DE60120842T2

DE60120842T2 - Zerstörbares verschlussstück für die montageöffnung von bläserschaufeln bei einem bläsertriebwerk

Info

Publication number: DE60120842T2
Application number: DE60120842T
Authority: DE
Inventors: Ellis Brian Saugus CLOUSE; Armstrong Robert Amesbury MORSE
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2021-02-08
Also published as: WO2001057364A1; EP1171691A1; EP1171691A4; US6375410B2; EP1171691B1; JP2003530505A; US20010031198A1; DE60120842D1; JP4562112B2; WO2001057364A8

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Abdeckung für eine Mantelstromtriebwerkslaufschaufel eines Gasturbinentriebwerks.
Einige Mantelstromflugzeugtriebwerke weisen eine Bläserschaufelausführung auf, die eine radiale Auswärtsbewegung der Bläserschaufel erfordert. Das bedeutet, dass ein Bläserschaufelstift, der die Schaufel an ihrem Platz hält, entfernt werden muss, um eine Entfernung der Bläserschaufel zu ermöglichen. Die Schaufel muss danach von der Triebwerkszentrallinie nach außen bewegt werden, bevor sie aus dem Triebwerk entfernt werden kann. In dem tragenden Bläserumschließungsgehäuse wird eine Ausnehmung oder Tasche benötigt, um eine solche Entfernung einer Schaufel zu ermöglichen. Diese vertiefte Tasche oder Schaufelöffnung muss eine entfernbare Abdeckung aufweisen, um an der Innenumfangsfläche des Umschließungsgehäuses eine glatte Strömungspfadoberfläche zu erhalten. Im Stand der Technik ist diese Schaufelöffnungsabdeckung typischerweise aus gegossenem Aluminium mit Einsätzen, die mit Gewinde versehen sind, hergestellt, um den Einbau zu vereinfachen.
Leider können die Schaufelöffnung und die Abdeckung bei einem Bläserschaufelausfall eine zerstörerische Wirkung haben. Der Schaufelöffnungsbereich bildet eine harte und massive Struktur. Diese Struktur verhält sich anders als der Rest des Umschließungsgehäuses. Wenn ein Bruchstück einer zerbrochenen Bläserschaufel in diesem Bereich auftrifft, wird es schneller abgebremst und hat eine größere Chance, weitere Bläserschaufeln zu treffen, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass diese ebenfalls ausfallen werden. Weiterhin kann die Abdeckung durch einen solchen Einschlag leicht abgerissen werden, wodurch sie zu einer nicht befestigten Masse wird, die anderen Schaufeln beim Einschlag weitere Schäden zufügen kann.
Es wäre dann wünschenswert, eine verbesserte Struktur für den Schaufelöffnungsbereich eines Mantelstromflugzeugtriebwerks zu schaffen.
US 4,734,007 offenbart ein Bläsergehäuse für ein Mantelstromtriebwerk zur Entfernung einer Schaufel aus dem Triebwerk.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Umschließungsgehäuse für eine Bläserschaufel eines Mantelstromtriebwerks geschaffen, wobei das Umschließungsgehäuse eine Struktur zur Bläserschaufelentfernung bzw. -montage und zum Zugang zu der Bläserschaufel aufweist, wobei die Struktur aufweist: Eine Ausnehmung in dem Umschließungsgehäuse, um eine radiale Auswärtsbewegung der Triebwerksbläserschaufel zu ermöglichen, wenn die Triebwerksbläserschaufel aus dem Umschließungsgehäuse entfernt werden soll, wobei die Struktur dadurch gekennzeichnet ist, dass sie weiterhin eine zerstörbare Komponente zur Abdeckung der Ausnehmung aufweist.
Um die vorhandene Abdeckungsstruktur zu verbessern, wird ein zerbrechliches Material vorgeschlagen, um den Körper der Schaufelöffnungsabdeckung zu bilden. Zusätzlich kann auf die Abdeckung eine geometrische Formgestaltung angewandt werden, die mehrere innere Ecken mit kleinem Radius enthält, die als Initialisationspunkte für einen Sprödbruch wirken.
Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Struktur zur Bildung des Schaufelöffnungsbereiches eines Mantelstromflugzeugtriebwerks.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt eine partielle Strukturansicht eines Mantelstromflugzeugtriebwerks mit Bläserschaufeln und zugehörigen Umschließungsgehäusen dar,
2 stellt ein Bläserschaufelumschließungsgehäuse mit der zerstörbaren Abdeckung dar, und
3 zeigt eine detaillierte Ansicht der zerstörbaren Abdeckungsstruktur gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Unter Bezug auf 1: Es ist eine partielle Strukturdarstellung eines Mantelstromflugzeugtriebwerks 10 dargestellt. In bestimmten Triebwerksausführungen kann die Bläserschaufel, wie es in 1 dargestellt ist, nicht ohne eine Abwandlung der Struktur nach außen gleiten bzw. bewegt werden. Die Bläserschaufel(n) 12, die zu dem Triebwerk gehören, sind mit einem Stift(en) in dem Bereich 14 an ihrem Platz befestigt. Der Stift 14 wird entfernt, wenn die Bläserschaufel 12 entnommen werden soll. Dies erfordert eine radiale Auswärtsbewegung der Bläserschaufel 12 in der Richtung des Pfeils 16. Das Umschließungsgehäuse 18 würde eine solche radiale Auswärtsbewegung jedoch verhindern, und daher ist eine in 2 gezeigte Ausnehmung 20 in dem Bläsergehäuse 18 ausgebildet. Eine in 3 am besten dargestellte zerstörbare Komponente 22 bedeckt die Ausnehmung 20. Durch die Oberfläche des Bläsergehäuses 18 hindurch können Abdeckungsbefestigungsschrauben 24 eingefügt werden, um die Abdeckung 22 über der Ausnehmung 20 zu befestigen.
Im Stand der Technik ist diese Abdeckung 22 typischerweise aus gegossenem Aluminium hergestellt. Die vorliegende Erfindung schlägt jedoch ein zerstörbares bzw. zerbrechliches Polymermaterial vor, um den Körper der Schaufelöffnungsabdeckung 22 zu bilden. Ein Beispiel für ein geeignetes Material ist Polyetheretheretherketon (PEEK) mit Glas- oder Kohlenstoffverstärkung. Das zerbrechliche Material der Abdeckung 22 weist die Festigkeits- und Ermüdungseigenschaften auf, um wie erforderlich zu funktionieren, hat aber eine wesentlich niedrigere Dichte und dadurch niedrigere Masse als ein vergleichbares gegossenes Aluminiumelement.
Bei der Herstellung der Abdeckung 22 wird die erforderliche Steifigkeit des Elementes durch das Hinzufügen eines gebogenen Elementes 26 zwischen den beiden Befestigungsstellen der Abdeckung aufrechterhalten, weil das Plastikmaterial inhärent weniger steif als Aluminium ist. Das Trägerelement 26 ist vorzugsweise auch aus einem zerbrechlichen Material und entlang einer im Wesentlichen längs gerichteten Länge der zerbrechlichen Komponente 22 gebogen. Die Ausgewogenheit von Festigkeit und Steifigkeit verhindert eine Schwingung bei einer Frequenz, die die Struktur erregt, und verstärkt noch die von der Erfindung erzeugte Sprödigkeit. Mehrere Antivibrationsstoßdämpfer 28 können verwendet werden, um die Schwingungsbeanspruchungen in der Abdeckung 22 zu verringern.
Die Verwendung einer Faserverstärkung macht das Material spröde und verringert die einwirkende Kraft, die erforderlich ist, um es zu zerbrechen. Das Hinzufügen von Fasern erhöht auch das Materialmodul, welches wiederum die Steifigkeit des Elements erhöht. Zur verbesserten Kontrolle während der Herstellung können Bearbeitungsbezugspunkte 30 verwendet werden. Diese Bezugspunkte schaffen auch eine mechanische Struktur, die eine geeignete Montageausrichtung der Abdeckung sicherstellt. Die geringere Masse einer losgelösten Abdeckung bewirkt, dass die Beanspruchung einer Bläserschaufel, die die Abdeckung treffen könnte, geringer ist. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit, dass die Bläserschaufel 12 bricht und einen möglichen weiteren Schaden am Triebwerk verursacht.
