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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung ist auf ein Bläsergehäuse zum Einschließen des
Bläsers
einer Druckbläsermaschine
gerichtet, wobei das Bläsergehäuse einen
hartwandigen vorderen Abschnitt hat, um ein enges Spiel zwischen
den Bläserlaufschaufelspitzen
und dem Bläsergehäuse nach
einem Vogelschlag beizubehalten, einen komprimierbaren hinteren
Abschnitt zum Absorbieren des Aufschlags eines abgebrochenen Laufschaufelbruchstücks und
einen massiven Stoßfänger zwischen
dem vorderen und dem hinteren Abschnitt hat, zum Ablenken des abgebrochenen
Laufschaufelbruchstücks
aus einer radial nach außen
gerichteten Flugbahn in eine axial nach hinten gerichtete Flugbahn.
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Technischer
Hintergrund
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Das
Bläsergehäuse einer
Turbobläsermaschine
erfüllt
bei Betrieb einige Funktionen gemeinsam mit dem rotierenden Bläser. Die
aerodynamische Funktion des Bläsergehäuses ist
es, die axiale Luftströmung
in Verbindung mit dem Bläser
zu lenken.
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Typischerweise
lenkt der Bläser
einen primären
Luftstrom durch den Verdichter und die Turbinen der Maschine und
einen sekundären
Luftstrom durch einen ringförmigen
radialen äußeren Bypasskanal. Zur
aerodynamischen Funktion des Bläsergehäuses ist
es essentiell, dass das Spiel zwischen den rotierenden Bläserlaufschaufeln
und der inneren Oberfläche
des Bläsergehäuses innerhalb
eines akzeptablen Bereichs gehalten ist, um die Bläsereffizienz
zu maximieren.
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Es
ist übliche
Praxis, die inneren Luftwegoberflächen des Bläsergehäuses mit einem abradierbaren
Material auszukleiden. Beim Anfangsbetrieb der Maschine und dem
Rotieren eines neu hergestellten Bläsers wird das abradierbare
Material beim Kontakt mit den Spitzen der rotierenden Bläserlaufschaufel
abgerieben. Beispielsweise ist im Fall kleiner Gasturbinenmaschinen
mit einem Bläser mit
einem Durchmesser von etwa 24 Inch (609,6 mm) die Dicke der abradierbaren
Materiallage in der Größenordnung
von 0,070 Inch (1,778mm). Im Zusammenbauzustand ist das Spitzenspiel
in der Größenordnung
von 0,005 bis 0,030 Inch (0,127 bis 0,762mm). Während dem Rotieren des Bläsers bei
hoher Drehzahl strecken sich die Bläserlaufschaufeln elastisch unter
der Belastung der Zentrifugalkraft in der Größenordnung von 0,020 bis 0,040
Inch (0,508 bis 1,016mm). In Folge des dynamischen Streckens der metallischen
Laufschaufeln wird das abradierbare Material beim Kontakt mit den
Bläserlaufschaufelnspitzen
abradiert. In Folge der Herstellungstoleranzen hat jede einzelne
Bläserlaufschaufel
ihre eigene Variation und das tatsächliche Maß von benötigtem Laufspiel und das Strecken
der Laufschaufeln wird zwischen unterschiedlichen Bläsern, wenn
sie hergestellt sind, in einer gewissen Größe variieren. Deshalb erlaubt
das Vorsehen von abradierbarem Material eine enge Toleranz oder
das Minimieren von Spiel zwischen den Bläserlaufschaufelspitzen und
der ringförmigen
inneren Luftwegoberfläche
des Bläsergehäuses.
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Insbesondere
im Fall von kleinen Turbobläsermaschinen
ist das Spiel zwischen den Bläserlaufschaufelspitzen
und der inneren Oberfläche
des Bläsergehäuses häufig von
kritischer Natur. Infolge einer hohen aerodynamischen Belastung
der Laufschaufeln ist der Bläserstufen
Stall-Grenzbereich auf das Spitzenspiel empfindlich. Abnormale Änderungen
im Spitzenspiel können
den Maschinenschub und den Pumpgrenzbereich, der unter allen Umständen vermieden
werden muss, negativ beeinflussen.
