DE69625426T2 - Hybride Fan-Schaufel für eine Gasturbine - Google Patents
Hybride Fan-Schaufel für eine GasturbineInfo
- Publication number
- DE69625426T2 DE69625426T2 DE69625426T DE69625426T DE69625426T2 DE 69625426 T2 DE69625426 T2 DE 69625426T2 DE 69625426 T DE69625426 T DE 69625426T DE 69625426 T DE69625426 T DE 69625426T DE 69625426 T2 DE69625426 T2 DE 69625426T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- blade
- segment
- gas turbine
- pressure side
- leading edge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 32
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 21
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 13
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 3
- XQUPVDVFXZDTLT-UHFFFAOYSA-N 1-[4-[[4-(2,5-dioxopyrrol-1-yl)phenyl]methyl]phenyl]pyrrole-2,5-dione Chemical compound O=C1C=CC(=O)N1C(C=C1)=CC=C1CC1=CC=C(N2C(C=CC2=O)=O)C=C1 XQUPVDVFXZDTLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229920003192 poly(bis maleimide) Polymers 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 238000001721 transfer moulding Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
- F01D5/282—Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Architecture (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
- Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Gasturbinen und insbesondere auf eine hybride Metall/Verbund-Schaufel für eine Gasturbine.
- Gasturbinen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Gasturbinen-Energieerzeugungseinrichtungen und Flugzeug-Gasturbinentriebwerke. Eine Gasturbine enthält ein Kerntriebwerk mit einem Hochdruck-Verdichter, um die in das Kerntriebwerk eintretende Luftströmung zu verdichten, einen Brenner, in dem ein Gemisch von Brennstoff und der verdichteten Luft verbrannt wird, um eine antreibende Gasströmung zu erzeugen, und eine Hochdruck-Turbine, die durch die antreibende Gasströmung in Drehung versetzt wird und durch eine einen größeren Durchmesser aufweisende Welle verbunden ist, um den Hochdruck-Verdichter anzutreiben. Ein typisches Front-Fan-Gasturbinentriebwerk für ein Flugzeug fügt eine Niederdruck-Turbine hinzu (die stromabwärts von der Hochdruck-Turbine angeordnet ist), die durch eine einen kleineren Durchmesser aufweisende koaxiale Welle verbunden ist, um den Front-Fan (der stromaufwärts von dem Hochdruck- Verdichter angeordnet ist) anzutreiben und einen optionalen Niederdruck-Verdichter (der zwischen dem Front-Fan und dem Hochdruck-Verdichter angeordnet ist) anzutreiben. Der Niederdruck-Verdichter wird gelegentlich ein Booster-Verdichter oder einfach ein Booster genannt.
- Der Bläser bzw. Fan und die Hoch- und Niederdruck- Verdichter und -turbinen haben Gasturbinenschaufeln, die jeweils einen stromlinienförmigen Abschnitt aufweisen, der an einem Schaftabschnitt befestigt ist. Rotor- bzw. Laufschaufeln sind diejenigen Gasturbinenschaufeln, die an einer umlaufenden Gasturbinen-Rotorscheibe befestigt sind. Stator- bzw. Leitschaufeln sind diejenigen Gasturbinenschaufeln, die an einem nicht-umlaufenden Gasturbinen-Statorgehäuse befestigt sind. Üblicherweise gibt es abwechselnde Umfangsreihen von radial nach außen verlaufenden Rotorschaufeln und radial nach innen verlaufenden Statorschaufeln. Wenn vorhanden, können von einer ersten und/oder letzten Reihe von Statorschaufeln (auch Einlass- und Auslass-Führungsschaufeln genannt) ihre radial inneren Enden auch an einem nicht-umlaufenden Gasturbinen-Statorgehäuse befestigt sein. Entgegengesetzt rotierende "Stator"-Schaufeln