DE60128842T2

DE60128842T2 - Verfahren zur Herstellung eines Kühleinsatzes

Info

Publication number: DE60128842T2
Application number: DE60128842T
Authority: DE
Inventors: Alec George Ambergate Dodd
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2001-01-10
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: US20010009108A1; EP1120177A2; DE60128842D1; EP1120177B1; GB0001679D0; EP1120177A3; US6467167B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Erzeugnisses, das eine Auskleidung aufweist, die im Abstand innerhalb eines hohlen Stromlinienkörpers verbleiben soll.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Herstellung einer Auskleidung, die in dem hohlen Stromlinienkörper im Abstand zu diesem angeordnet werden soll, wobei das Innere des Stromlinienkörpers so gestaltet ist, dass ein Einsatz der Auskleidung verhindert wird, wenn die Auskleidung in ihrer betriebsmäßigen Form vorhanden ist.
Die Erfindung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Auskleidung mehrfach perforiert ist und in das hohle Innere einer Leitschaufel eingesetzt werden soll, deren gegenüberliegende Enden radial unterschiedliche Profile aufweisen, wobei diese Leitschaufel in einem Gasturbinentriebwerk benutzt wird. Die Auskleidung wird eingesetzt, damit ein Aufprall-Kühlluftstrom auf die innere Oberfläche der Leitschaufel gelangen kann, wenn diese im Betrieb des zugeordneten Gasturbinentriebwerks befindlich ist.
Die US-A-5 516 260 beschreibt eine hohle Leitschaufel für ein Gasturbinentriebwerk mit einer Auskleidung, die so gestaltet ist, dass sie wenigstens eine integrale Feder besitzt, die dazu dient, die Auskleidung in Eingriff mit der inneren Oberfläche der Leitschaufel zu bringen. Die US-A-4 413 949 beschreibt eine hohle Turbinen-Laufschaufel, die zwei benachbarte Auskleidungen in ihrem Inneren aufweist. Der eine Auskleidungseinsatz hat einen C-förmigen Querschnitt und besteht aus einem elastischen Material und wird unter Druck derart gehalten, dass beide Auskleidungseinsätze fest innerhalb der Laufschaufel gehalten werden. In beiden Fällen wird die spezielle Form eines jeden Auskleidungseinsatzes innerhalb der zugeordneten Leitschaufel oder Laufschaufel so gehalten, dass die Halteelastizität gewährleistet bleibt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung betrifft diese ein Verfahren zur Herstellung und zum Einsatz einer hohlen Auskleidung in einem hohlen Stromlinienkörper, dessen offene Enden unterschiedliche Größenverhältnisse aufweisen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: es wird die hohle Auskleidung hergestellt, und ein Teil hiervon wird derart gefaltet, dass die Auskleidung in den hohlen Stromlinienkörper einsetzbar wird, und es wird die Auskleidung in den Stromlinienkörper eingesetzt, wobei die Auskleidung danach derart ausgebreitet wird, dass die Faltung im Wesentlichen beseitigt wird und die Auskleidung in ihre gewünschte Endform innerhalb des Stromlinienkörpers gebracht wird.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Leitschaufel für ein Gasturbinentriebwerk, die eine perforierte Aufprall-Kühlauskleidung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
2 ist eine abgewickelte Ansicht der Auskleidung gemäß 1 vor der Perforation, und:
3 ist eine Ansicht der 2 in Richtung des Pfeiles 3.
die 4 bis 6 zeigen abgewandelte Ansichten der Faltung.
7 zeigt ein abgewandeltes Herstellungsverfahren einer Aufprall-Kühlauskleidung gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine Aufprall-Kühlauskleidung, die gemäß der Erfindung gefaltet ist.
Gemäß 1 besitzt eine hohle Leitschaufel 10 eine Anzahl von Rippen 12, die auf ihrer inneren Wandoberfläche ausgebildet sind und sich über die volle Länge der Leitschaufel 10 erstrecken, obgleich nur eine einzige Rippe 12 in dieser Weise dargestellt ist. Die Rippen 12 haltern eine perforierte Auskleidung 14 im Abstand zu der inneren Wandoberfläche der Leitschaufel 10.