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Das
Bläsergehäuse und
der Bläser
müssen Vorschriften
erfüllen,
die vorgesehen sind, um sicheren Betrieb der Turbobläsermaschine
bei zwei kritischen Zuständen
sicherzustellen; zum einen bei der Aufnahme von Vögeln, welche
auf die Beschaufelung des Bläsers
treffen; und zweitens im Fall des Brechens einer Bläserlaufschaufel.
Diese zwei Zustände
sind generell als "Vogelschlagereingnis" und "Schaufelverlustereignis" (blade oft event)
bekannt.
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Beim
Stand der Technik führt
das Auftreffen eines Vogels auf den Bläser generell zu einem Anstieg
des Spitzenspiels zwischen den Bläserlaufschaufelspitzen und
der inneren Oberfläche
des Bläsergehäuses. Das
weiche abradierbare Ma terial, welches mit der inneren Oberfläche des
Bläsergehäuses verbunden
ist, wird zusammen mit komprimierbarem Material radial außerhalb
des abradierbaren Materials wie folgt entfernt, wenn ein Vogelschlag auftritt.
Wenn ein Vogel von außen
in den vorderen Bläserbereich
aufgenommen wird, schneiden die Bläserlaufschaufeln den Vogel
in Teile und treiben die Teile tangential und axial nach hinten.
Die Vogelteile werden dann axial durch den äußeren ringförmigen Bypasskanal ausgeworfen.
Jedoch werden im Falle einer Vogelaufnahme manche Vogelteile in
den Maschinenkern durch den Verdichter und die Turbinen aufgenommen.
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Von
speziellem Interesse für
die vorliegende Erfindung ist der Effekt eines Vogeschlags und die sich
daraus ergebende Wechselwirkung der Bläserlaufschaufeln mit dem Bläsergehäuse. Die
Bläserlaufschaufeln
werden infolge der Wechselwirkung verformt. Die axialen und radialen
Unwuchtkräfte werden
auf die Welle niedriger Leistung, die Abstützstruktur und die Triebwerksbefestigungen übertragen.
Deshalb wird der Bläser
an der rotierenden Welle radial nach außen ausweichen und sich tief
in das komprimierbare Material und das abradierbare Material eingraben,
welches die innere Oberfläche
des Bläsergehäuses auskleidet.
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Bläsergehäuse des
Stands der Technik für kleine
Triebwerke sind mit etwa 0,100 bis 0,300 Inch (2,54 bis 7,62mm)
von abradierbarem Material ausgekleidet, welches auf die innere
Oberfläche
einer etwa 0,300 bis 0,500 Inch (7,62 bis 12,7mm) dicken Schicht
von komprimierbarem Material aufgebracht ist. Verdrehte und verformte
Bläserlaufschaufeln schneiden
sich stark in diese Materialien ein und führen zu übermäßigen Bläserspitzenspielen.
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Die
Vorschriften erfordern, dass bei einem Vogelschlagereignis der Maschinenschub
auf nicht weniger als 75% des maximalen Maschinenschubs innerhalb
von 20 Minuten nach dem Vogelschlag abnimmt. Eine Anzahl von Maschinenkomponenten kann
infolge des Vogelschlags beschädigt
sein, jedoch darf der kumulative Effekt der verschiedenen Typen
von Beschädigung
den Gesamtmaschinenschub nicht um mehr als 25% verringern. Vögelschläge können die
Bläserlaufschaufeln
verformen, den Maschinenkern beschädigen oder Verdichterlaufschaufeln
beschädigen
zusätzlich
zum dramatischen Erhöhen
des Bläserlaufschaufelspitzenspiels.
Man hat durch Experimente herausgefunden, dass übermäßiges Bläserlaufschaufelspitzenspiel
allein zu 7 bis 9% des Schubverlusts führen kann. Bedenkt man, dass
die Vorschriften nicht mehr als 25% Maschinenschubverlust fordern,
so kann man erkennen, dass ein übermäßiges Bläserlaufschaufelspitzenspiel nach
einem Vogelschlag eine signifikante Ursache von Maschinenschubverlust
ist.