sind ebenfalls bekannt. Übliche Konstruktionen von Gasturbinenschaufeln haben üblicherweise stromlinienförmige Abschnitte, die vollständig aus Metall, wie beispielsweise Titan, gefertigt sind, oder sie können vollständig aus einem Verbundkörper hergestellt sein. Ein "Verbundkörper" ist als ein Material definiert, das irgendein (Metall- oder Nicht-Metall-) Faserfilament in irgendeinem (Metall- oder Nicht-Metall-) Matrixbinder eingebettet hat, aber der Begriff "Verbundkörper" enthält keine Metallfaser, die in einer Metallmatrix eingebettet ist. Der Begriff "Metall" umfasst eine Legierung. Ein Beispiel von einem Verbundkörper ist ein Material, das Graphitfasern aufweist, die in einem Epoxidharz eingebettet sind. Die Allmetall-Schaufeln, die teure, eine breite Sehne aufweisende Hohlschaufeln umfassen, haben ein größeres Gewicht, das eine kleinere Brennstoff- Performance zur Folge hat und stabilere Schaufelbefestigungen erfordert, während die leichteren Allverbund-Schaufeln unter mehr Ansprechen/Beschädigung von Vogelschlägen leiden. Bekannte Hybridschaufeln enthalten eine Verbundschaufel, deren Vorderkante durch Metall aus Erosions- und Vogelaufprallgründen geschützt ist. Die Fanschaufeln sind üblicherweise die größten (und deshalb die schwersten) Schaufeln in einem Flugzeug-Gasturbinentriebwerk, und die Front-Fan-Schaufeln sind die ersten, die von einem Vogelaufprall getroffen werden. Was notwendig ist, ist eine Gasturbinenschaufel, und insbesondere eine Gasturbinen-Fanschaufel, die sowohl ein leichteres Gewicht als auch eine bessere Beständigkeit gegenüber einer Beschädigung durch Vogelschläge hat.
- Hybridschaufeln für Gasturbinen sind aus DE-A-1,628,355 und GB-A-2,264,755 bekannt, die beide Schaufeln beschreiben, die ein erstes Metallsegment und auf der einen Seite der Schaufel ein Nichtmetallsegment aufweisen.
- Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine hybride Metall/Verbundkörper-Gasturbinenschaufel zu schaffen.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Flugzeug- Gasturbinentriebwerks-Fanschaufel bereitgestellt, wie sie im Anspruch 1 beansprucht ist.
- Die Gasturbinenschaufel gemäß der Erfindung enthält einen Schaftabschnitt und aneinander befestigte erste und zweite Segmente aufweist. Die ersten und zweiten Segmente bilden zusammen einen massiven stromlinienförmigen Abschnitt. Der stromlinienförmige Abschnitt hat eine Vorderkante, eine Hinterkante, eine Druckseite, eine Saugseite, einen Schaufelfuß, eine Schaufelspitze und eine radiale Achse. Die Seiten sind an den Kanten aneinander befestigt, um eine Stromlinienform zu bilden. Der Schaufelfuß ist an dem Schaftabschnitt befestigt, und die radiale Achse verläuft nach außen in Richtung auf die Schaufelspitze und nach innen in Richtung auf den Schaufelfuß. Das erste Segment besteht im wesentlichen aus einem Metallmaterial und das zweite Segment besteht im wesentlichen aus einem Faser- bzw. Filament-Verbundmaterial. Das erste Segment umfasst vollständig die Saugseite, die Vorderkante und die Hinterkante von dem Schaufelfuß bis zur Schaufelspitze, und das erste Segment umfasst ferner teilweise die Druckseite nahe der Vorderkante und nahe der Hinterkante von dem Schaufelfuß bis zur Schaufelspitze. Das zweite Segment enthält teilweise Druckseite von nahe der Vorderkante bis nahe der Hinterkante von dem Schaufelfuß bis nahe der Schaufelspitze. Vorzugsweise ist der stromlinienförmige Abschnitt ein stromlinienförmiger Abschnitt von einer Flugzeug-Gasturbinentriebwerks-Fanschaufel.
