der seitlichen Vertiefungen (8d) der Kartusche angeordnet sind.

5. Mehrkreis-Turboluftstrahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Kartusche des Leitapparats einstückig in einem Mantel integriert ist, der die Halterung der Schallschutzplatten und einer verschleißbaren Kartusche zur Abdichtung der Rotorbeschaufelung des Bläsers bildet.