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Im
Fall von kleinen Maschinen mit etwa 24 Inch (609,6mm) Bläserdurchmesser
ist es üblich, eine
Lage von komprimierbarem Material und abradierbarem Material von
zwischen 0,300 bis 0,500 Inch (7,62 bis 12,7mm) vorzusehen. Der
kombinierte Effekt der Laufschaufelverformung und der unwuchtigen
Rotation des Bläserrotors
kann beträchtliche Mengen
an Material insbesondere in Richtung der Vorderkante und der Hinterkante
der Bläserlaufschaufeln
entfernen. Es ist nicht unüblich,
auf die Entfernung von 0,200 bis 0,300 Inch (5,08 bis 7,62mm) derartiger
Materialien zu treffen.
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Man
hat auch herausgefunden, dass manche Bläser extrem empfindlich auf übermäßiges Spitzenspiel
sind und stallen. Man kann deshalb erkennen, dass übermäßiges Spitzenspiel
zu gefährlichen Pumpzuständen beim
Auftreten von Vogelschlagereignissen führen kann.
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Der
Stand der Technik hat Mittel vorgesehen, Spitzenspielprobleme bei
Vogelschlag zu begrenzen, indem er ein hautwandiges Bläsergehäuse vorsieht, welches
eine starre Bläsergehäuseschale
parallel zu den Bläserlaufschaufelspitzen
aufweist, die mit einer dünnen
Lage aus abradierbarem Material ausgekleidet ist, um Herstellungstoleranzen
und Strecken der Laufschaufeln im Betrieb zu kompensieren. Bei übermäßiger Bewegung
der Bläserlaufschaufeln
während eines
Vogelschlagereignisses, tragen die Bläserlaufschaufelspitzen das
abradierbare Material ab und berühren
direkt die harte Wand des Bläsergehäuses. Bläserrotoren
sind generell integral mit Laufschaufeln versehene Rotoren. Das
Bläsergehäuse ist
mit einer Lage aus abradierbarem Material ausgekleidet, da dort
ein Augenmerk ist, dass enges Spiel während des Laufens der Maschine
zu dynamischer Koinzidenz führt,
wenn der integral mit Laufschaufeln versehene Rotor gegen das hartwandige
Rückhaltebläsergehäuse reibt,
bevor sich der Rotor um sein eigenes Rotationszentrum stabilisiert.
Abradierbares Material wird deshalb verwendet, um ein hartwandiges Bläsergehäuse auszukleiden,
um ausreichendes Spiel zu geben, um den Rotor um sein eigenes Rotationszentrum
zu stabilisieren und um Spitzenspiel während Vogelschlagereignissen
zu begrenzen.
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Ein
signifikanter Nachteil eines hartwandigen Bläsergehäuses tritt jedoch bei der zweiten
Bedingung auf, welche von Bläserrotoren
gefordert wird, nämlich
wenn eine Bläserlaufschaufel
bei einem Laufschaufelverlust abbricht. Standarttests werden an
Maschinenkonstruktionen durchgeführt,
wobei eine explosive Ladung entzündet
wird, um eine Bläserlaufschaufel
während
Hochgeschwindigkeitsbetrieb abzubrechen, wobei die Bläsergehäusestruktur einen
wichtigen Schutz für
das Flugzeug und die Passagiere liefert, da die schnelle Rotation
des Bläsers
abgebrochene Bläserlaufschaufelbruchstücke radial
mit hohen Geschwindigkeiten wegschleudert. Das Bläsergehäuse ist
deshalb vorgesehen, um irgendwelche abgebrochenen Bläserlaufschaufelbruchstücke in der
Maschine selbst zurückzuhalten oder
derartige Bruchstücke
axial nach hinten durch den Bypasskanal auszuwerfen.
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Das
Bläsergehäuse im Stand
der Technik ist ein essentielles Bauteil, um sicherzustellen, dass nicht
infolge des Wegbrechens von Bläserlaufschaufeln
katastrophale Unfälle
auftreten.
