DE60203563T2

DE60203563T2 - Zentripetale Abblasvorrichtung

Info

Publication number: DE60203563T2
Application number: DE60203563T
Authority: DE
Inventors: Rene Didier Escure; Didier Patrick Lestoille; Gabriel Gerard Miraucourt; Didier Pascal Vareille
Original assignee: SNECMA Moteurs SA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: JP4071997B2; RU2224124C1; EP1262630B1; EP1262630A1; ES2236459T3; CA2387462C; UA68458C2; DE60203563D1; CA2387462A1; JP2003035165A; FR2825413B1; FR2825413A1; US6648592B2; US20020182059A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Luftentnahmevorrichtung in einem Turbotriebwerk-Verdichter.
Insbesondere betrifft sie eine Vorrichtung zur Luftentnahme durch zentripetales Strömen, die zwischen zwei Scheiben eines Turbotriebwerk-Verdichters vorgesehen ist, wobei diese Vorrichtung eine ringförmige Halterung, die an einer Seite einer dieser Scheiben befestigt ist, sowie eine Vielzahl von Luftentnahmerohren, die im Wesentlichen radial in Öffnungen in der genannten Halterung angebracht sind, umfasst, wobei jedes Rohr mit Mitteln zur Verringerung der Vibrationen dieses Rohrs im Betrieb des Turbotriebwerks ausgestattet ist.
Eine solche Vorrichtung ist in der Patentschrift US 5 472 313 beschrieben. Ein Dämpfungsrohr ist ins Innere des radial inneren Teils jedes Entnahmerohrs eingeschoben. In seinem radial äußeren Teil weist das Dämpfungsrohr Längsschlitze dergestalt auf, dass axiale Zungen oder Zipfel gebildet werden, die bei Betrieb des Turbotriebwerks unter Einwirkung der Zentrifugalkraft an die Innenwand des Entnahmerohrs gedrückt werden. Durch die Reibung zwischen den Zungen des innen befindlichen Dämpfungsrohrs und dem außen befindlichen Entnahmerohr wird Verformungsenergie abgeleitet und damit die dynamischen Belastungen in dem außen befindlichen Rohr verringert.
Es sind durchgehende Löcher am Ende der Längsschlitze ausgeführt, die die Belastungskonzentrationsbereiche darstellen. Dies macht eine zusätzliche Bearbeitung erforderlich, und die Lebensdauer dieser innen befindlichen Dämpfungsrohre beträgt weniger als 100000 Zyklen.
Die Frequenz des Modus 1F am Zentripetal-Entnahmerohr der Stufe 6 des Turbotriebwerks GE 90-115 B beträgt 950 Hz.
Bei diesem Motor, der 12 Entnahmerohre aufweist, beträgt die Frequenz des Modus 8F bei einer Drehzahl von 7125 U/Min 950 Hz (7125 × 8/60). Diese Frequenz ist gleich der Frequenz des Modus 1F.
Eine erste Aufgabe der Erfindung besteht darin, die dynamische Belastung in dem Entnahmerohr durch Ableitung der Verformungsenergie zu verringern.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Luftentnahme durch zentripetales Strömen vorzuschlagen, bei der das Dämpfungssystem für die Vibrationen der Entnahmerohre es ermöglicht, die Frequenz des ersten Durchfederungs-Modus, des sogenannten Modus 1F, beträchtlich zu erhöhen, damit das Kreuzen des Modus 1F mit der Erregungsquelle nicht mehr auftritt.
Diese Aufgabe wird mit dieser Erfindung dadurch gelöst, dass die Mittel zur Verringerung der Vibrationen eines Entnahmerohrs ein Dämpfungsrohr umfassen, das in einer ringförmigen Halteöffnung festgehalten wird, welche den radial äußeren Teil dieses Entnahmerohrs umgibt, wobei das radial innere Ende dieses Dämpfungsrohrs einen entsprechenden Bereich dieses Entnahmerohrs umspannt und wobei ein ringförmiger Zwischenraum zwischen dem mittleren Bereich dieses Dämpfungsrohrs und diesem Entnahmerohr vorgesehen ist.