- Mit der Gasturbinenschaufel gemäß der Erfindung sind mehrere Nutzen und Vorteile erzielbar. Das erste Segment von dem stromlinienförmigen Schaufelabschnitt, der im wesentlichen aus einem Metallmaterial besteht, sorgt für Widerstandsfähigkeit gegenüber Beschädigung durch Vogelschläge in diesen Bereichen der Schaufel, wie beispielsweise einer Flugzeug-Fanschaufel, die gegenüber einer Beschädigung durch Vogelaufschläge am empfindlichsten ist. Das zweite Segment von dem stromlinienförmigen Schaufelabschnitt, der im wesentlichen aus einem Verbundmaterial besteht, sorgt für ein geringes Gewicht in diesen Bereichen der Schaufel, wie beispielsweise einer Flugzeug- Fanschaufel, die am wenigsten empfindlich gegenüber einer Beschädigung durch Vogelaufprall sind. Dieses zweite Segment ist auch einfach reparierbar.
- Die beigefügten Zeichnungen stellen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, wobei:
- Fig. 1 eine schematische Seitenansicht von einem Ausführungsbeispiel einer Flugzeug-Gasturbinentriebwerks- Fanschaufel der Gasturbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung ist und
- Fig. 2 eine schematische Ansicht von dem stromlinienförmigen Abschnitt der Gasturbinenschaufel gemäß Fig. 1 entlang den Linien 2-2 in Fig. 1 ist.
- Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente darstellen; Fig. 1 und 2 zeigen schematisch ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel von der Gasturbinenschaufel 10 gemäß der Erfindung. Die Gasturbinenschaufel 10 enthält einen Schaftabschnitt 12 und aneinander befestigte erste und zweite Segmente 14 und 16. Üblicherweise hat der Schaftabschnitt 12 eine Schaufelplattform 18, die hilft, die Luftströmung in radialer Richtung einzuschließen, und einen Schwalbenschwanz 20, der an einer Rotorscheibe (nicht gezeigt) befestigt ist. Die ersten und zweiten Segmente 14 und 16 bilden zusammen einen massiven stromlinienförmigen Abschnitt 22.
- Der stromlinienförmige Abschnitt 22 hat eine Vorderkante 24, eine Hinterkante 26, eine (konkav geformte) Druckseite 28, eine (konvex geformte) Saugseite 30, einen Schaufelfuß 32, eine Schaufelspitze 34 und eine radiale Achse 36. Die Seiten 28 und 30 sind an den Kanten 24 und 26 miteinander verbunden, um eine Stromlinienform zu bilden. Der Schaufelfuß 32 ist an dem Schaftabschnitt 12 befestigt. Die radiale Achse 36 erstreckt sich nach außen in Richtung auf die Schaufelspitze 34 und nach innen in Richtung auf den Schaufelfuß 32.
- Das erste Segment 14 besteht im wesentlichen aus einem Metallmaterial. Der Begriff "Metall" umfasst eine Legierung. Vorzugsweise ist das erste Segment 14 ein monolithisches Metallsegment. In einem Ausführungsbeispiel besteht das Metallmaterial im wesentlichen aus (und vorzugsweise besteht es aus) Titan. Andere Wahlmöglichkeiten für das Metallmaterial umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Aluminium, Kobalt, Nickel oder Stahl. Das erste Segment 14 enthält vollständig die Saugseite 30, vollständig die Vorderkante 24 und vollständig die Hinterkante 26, alle vom Schaufelfuß 32 bis zur Schaufelspitze 34. Das erste Segment 14 enthält ferner teilweise die Druckseite 28 nahe der Vorderkante 24 und nahe der Hinterkante 26, alle vom Schaufelfuß 32 bis zur Schaufelspitze 34. Vorzugsweise enthält das erste Segment 14, für einen besseren Spitzenabriebschutz, vollständig die Schaufelspitze 34 und enthält teilweise die Saugseite 28 nahe der Schaufelspitze 34 von der Vorderkante 24 bis zur Hinterkante 26.