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Ein
hartwandiges Bläsergehäuse hat
einen Nachteil, der sich aus der Gestalt der inneren Luftwegoberfläche ergibt.
Die Luftwegoberfläche
konvergiert generell radial nach innen, mit der Druckzunahme und
der Volumenabnahme der in die Maschine aufgenommenen Luft. Die inneren
Luftwegoberflächen
sind in einer Weise abgeschrägt,
dass ein abgebrochenes Bläserlaufschaufelbruchstück von dem hartwandigen
Bläsergehäuse abprallt
und nach vorne umgelenkt wird. Dieser Zustand ist nicht akzeptabel,
da es zu einer weiteren katastrophalen Beschädigung kommen kann. Die Gondel
vor der Maschine wird die Laufschaufelbruchstücke, die mit hoher Energie
weggeschleudert werden, nicht zurückhalten. Die Vorschriften
erfordern, dass jedes abgebrochene Bläserlaufschau felbruchstück axial
nach hinten gelenkt wird, um weitere Beschädigung zu vermeiden, oder in
dem Bläsergehäuse selbst
festgehalten wird. Das Ablenken von abgebrochenen Bläserlaufschaufelbruchstücken nach
vorne, sowie das radiale Auswerfen durch das Bläsergehäuse selbst sind gefährlich und
unakzeptabel.
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In
der Folge war es üblich,
eine relativ schwere Bläsergehäuseschale
bereitzustellen, die mit komprimierbarem Material ausgekleidet ist,
welches mit abradierbarem Material beschichtet ist. Das komprimierbare
Material bewirkt das Absorbieren des Aufpralls der Bläserlaufschaufelbruchstücke hoher
Geschwindigkeit. Die starren Schalen der Bläsergehäuse des Stands der Technik
sind häufig
nach vorne verjüngt,
so dass die radial weggeschleuderten abgebrochenen Bläserlaufschaufelbruchstücke von der
massiven Bläsergehäuseschale
nach hinten und nicht nach vorne abgelenkt werden. Eine nach vorne innen
verjüngte
starre Bläsergehäuseschale
wird üblicherweise
zu diesem Zweck verwendet. Jedoch führt das Vorsehen der erforderlichen
dicken Lage von komprimierbarem Material, welches die Luftwegoberfläche gestaltet,
zu unakzeptabel großen
Bläserspitzenspielen
während
eines Vogelschlagereignisses, wie er vorangehend beschrieben wurde.
Im Falle von relativ großen
Maschinen ist jedoch ein übermäßiges Bläserspitzenspiel
weniger als bei kleinen Maschinen.
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EP 0 030 179 beschreibt
eine Rückhaltestruktur
für das
Verdichtergehäuse
einer Turbinenmaschine, welches einen Dichtungsring und ein Wabenmaterial
aufweist, angeordnet zwischen einer innere und einer äußere Haut.
Die äußere Haut
ist mit einer Metallrippe verstärkt,
die zwischen der inneren und der äußeren Haut angeordnet ist.
Der unabhängige
Anspruch ist gegenüber
diesem Dokument abgegrenzt.
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Deshalb
kann man erkennen, dass es im Stand der Technik einen Konflikt zwischen
zwei konkurrierenden Bedingungen gibt, die von Bläsergehäusen und
Bläserlaufschaufeln
bewältigt
werden müssen.
Im Falle eines Vogelschlags ist es bevorzugt, dass ein hartwandiges
Bläsergehäuse vorgesehen
ist, um das Bläserspitzenspiel
innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten. Jedoch ist es im Falle
eines Bläserlaufschaufelbruchs
bevorzugt, das Bläsergehäuse mit
einem relativ weichen komprimierbarem Material ausgekleidet zu haben,
welches den Aufprall abgebrochener Bläserlaufschaufelbruchstücke absorbieren
kann, und welches eine abgeschrägte
starre Schalenoberfläche
hat, die abgebrochene Bläserlaufschaufelbruchstücke nach
hinten umlenken kann. Infolge der Gestalt des Luftwegs ist generell
ein hartwandiges Bläsergehäuse zum
Umlenken gebrochener Bruchstücke
nach hinten ungeeignet. Die Gestalt des Luftwegs verjüngt sich
nach hinten durch die Maschinen fortschreitend nach innen und der
Luftdruck nimmt mit einer korrespondierenden Volumenabnahme zu.