Auf diese Weise erfolgt die Dämpfung des zentripetalen Entnahmesystems durch zwei Prinzipien. Die Biegsamkeit im Kontaktbereich zwischen dem außen befindlichen Dämpfungsrohr und dem Entnahmerohr wirkt wie eine Feder; die Steife im Bereich dieses Kontakts leitet Energie ab wie eine Feder. Ferner kann das außen befindliche Dämpfungsrohr Biegungen unterzogen werden. Die Steife des in Biegung befindlichen Dämpfungsrohrs ermöglicht ein Ableiten der Energie.
Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht eine Verringerung der dynamischen Belastung in dem Entnahmerohr durch Ableitung der Verformungsenergie sowie eine Erhöhung der Frequenz des ersten Durchfederungs-Modus, des sogenannten Modus 1F, auf Grund der Erhöhung der äquivalenten Steife des Entnahmesystems.
Ferner ist die Herstellung des vorgeschlagenen außen befindlichen Dämpfungsrohrs einfacher als die Bearbeitung eines innen befindlichen Dämpfungsrohrs mit Zungen, da es keine Schlitze oder Löcher am Ende der Schlitze aufweist.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist das radial innere Ende des Dämpfungsrohrs reduziert und befindet sich in einer Vielzahl von axialen Bereichen mit der außen umlaufenden Wand des Entnahmerohrs in Kontakt.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform weist das Entnahmerohr vor dem radial inneren Ende des Dämpfungsrohrs einen Rand, der in das genannte Ende eingepasst ist. Vorteilhafterweise weist dieser Rand eine Vielzahl von Flachbereichen auf, um die in Kontakt befindlichen Oberflächen zu vermindern.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, die als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, wobei
1 in einem axialen Halbschnitt einen Verdichterrotor eines Turbotriebwerks zeigt, bei dem der Platz für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Luftentnahme durch zentripetales Strömen gezeigt wird,
2 die erfindungsgemäße Vorrichtung in vergrößertem Maßstab und im Schnitt zeigt,
3 die Vorrichtung in einem axialen Schnitt durch eine Ebene zeigt, die durch die Achse eines Entnahmerohrs gemäß einer ersten Ausführungsform verläuft,
4 einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV von 3 zeigt,
5 eine Perspektivansicht der ringförmigen Halterung und eines äußeren Dämpfungsrohrs zeigt,
6 eine Ausführungsvariante des Entnahmerohrs zeigt, und
7 einen Schnitt gemäß der Linie VII-VII von 6 zeigt.
In 1 ist ein Rotor 1 eines Hochdruckverdichters eines Turbotriebwerks mit der Achse X dargestellt, der mehrere Stufen von Schaufeln 2 aufweist, die an der Umfangslinie von Scheiben 3 angebracht sind. Zwei aufeinander folgende Scheiben sind durch ringförmige Bänder 4 miteinander verbunden, welche mit Lippen 4a versehen sind, die die Dichtigkeit mit den inneren Enden der Schaufelkränze des Stators gewährleisten. Die Statorschaufelkränze, die in 1 nicht dargestellt sind, sind zwischen den Kränzen der Rotorschaufeln 2 angeordnet.
Eine Luftentnahme erfolgt zwischen zwei Scheibenstufen. Diese entnommene Luft dient zur Kühlung der Hochdruckturbine, die den Hochdruckverdichter 1 antreibt.
Wie in 2 gezeigt, sind Öffnungen 5 in dem Band 4 ausgeführt, das die Scheiben 3a und 3b miteinander verbindet, und zwar hinter den inneren Enden der Statorschaufeln 6, die zwischen dem Schaufelkranz 2a der Scheibe 3a und dem Schaufelkranz 2b der Scheibe 3b angeordnet sind.
Die durch die Öffnungen 5 entnommene Luft dringt in den ringförmigen Zwischenraum 7 ein, der von einander gegenüberstehenden Seiten der Scheiben 3a und 3b umgrenzt wird.
Die hintere Scheibe 3b weist in ihrem inneren Bereich einen ringförmigen Rand 8 mit L-förmigem Querschnitt auf, an dem mit Schrauben 9 ein Ring 10 mit der Achse X befestigt ist, welcher eine Vielzahl von Luftentnahmerohren 11 trägt, die im Wesentlichen axial angeordnet sind.