Die Leitschaufel 10 ist in Form eines Stromlinienkörpers gestaltet. Im Hinblick auf das bessere Verständnis der aerodynamischen Strömungen, das den heutigen Konstrukteuren eigen ist, in Verbindung mit den sich ständig erhöhenden Forderungen zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Triebwerkes, hat sich jedoch die Gesamtform der Leitschaufeln dramatisch verändert, was zu Profilen führte, deren Größenverhältnisse sich radial von einem Ende der Schaufel nach dem anderen Ende ändern, und dies ist bei der Leitschaufel 10 der Fall. Wie aus 1 ersichtlich, beträgt die relative Sehnenabmessung A an den Enden der Leitschaufel 10 ungefähr 2:1. Die relativen Breitenabmessungen betragen jedoch etwa 1:2. Demgemäß ist es unmöglich, eine Auskleidung 14 entsprechender Form in eines der beiden Enden der Leitschaufel 10 einzuführen.
Nunmehr wird auf 2 Bezug genommen. Die Auskleidung 14 wird zunächst als abgewickelte Form des fertigen Gegenstandes erzeugt, und bei dem vorliegenden Beispiel definiert die abgewickelte Form des Gegenstandes ein Trapez oder ungefähr ein Trapezoid 16. Das Trapezoid 16 wird dann mehrfach auf beiden Seiten einer Bezugslinie 20 gefaltet (die Faltungen 22 sind nur auf einer Seite dargestellt), so dass durch die Faltung jeder Endabschnitt nach der Bezugslinie 20 gezogen und somit verkürzt wird.
Die Zahl der Faltungen 22 und ihre Proportionen, wie sie in den 2 und 3 dargestellt sind, dienen lediglich der Illustration. Die tatsächliche Proportion und Anzahl wird durch die Eigenschaften der Leitschaufel 10 bestimmt, in die die Auskleidung 14 eingesetzt werden soll. Demgemäß zeigt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 2 sechs Faltungen 22, die sich von dem Rand 18 nach dem Rand 24 erstrecken. Die Teilung der Faltungen 22, multipliziert mit ihrer Anzahl, entspricht der Dimension B (3), und dies setzt sich auf der gegenüberliegenden Seite der Bezugslinie 20 fort.
Nach der Faltung wird das Trapezoid 16 um die Bezugslinie 20 gefaltet, um die Ränder 26 und 28 miteinander in Verbindung zu bringen. Die sich hierdurch ergebende Auskleidung 14 wird in die Leitschaufel 10 über das breitere, kürzere Ende eingeführt. Danach wird ein nicht dargestelltes Formwerkzeug in die Auskleidung 14 eingeführt, und es wird eine Kraft in Sehnenrichtung der Auskleidung 14 und der Leitschaufel 10 ausgeübt, so dass die Auskleidung 14 durch Ausbreitung der Faltung 22 expandiert.
Eine abgewandelte Art und Weise der Erzeugung einer Auskleidung 14 kann benutzt werden, und diese besteht darin, die Auskleidung mit einem elastomeren Material einzusetzen, das dann unter Druck gesetzt wird und dadurch die Auskleidung 14 veranlasst, zu expandieren.
Die Faltungen 22 gemäß 2 haben die Form eines umgekehrten V, und sie stehen nur von einer Seite des Trapezoids 16 vor. Wie in 4 dargestellt, könnten die Faltungen 22 auch so geformt sein, dass sie abwechselnd von beiden Seiten vorstehen.