Durch das Vorsehen eines hartwandigen Bläsergehäuses, welches der Luftweggestalt
folgt, werden abgebrochene Bläserlaufschaufelbruchstücke nach
vorne umgelenkt und bringen das Risiko unakzeptabler zufälliger Beschädigung des
Flugzeugs für benachbarte
Personen und Eigentum mit sich. Es ist nur akzeptabel, entweder
die abgebrochenen Bruchstücke
in dem Bläsergehäuse selbst
zurückzuhalten oder
abgebrochene Bläserlaufschaufelbruchstücke axial
nach hinten auszuwerfen.
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Deshalb
ist es wünschenswert,
eine Bläsergehäusestruktur
bereitzustellen, welche Bläserspitzenspiel
nach einem Vogelschlagereignis in akzeptablen Grenzen halten kann
und dabei gleichzeitig sicherstellt, dass abgebrochene Bläserlaufschaufelbruchstücke axial
hinten gelenkt werden oder in der Bläsergehäusestruktur selbst zurückgehalten
werden.
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Es
ist auch wünschenswert,
eine derartige Bläsergehäusestruktur
bereitzustellen, die vorhandene Materialien und vorhandene Technologie
verwendet, ohne signifikante Umarbeitung oder Neuzertifizierung
bestehender Konstruktionen zu erfordern.
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Beschreibung
der Erfindung
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Gemäß der Erfindung
wird ein hartwandiges Bläsergehäuse bereitgestellt,
wie es im Anspruch 1 beansprucht ist.
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Somit
liefert die Erfindung ein neues hartwandiges Bläsergehäuse zum Einschließen der
radialen Peripherie eines vorderen Bläsers in einer Gasturbinen maschine.
Das Bläsergehäuse weist
eine starre ringförmige
Bläsergehäuseschale
auf, die eine ausgewählte
radiale Strecke von den Spitzen der Bläserlaufschaufeln beabstandet
ist und so eine ringförmige
innere Luftwegoberfläche
des Bläsergehäuses definiert.
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Die
Bläsergehäuseschale
hat einen starren hartwandigen vorderen Abschnitt, der generell
parallel zu den Laufschaufelspitzen ist und mit einer vorderen Lage
von abradierbarem Material beschichtet ist. Der vordere Abschnitt
dient als eine harte Wand, um die radiale Bewegung von Bläserlaufschaufeln
zu begrenzen, die sich unter Vogelschlagbedingungen verformen, und
so die Erosion von Bläsergehäuseauskleidungen
zu kontrollieren. Das Begrenzen der radialen Laufschaufelverformung
hält das
sich ergebende Bläserspitzenspiel
in akzeptablen Grenzen. Eine unkontrollierte oder übermäßige Erosion
von Bläsergehäuseauskleidungen
während
Vogelschlagbedingungen hat in der Vergangenheit zu potentiell gefährlichen
Maschinenpumpzuständen
geführt,
wo Maschinenschub unter ein akzeptables Niveau abfällt.
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Der
hintere Abschnitt der starren Schale ist radial von dem vorderen
Abschnitt beabstandet und definiert so eine Ausnehmung zwischen
dem hinteren Abschnitt der starren Schale und der Luftwegoberfläche. Die
Ausnehmung beinhaltet ein komprimierbares Material, welches den
Aufprall des abgebrochenen Laufschaufelbruchstücks absorbiert, welches radial
weggeschleudert wird, und kann das Bruchstück unter bestimmten Bedingungen
zurückhalten.
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Die
starre Schale weist einen neuen starren Stoßdämpfer zwischen dem vorderen
und den hinteren Abschnitt auf. Der Stoßdämpfer hat einen starren hinteren
Rand, der um eine Versatzstrecke DX vor den Schwerpunkten der Bläserlaufschaufeln
ist. Wenn ein abgebrochenes Laufschaufelbruchstück radial durch Zentrifugalkraft
weggeschleudert wird, trifft das Bruchstück auf den Stoßfängerrand.