- Das zweite Segment 16 besteht im wesentlichen aus einem Verbundmaterial, und vorzugsweise besteht es aus einem Verbundmaterial. Der Begriff "Verbund" ist als ein Material definiert, das irgendein (Metall- oder Nicht-Metall-) Faserfilament aufweist, das in irgendeinem (Metall oder Nicht-Metall-) Matrixbinder eingebettet ist, aber der Begriff "Verbund" enthält nicht eine Metallfaser (d. h. Faserfilament), die in einer Metallmatrix eingebettet ist. Vorzugsweise ist das zweite Segment 16 eine Auflage von diskreten Verbundschichten in einem Ausführungsbeispiel besteht das Verbundmaterial im wesentlichen aus (und vorzugsweise besteht es aus) Kohlenstoff-Faserfilamenten, die in einem Epoxid(d. h. Epoxidharz)-Matrixbinder eingebettet sind. Andere Wahlmöglichkeiten für das Verbundmaterial umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Faser-Bismaleimid, Faser-Polyimid und andere wärmehärtbare oder thermoplastische Faser-Epoxidharze und Mischungen davon. Das zweite Segment 16 enthält teilweise die Druckseite 28 von nahe der Vorderkante 24 bis nahe der Hinterkante 26 von dem Schaufelfuß 32 bis nahe der Schaufelspitze 34. Der Modul bzw. Koeffizient und die Orientierung der Fasern sind so gewählt, dass die Steifigkeit des gesamten stromlinienförmigen Abschnittes beibehalten wird, um das strukturelle Biegen der Schaufel unter zentrifugaler und aerodynamischer Last zu minimieren, wie es im Können des Fachmannes liegt.
- Die Gasturbinenschaufel 10 rotiert in einer Richtung, so dass die (konkave) Druckseite 28 an einem Referenzpunkt vorbeiläuft, bevor die (konvexe) Saugseite 30 an dem gleichen Referenzpunkt vorbeiläuft. Somit ist der Fußabdruck eines Vogelaufpralls primär über der Fläche des metallischen ersten Segmentes 14 auf der Druckseite 28 nahe der Vorderkante 24, gefolgt von der angrenzenden Fläche des zweiten Verbundsegmentes 16 auf der Druckseite 28. Ein derartiger Verbundbereich sorgt für Beulbeständigkeit, da er unter Zug ist, was für Verbundkörper am besten ist. Die folgenden Prozentsätze von Verbundmaterial des zweiten Segmentes, die den stromlinienförmigen Abschnitt 22 bilden, sind durch technische Analyse ermittelt worden, indem Gewichts- und Aufprallbeständigkeitsfaktoren optimiert wurden.
- Vorzugsweise enthält das zweite Segment 16 zwischen im allgemeinen vierzig und neunzig Prozent (und wünschenswerter Weise zwischen fünfzig und achtzig Prozent) des Oberflächeninhalts von der Druckseite 28 und enthält zwischen im allgemeinen vierzig und neunzig Prozent (und wünschenswerter Weise zwischen fünfzig und achtzig Prozent) der Volumengröße des stromlinienförmigen Abschnittes 22. In einem Ausführungsbeispiel enthält das zweite Segment 16 im allgemeinen siebzig Prozent des Oberflächeninhalts der Druckseite 28 und enthält im allgemeinen siebzig Prozent der Volumengröße des stromlinienförmigen Abschnittes 22. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Oberflächeninhalt des zweiten Segmente 16 auf der Druckseite 28 durch eine einzige geschlossene Figur umschlossen, und das Volumen des zweiten Segmentes ist durch einen einzigen geschlossenen Festkörper umschlossen.
- Es ist bevorzugt, dass sich das zweite Segment 16 im allgemeinen in Sehnenrichtung entlang der Druckseite 28 zwischen im allgemeinen fünfzehn und fünfundneunzig Prozent (und wünschenswerter Weise zwischen fünfzig und achtzig Prozent) der Strecke entlang der Druckseite 28 zwischen der Vorderkante 24 und der Hinterkante 26 erstreckt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das zweite Segment 16 im allgemeinen über sechzig Prozent der Strecke entlang der Druckseite 28 zwischen der Vorderkante 24 und der Hinterkante 26. Es ist erwünscht, dass sich das zweite Segment 16 in radialer Richtung zwischen im allgemeinen sechzig und fünfundneunzig Prozent (und vorzugsweise zwischen im allgemeinen siebzig und fünfundneunzig Prozent) der Strecke zwischen dem Schaufelfuß 32 und der Schaufelspitze 34 erstreckt. In einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich das zweite Segment 16 in radialer Richtung im allgemeinen über neunzig Prozent der Strecke zwischen dem Schaufelfuß 32 und der Schaufelspitze 34.