Wie in 5 gezeigt, umfasst der Ring 10 eine vordere radiale Wand 12 und eine hintere radiale Wand 13, die durch einen Steg 14 miteinander verbunden sind, welcher eine Vielzahl von Bohrungen 15 aufweist, zwischen denen rechtwinklige Öffnungen 16 sitzen. Die hintere radiale Wand 13 weist Öffnungen 17 zur Aufnahme der Schrauben 9 sowie eine ringförmige Rippe 18 auf, die dazu vorgesehen ist, unter dem Rand 8 in Eingriff zu kommen, um die radiale Positionierung des Rings 10 zu ermöglichen. Die vordere radiale Wand 12 weist ebenfalls eine ringförmige Rippe 19 auf, die in die Nähe einer entsprechenden Rippe 19a gelangt, die an der Scheibe 3a vorgesehen ist, wie in 2 zu sehen ist.
Wie in 3 gezeigt, sitzt der radial äußere Teil des Entnahmerohrs 11 im Inneren eines außen befindlichen Dämpfungsrohrs 20. Dieses außen befindliche Rohr 20 weist an seinem radial inneren Ende eine rechtwinklige Grundplatte 21 auf, die in Anlage an der Innenseite des Stegs 14 des Rings kommt und die rechtwinkligen Öffnungen 16 zumindest teilweise überdeckt. Der radial äußere Teil 22 des außen befindlichen Rohrs 20 hat einen Außendurchmesser, der im Wesentlichen gleich dem der in dem Steg 14 des Rings 10 ausgeführten Bohrungen 15 ist, damit dieser Teil 22 eng in eine Bohrung 15 eingesetzt werden kann. Wenn alle außen befindlichen Rohre 20 in den Bohrungen 15 angebracht sind, bilden die Grundplatten 21 zusammen einen Ring, der die rechtwinkligen Öffnungen 16 verschließt.
Das Entnahmerohr 11 weist in seinem radial äußeren Teil einen Wulst 23 auf, der an dem radial inneren Ende des außen befindlichen Rohrs 20 in Anlage kommt. Dieser Wulst 23 setzt sich im Inneren des radial äußeren Teils 22 des außen befindlichen Rohrs 20 mit einem Rand 24 fort, dessen Außendurchmesser im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Teils 22 ist, damit der Rand 24 in diesem Teil 22 festgeklemmt ist. Mit der Bezugszahl 25 wird ein Arretierungsring des außen befindlichen Rohrs 20 und des Entnahmerohrs 11 auf dem Ring 10 bezeichnet. Dieser Arretierungsring 25 hat einen Querschnitt in der Form eines umgekehrten T, dessen Flansche an den radial inneren Endseiten der vorderen radialen Wand 12 des Rings 10 und des Entnahmerohrs 11 anliegen, und dessen Steg zwischen der Hinterseite der vorderen radialen Wand 12 und den Wülsten 23 der Entnahmerohre 11 Aufnahme findet. Die Flansche dieses Rings 25 können hinsichtlich der Länge wie auch radial unterschiedlich ausgeführt sein, um einen vorhersehbaren Einbau, nämlich immer in der gleichen Richtung, zu gewährleisten.
Das radial innere Ende 26 des außen befindlichen Rohrs 20 ist in Kontakt mit dem entsprechenden Bereich 27 des Entnahmerohrs 11.
Bei einer ersten Ausführungsform, die in den 3 und 4 dargestellt ist, ist das Ende 26 reduziert und weist eine Vielzahl von axialen Bereichen 28 auf, die sich mit der Außenwand des Bereichs 27 in engem Kontakt befinden. Diese axialen Bereiche 28 werden beispielsweise durch Festklemmen des Endes 26 des außen befindlichen Rohrs 20 mittels Klemmbacken hergestellt. 4 zeigt vier axiale Bereiche 28, die sich paarweise diametral gegenüberliegend befinden, doch kann die Anzahl der axialen Bereiche 28 sich auch eine andere als vier sein.
In den 6 und 7 ist eine zweite Ausführungsform des Kontakts zwischen dem Ende 26 des außen befindlichen Rohrs 20 und dem Bereich 27 des Entnahmerohrs 11 dargestellt. Hier weist der Bereich 27 einen Rand 29 auf, der eine Vielzahl von Flachbereichen 30 aufweist. Der Außendurchmesser des Randes 29 ist im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Endes 26 des außen befindlichen Rohrs 20, um vor dem Rand 29 einen positiven Kontakt zwischen den beiden Rohren 20 und 11 zu gewährleisten.