Das Laufschaufelbruchstück
wird um den Stoßfängerrand unter
einem Kraftmoment gedreht, welches gleich der Zentrifugalkraft multipliziert
mit der Versatzstrecke ist. In der Folge wird das Laufschaufelbruchstück von einer
radialen Flugbahn umgelenkt und nach hinten gedreht für ein Auswerfen nach
hinten axial durch den Gasweg oder alternativ zum Zurückhalten
in dem komprimierbaren Material, welches in der starren Schale untergebracht
ist.
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Sowohl
der starre hartwandige vordere Abschnitt als als auch das hintere
komprimierbare Material sind vorzugsweise mit einer relativ dünnen Lage
von abradierbarem Material bedeckt, welches es den rotierenden Bläserlaufschaufeln
erlaubt, bei Anfangsbetrieb eine enge Spitzentoleranz mit dem hartwandigen
Bläsergehäuse zu erzielen.
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Weiter
Details der Erfindung und deren Vorteile werden aus der detaillierten
Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich, die nachfolgend angefügt sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielhaft
in Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, für die gilt:
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1 ist
eine axiale Teilansicht, die eine Hälfte eines Bläserrotors
mit Laufschaufel und dem Bläsergehäuse gemäß der Erfindung
zeigt, das radial außerhalb
von den Bläserlaufschaufeln
angeordnet ist.
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2 ist
eine detaillierte axiale Teilschnittansicht, die das Bläsergehäuse mit
starrer Metallbläsergehäuseschale,
komprimierbarem Material und abradierbarem Material, welches die
ringförmige
innere Luftwegoberfläche
des Bläsergehäuses definiert, zeigt
und den Spitzenbereich der Bläserlaufschaufel zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
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Es
wird auf die 1 Bezug genommen. Die Erfindung
liefert ein neues hartwandiges Bläsergehäuse 1, welches die
radiale Peripherie eines vorderen Bläsers 2 einer Gasturbinenmaschine
einschließt.
Der Bläser 2 ist
als ein integral mit Laufschaufeln versehener Bläser mit einer an einer Welle 4 angebrachten Nabe 3 gezeigt
und hat eine umfangsmäßig voneinander
beabstandete Reihe von Bläserlaufschaufeln 5.
Jede Bläserlaufschaufel
hat einen Schwerpunkt (als an einer vertikalen Ebene 6 angeordnet
angegeben), eine Vorderkante 7, eine Hinterkante 8 und
eine Bläserspitze 9.
Wie das üblich ist,
leitet der Bläser 2 eine
primäre
Luftströmung durch
den Kernkanal 10 in den Verdichter-und Turbinenabschnitt
der Maschine und einen Bypasskanal 11 außerhalb
des Maschinenkerns.
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Das
Bläsergehäuse 1 ist
an dem Zwischengehäuse
an einem rückwärtigen Flansch 12 angebracht
und weist einen vorderen Flansch 13 auf, an dem die Einlassstruktur
oder der Zuströmtrichter
(bell mouth) angebracht werden kann.
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Unter
Bezugnahme auf 2 ist die detaillierte Konstruktion
des Bläsergehäuses 1 gezeigt. Ein
Spiel 25 zwischen der Bläserlaufschaufelspitze 9 und
dem Bläsergehäuse 1 ist
in einem übertriebenen Maßstab lediglich
zu Zwecken der Darstellung gezeigt.
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Das
Bläsergehäuse 1 weist
eine starre ringförmige
Schale 14 auf, die aus Stahl oder einer Metalllegierung
maschinell bearbeitet ist. Die starre ringförmige Schale 14 ist
um eine vorbestimmte radiale Strecke von der Bläserspitze 9 beabstandet.
Die innere Oberfläche
der Schale 14 definiert eine ringförmige innere Luftwegoberfläche des
Bläsergehäuses 1.
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Die
starre Schale 14 weist einen vorderen Abschnitt 15 gegenüber der
Vorderkante 7 und dem vorderen Bereich der Laufschaufelspitze 9 auf.