5 zeigt eine andere Alternative, wobei die Faltungen 22 in Serpentinform gewellt sind und nur von einer Seite vorstehen. Jedoch könnten die Serpentinwellungen, wenn dies gewünscht ist, abwechselnd von beiden Seiten vorstehen, wie dies aus 6 ersichtlich ist.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Auskleidung 14 besteht darin, ein kegelstrumpfförmiges Rohr 30 (7) kreisförmigen Querschnitts in die fertige gewünschte Form zu überführen und dann, wie aus 8 ersichtlich, die Seitenwände über wenigstens einen Hauptabschnitt der Länge zu falten. Die Falten 34 sind verjüngt ausgebildet, und sie sind am breitesten an jenem Ende des Rohres 30, das die längste Sehnenabmessung definiert. Eine ausreichende Zahl von Faltungen geeigneter Proportion werden auf diese Weise gebildet, um die langen Enden der Auskleidung zusammenzuziehen und um ein Einsetzen des Rohres 30 in das kleinere Ende der Leitschaufel 10 zu ermöglichen (1). Das Ausbreiten des Auskleidungsrohres 30 kann, wie oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben, durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung und zum Einsatz einer hohlen Auskleidung (14) in einem hohlen Stromlinienkörper (10), dessen offene Enden unterschiedliche Größenverhältnisse aufweisen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: es wird die hohle Auskleidung (14) hergestellt, und ein Teil hiervon wird derart gefaltet, dass die Auskleidung (14) in den hohlen Stromlinienkörper (10) einsetzbar wird, und es wird die Auskleidung (14) in den Stromlinienkörper (10) eingesetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (14) danach derart ausgebreitet wird, dass die Faltung (22) im Wesentlichen beseitigt wird und die Auskleidung (14) in ihre gewünschte Endform innerhalb des Stromlinienkörpers (10) gebracht wird.
Verfahren zur Herstellung und zum Einsatz einer hohlen Auskleidung (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: es wird die Auskleidung (14) in abgewickelter ebener Form erzeugt; es wird die ebene Form gefaltet, um sie zu verkürzen; es wird die ebene Form gefaltet, um die gegenüberliegenden Seiten hiervon zu verbinden; und dann wird die sich ergebende Auskleidung (14) in den hohlen Stromlinienkörper (10) eingesetzt und ausgebreitet, so dass die Faltungen (22) im Wesentlichen beseitigt werden und die innere Auskleidung (14) in ihre endgültige gewünschte Form innerhalb des Stromlinienkörpers (10) gebracht wird.
Verfahren zur Herstellung und zum Einsatz einer hohlen Auskleidung (14) in einem hohlen Stromlinienkörper (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: es wird ein kegelstrumpfförmiges Rohr (30) kreisförmigen Querschnitts erzeugt, wobei die beiden Enden eine Umfangslänge besitzen, die gleich ist der Umfangslänge des jeweiligen Endes des hohlen Stromlinienkörpers (10); es wird das Rohr (30) auf die endgültige gewünschte Form der Auskleidung (14) gebracht; es werden die Enden des Rohres mit der größeren Umfangslänge derart gefaltet, dass eine wirksame Kürzung eintritt; es wird das Rohr in jenes Ende des hohlen Stromlinienkörpers (10) eingesetzt, das den kleineren Umfang besitzt; und es wird dann die Auskleidung (14) ausgebreitet, um die Faltungen (22) im Wesentlichen zu entfernen und die Auskleidung (14) in der endgültig gewünschten Form innerhalb des hohlen Stromlinienkörpers (10) zu erzeugen.
Verfahren zur Herstellung und zum Einsatz einer hohlen Auskleidung (14) in einen hohlen Stromlinienkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faltungen (22) eine Reihe von Rippen aufweisen.
Verfahren zur Herstellung und zum Einsatz einer hohlen Auskleidung (14) in einen hohlen Stromlinienkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faltungen (22) eine Reihe von sinusförmigen Wellungen bilden.
Verfahren zur Herstellung und zum Einsatz einer hohlen Auskleidung (14) in einen hohlen Stromlinienkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faltungen nur auf einer Seite des Materials ausgebildet sind, aus dem die Auskleidung (14) hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung und zum Einsatz einer hohlen Auskleidung (14) in einen hohlen Stromlinienkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Faltungen (22) auf beiden Seiten des Materials ausgebildet sind, aus dem die Auskleidung (14) hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung und zum Einsatz einer hohlen Auskleidung (14) in einen hohlen Stromlinienkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hohle Stromlinienkörper die Leitschaufel eines Gasturbinentriebwerks ist.