In einer weiteren Ausführungsform der zerstörbaren Abdeckung kann eine geometrische Ausgestaltung der Abdeckung 22 verwendet werden. Die geometrische Ausgestaltung umfasst mehreren innere Ecken 24 mit kleinem Radius. Der kleine Radius kann an einer oder mehreren beliebigen Stellen, wo sich ein Schnitt zweier Oberflächen befindet, an den inneren Ecken angebracht werden. Die Ecken mit kleinem Radius wirken als Initialisationspunkte 24 zur Förderung eines Sprödbruchs. Die Verwendung dieser Ecken oder integralen Kerben 24 hilft dabei, sicherzustellen, dass die Abdeckung 22 leicht bricht, wenn sie von einem Bruchstück einer ausgefallenen Bläserschaufel getroffen wird.
Weiter mit 2: Die entfernbare Abdeckung 22 ermöglicht es, dass entlang einer Oberfläche 32 an dem Innenumfang des Umhüllungsgehäuses 18 ein glatter Strömungspfad erhalten bleibt. Die zerbrechliche Plastikstruktur 22 besteht aus einem abtragbaren Material 34, um einen geringen Abstand zwischen den Bläserschaufelspitzen und dem Gehäuse zuzulassen. Der geringe Abstand ist für die Leistungsfähigkeit erwünscht, und das abtragbare Material ist ein Opfermaterial, das durch die Bläserschaufelspitze abgerieben werden kann, ohne die Struktur zu beschädigen. Schließlich ermöglichen mit Gewinde versehene Einsätze innerhalb der Komponenten 36 einen Einbau der Abdeckung 22 an dem Umschließungsgehäuse 18, wie es in 2 dargestellt ist.
Während die Erfindung unter Bezug auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, wird von Fachleuten erkannt, dass vielfältige Änderungen vorgenommen und Äquivalente für die Elemente darin eingesetzt werden können, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen. Z.B. kann diese Ausführung in vielfältigen Umgebungen auf verschiedene Komponenten angewandt werden. Zusätzlich können zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Bereich derselben abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf das spezielle Ausführungsbeispiel beschränkt ist, dass als die zur Ausführung dieser Erfindung als am Besten angesehene Art offenbart ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen einschließt, die in den Bereich der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Umschließungsgehäuse (18) für eine Bläserschaufel (12) eines Mantelstromtriebwerks (10), wobei das Umschließungsgehäuse eine Bläserschaufelmontagestruktur enthält, die aufweist: eine Ausnehmung (20) in dem Umschließungsgehäuse (18), um eine radiale Auswärtsbewegung der Triebwerksbläserschaufel (12) zuzulassen, wenn die Triebwerksbläserschaufel (12) aus dem Umschließungsgehäuse (18) entfernt werden soll, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur weiterhin aufweist: eine zerstörbare Komponente (22) zur Abdeckung der Ausnehmung (20).
Umschließungsgehäuse nach Anspruch 1, bei dem die zerstörbare Komponente (22) ein zerstörbares Trägerelement (26) aufweist, um der zerstörbaren Komponente (22) Steifigkeit zu verleihen.
Umschließungsgehäuse nach Anspruch 2, bei dem das zerstörbare Trägerelement (26) ein gebogenes Element entlang der Länge der zerstörbaren Komponente (22) in Längsrichtung aufweist.
Umschließungsgehäuse nach Anspruch 1, bei dem die zerstörbare Komponente (22) ein Polyetheretherketon-Material enthält.
Umschließungsgehäuse nach Anspruch 4, bei dem das Polyetheretherketon-Material eine Faserverstärkung aufweist, um zur Sprödigkeit der zerstörbaren Komponente beizutragen.
Umschließungsgehäuse nach Anspruch 1, das weiterhin Initialisationspunkte (24) für einen Sprödbruch aufweist.
Umschließungsgehäuse nach Anspruch 6, bei dem die Initialisationspunkte (24) eine Mehrzahl von inneren Ecken (24) mit kleinem Radius an Flächenschnittbereichen enthalten.