Der starre vordere Abschnitt 15 hat eine innere Oberfläche, die
im Wesentlichen parallel zu den Bläserlaufschaufelspitzen 9 ist,
und weist eine vordere Lage 16 aus abradierbarem Material
an der inneren Oberfläche
auf. Die vordere Lage von abradierbarem Material hat eine Dicke,
welche das Spitzenspiel während eines
Vogelschlagereignisses begrenzt und es dem Metall der Laufschaufelspitze 9 erlaubt,
das Metall der starren ringförmigen
Schale 14 in dem Bereich des vorderen Abschnitts 15 zu
berühren.
Deshalb hat, um den Bereich des Spitzenspiels zu begrenzen, die
vordere Lage 16 aus abradierbarem Material eine Dicke,
die von dem akzeptablem Bereich des Spitzenspiels für den speziellen
Bläser
ab hängt,
um ihn bei der Maschine vorzusehen. Beispielsweise kann in dem Fall,
dass aerodynamisch relativ hoch belastete Bläserlaufschaufeln gemeinsam
mit einer Maschine mit kleinem Durchmesser verwendet werden, die
vordere Lage aus abradierbarem Material eine Dicke im Bereich von
0,010–0,100
Inch (0,254–2,54 mm)
haben.
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Die
starre ringförmige
Schale 14 weist auch einen hinteren Abschnitt 17 auf,
der radial von dem vorderen Abschnitt 15 beabstandet ist
und so eine Ausnehmung zwischen dem hinteren Abschnitt 17 der
starren Schale 14 und der Luftwegoberfläche 18 definiert.
Die Ausnehmung nimmt komprimierbares Material 19 generell
mit einer Wabenstruktur auf. Das komprimierbare Material 19 ist
auch nach innen mit einer hinteren Lage 20 von abradierbarem
Material beschichtet. Die kombinierte Dicke des komprimierbaren
Materials 19 und der hinteren abradierbaren Lage 20 liegt
beispielsweise im Fall einer Maschine mit kleinem Durchmesser im
Bereich von 0,250–0,500
Inch (6,39–12,7
mm). Im Fall von Maschinen mit großen Durchmessern kann die kombinierte
Dicke so ausgelegt sein, dass sie den Aufprall einer abgebrochenen
Bläserlaufschaufel
absorbiert oder dass sie die abgebrochenen Bläserlaufschaufelbruchstücke in dem
komprimierbaren Material 19 hält.
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Man
wird deshalb erkennen, dass im Fall von Normalbetrieb und Vogelschlagereignissen
der vordere Bereich der Laufschaufelspitze 9 in seiner
radialen Bewegung durch den Kontakt mit dem vorderen Abschnitt 15 der
starren ringförmigen
Metallschale 14 begrenzt ist. Deshalb kann das Laufschaufelspitzenspiel
innerhalb akzeptabler Grenzen gehalten werden, wenn man im Wesentlichen
einen hartschaligen vorderen Bereich an dem Bläsergehäuse 1 vorsieht. Jedoch
liefert der rückwärtige oder
hintere Abschnitt 17 des Bläsergehäuses 1 eine relativ
dicke Lage aus komprimierbarem Material 19, um den Aufprall
eines abgebrochenen Bläserlaufschaufelbruchstücks zu absorbieren.
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Von
besonderer Bedeutung ist das Vorsehen eines starren Stoßfängers 21 zwischen
dem vorderen Abschnitt 15 und dem hinteren Abschnitt 17.
Der Stoßfänger 21 hat
einen starren hinteren Rand 22, der eine Versatzstrecke "DX" vor den Schwerpunkten der
Bläserlaufschaufeln
entlang der Linie 6 angeordnet ist.
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Der
Betrieb des Stoßfängers 21 und
des Stoßfängerrands 22 und
deren Positionierung sorgen für
ein Ablenken abgebrochener Bläserlaufschaufelbruchstücke nach
hinten in folgender Weise.