Wie auch immer der Kontakt zwischen dem radial inneren Ende 26 des außen befindlichen Rohrs 20 und dem Entnahmerohr 11 ausgeführt ist, der mittlere Bereich 31 des außen befindlichen Rohrs 20 befindet sich nicht in Kontakt mit dem Entnahmerohr 11 und ist von letzterem durch eine ringförmige Kammer 32 getrennt.
So wird das Entnahmerohr 11 an seinem radial äußeren Ende in dem außen befindlichen Rohr 20 festgeklemmt gehalten und von dem radial inneren Ende 26 des außen befindlichen Rohrs 20 mit einer gewissen Biegsamkeit festgehalten. Das außen befindliche Rohr 20 wirkt an dieser Stelle wie eine Feder, und durch die Steife im Bereich dieses Kontakts wird Energie wie von einer Feder abgeleitet.
Auf Grund der ringförmigen Kammer 32 ist das außen befindliche Rohr 20 ebenfalls Biegungsvibrationsmomenten unterworfen. Die Biegesteife des außen befindlichen Rohrs 20 ermöglicht ebenfalls eine Ableitung der Energie. Durch die Erhöhung der äquivalenten Steife der Gesamtanordnung der beiden Rohre 20 und 11 im Vergleich mit dem Stand der Technik, der in US 5 472 313 dargestellt ist, ist die Frequenz des ersten Durchfederungs-Modus, des sogenannten Modus 1F, stark erhöht.
So erbringt der Einsatz eines Dämpfungssystems mit einem außen befindlichen Dämpfungsrohr 20 in der Stufe 6 des Hochdruckverdichters des Turbotriebwerks GE 90-115B bei einer Länge des Rohrs 20 von 58,1 mm eine Erhöhung der Frequenz des Modus 1F von 950 Hz auf 1653 Hz, und von 950 Hz auf 1921 Hz bei einer Länge des Rohrs 20 von 45 mm.
Bei diesem Motor, der 12 Entnahmerohre aufweist, beträgt die Frequenz des Modus 8F bei einer Drehzahl von 7125 U/Min 950 Hz (7125 × 8/60). Diese Frequenz ist gleich der Frequenz des Modus 1F. Das Kreuzen zwischen dem Modus 1F und dem Modus 8N tritt nicht mehr auf, da die Maximalfrequenz, die der Modus 8N bei dem Hochdruckverdichter des Turbotriebwerks GE 90-115B erreichen kann, 1505 Hz beträgt.

Claims

Vorrichtung zur Luftentnahme durch zentripetales Strömen, die zwischen zwei Scheiben (3a, 3b) eines Turbotriebwerk-Verdichters (1) vorgesehen ist, wobei diese Vorrichtung eine ringförmige Halterung (10), die an einer Seite einer dieser Scheiben (3a, 3b) befestigt ist, sowie eine Vielzahl von Luftentnahmerohren (11), die im Wesentlichen radial in Öffnungen (15) in dieser Halterung (10) angebracht sind, umfasst, wobei jedes Rohr (11) mit Mitteln zur Verringerung der Vibrationen dieses Rohrs (11} bei Betrieb des Turbotriebwerks ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verringerung der Vibrationen eines Entnahmerohrs (11) ein Dämpfungsrohr (20) umfassen, das in einer Öffnung (15) der ringförmigen Halterung (10) festgehalten wird und den radial äußeren Teil dieses Entnahmerohrs (11) umgibt, wobei das radial innere Ende (26) dieses Dämpfungsrohrs (20) einen entsprechenden Bereich (27) dieses Entnahmerohrs (11) umspannt und wobei ein ringförmiger Zwischenraum (32) zwischen dem mittleren Bereich (31) dieses Dämpfungsrohrs (20) und diesem Entnahmerohr (11) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das radial innere Ende (26) des Dämpfungsrohrs (20) reduziert ist und sich in einer Vielzahl von axialen Bereichen (28) mit der außen umlaufenden Wand des Entnahmerohrs (11) in Kontakt befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entnahmerohr (11) vor dem radial inneren Ende (26) des Dämpfungsrohrs (20) einen Rand (29) aufweist, der in dieses Ende (26) eingepasst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (29) eine Vielzahl von Flachbereichen (30) aufweist.