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Ein
abgebrochenes Bläserlaufschaufelbruchstück wird
radial nach außen
mit einer Flugbahn entlang der Linie 6 mit einer Zentrifugalkraft
gerichtet, die schematisch durch einen Pfeil in der 2 gezeigt
ist. Wenn das Laufschaufelbruchstück mit dem Stoßfänger 21 in
Kontakt kommt, führt
die Zentrifugalkraft des Bruchstücks
zusammen mit dem Versatz "DX" zu einer Momentenkraft,
die das Bruchstück
im Gegenuhrzeigersinn in der Zeichnung in 2 dreht.
Das Drehen des Laufschaufelbruchstücks um den Stoßfängerrand 22 führt zu einem Umlenken
der radialen Flugbahn des abgebrochenen Bruchstücks in eine Flugbahn axial
nach hinten oder dient alternativ dazu, das Bruchstück in Einbettung
in das komprimierbare Material 19 zu lenken.
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Der
Stoßfängerrand 22 ist
in der gezeigten Ausführungsform
an einem nach hinten ragenden auskragenden Stoßfängerflansch 23 angeordnet. Diese
Konfiguration liefert eine Laufschaufelbruchstückrückhalteeinrichtung zum Aufnehmen
eines abgebrochenen Laufschaufelbruchstücks radial außerhalb
von dem Stoßfängerflansch 23 in
einer luftgefüllten
Tasche 24. Durch das Vorsehen der Tasche 24 und
einer relativ dicken Lage von komprimierbarem Material 19 können die
abgebrochenen Laufschaufelbruchstücke außer Kontakt mit den verbleibenden Laufschaufeln
des Bläsers
gehalten sein und so das Risiko für Laufschaufelbrechen und weitere
Beschädigung
an den verbleibenden Bläserlaufschaufeln
reduziert werden.
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Der
Stoßfänger 23 ist
für überlegene
strukturelle Festigkeit nach hinten mit abnehmender Dicke verjüngt und
auch dazu, um eine Oberfläche
zum Freigeben der in der Tasche 24 gespeicherten Laufschaufelbruchstücke zu liefern.
Wie in der 2 gezeigt, ist es bevorzugt,
dass die kombinierte Dicke des komprimierbaren Materials 19 und
des hinteren abradierbaren Materials 20 mit einer nach
hinten abnehmbaren kombinierten Dicke verjüngt sind, ebenfalls um ein Auswerfen
axial nach hinten von abgebrochenen Laufschaufelbruchstücken zu
erlauben.
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Deshalb
liefert die Erfindung einige Vorteile gegenüber dem Stand der Technik wie
folgt. Der vordere Abschnitt 15 mit einer relativ dünnen Lage
von abradierbarem Material 16 liefert die Funktion eines hartwandigen
Bläsergehäuses, um
das Spitzenspiel in dem Fall eines Vogelschlags zu minimieren. Wo Bläsergehäuse des
Stands der Technik eine relativ dicke Lage aus komprimierbarem Material
für Vogelschlag
verwenden, erfahren derartige Bläsergehäuse des
Standes der Technik ein übermäßiges Bläserspitzenspiel,
welches groß genug
sein kann, ein Stallen des Bläsers
oder ein Pumpen der Maschine zu verursachen. Um die Nachteile eines
vollständig hartwandigen
Bläsergehäuses des
Stands der Technik zu überwinden,
liefert die Erfindung eine dicke Lage aus komprimierbarem Material
in einer Ausnehmung in dem hinteren Abschnitt 17 und einen
starren Stoßfänger 21 mit
einem Stoßfängerrand 22,
der von dem Schwerpunkt der Bläserlaufschaufel
versetzt positioniert ist. Abgebrochene Bläserlaufschaufelbruchstücke werden
bei Kontakt mit dem starren Stoßfänger 21 gedreht
und von einer radialen Flugbahn in eine Flugbahn axial nach hinten
umgelenkt.
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Obwohl
die vorangegangene Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen
eine spezielle bevorzugte Ausführungsform,
sowie sie momentan durch die Erfinder angedacht ist, betrifft, wird
man verstehen, dass die Erfindung in ihrem breitesten Aspekt mechanische
und funktionelle Äquivalente
der beschriebenen und dargestellten Elemente einschließt.