- In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Verbundmaterial von dem ersten Segment 14 bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Metallmaterials thermisch entfernt werden. Dies erlaubt, dass der stromlinienförmige Abschnitt 22 auf einfache Weise repariert werden kann, falls er durch Vogelaufschläge oder Fremdkörperschläge beschädigt werden sollte. Wenn der stromlinienförmige Abschnitt in dem zweiten Verbundsegment 16 beschädigt wird, würde das Verbundmaterial thermisch entfernt, das erste Metallsegment 14 wird repariert und neues Verbundmaterial wird wieder aufgebracht. Da der größte Teil von einer derartigen Schaufelbeschädigung an der vorderen Reihe der Gasturbinenschaufeln 10 auftritt, ist es bevorzugt, dass der stromlinienförmige Abschnitt 22 ein stromlinienförmiger Abschnitt von einer Flugzeug-Gasturbinentriebwerks-Fanschaufel 10 (oder der stromlinienförmige Abschnitt von einer Flugzeug- Gasturbinentriebwerks-Verdichterschaufel, wenn das Triebwerk keinen Fan hat) ist. Technische Analyse hat gezeigt, dass die Gasturbinenschaufel 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, in der Form von einer Flugzeug-Gasturbinentriebwerks-Fanschaufel, einen bevorzugten Durchmesser von zwischen im allgemeinen 1,14 und 2,49 m (45 und 98 Zoll) und eine maximale Arbeitsgeschwindigkeit an der Schaufelspitze von weniger als im allgemeinen 472 m/s (1550 Fuß pro Sekunde) hat. Diese bevorzugten Betriebsbedingungen stellen sicher, dass die Temperatur der Schaufelspitze die Betriebstemperatur von Verbundmaterialien, wie beispielsweise Epoxid-, Bismaleimid- und Polyimidharzen, die in dem zweiten Segment 16 des stromlinienförmigen Abschnitts 22 verwendet werden, nicht überschreitet.
- Bevorzugte Verfahren zum Herstellen der Gasturbinenschaufel 10 gemäß der Erfindung umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Autoklav-, Druckform- und Harzübertragungs- Formgebung. Wenn ein Autoklav gewählt wird, würde das erste Metallsegment 14 als die eine Seite von dem Werkzeug wirken, wodurch die Werkzeugausrüstung minimiert wird. Wie zuvor ausgeführt wurde, würden der Fasermodul und die Faserorientierung so gewählt werden, dass die Steifigkeit des gesamten stromlinienförmigen Abschnittes beibehalten wird, um ein strukturelles Biegen der Schaufel unter zentrifugaler und aerodynamischer Belastung zu minimieren, wie es im Rahmen des fachmännischen Könnens liegt.
- Es sei darauf hingewiesen, dass der Schwalbenschwanz 20 von dem Schaftabschnitt 12 teilweise Verbundmaterial auf der (konkaven) Druckseite (nicht gezeigt) sein kann. Alternativ kann der Schwalbenschwanz 20 ein Metallkeilsystem (ebenfalls nicht gezeigt) haben, um das zweite Verbundsegment 16 sicher einzuschließen und für eine metallische Abriebfläche des Schwalbenschwanzes zu sorgen. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass eine kleinere Einschlussstruktur für den stromlinienförmigen Abschnitt 22 erforderlich ist, da das Verbundmaterial bei einem Stoß bzw. Aufprall zerbrechen und sich von dem ersten metallischen Segment 14 lösen wird.
Claims (8)
1. Fan-Schaufel für ein Flugzeug-Gasturbinentriebwerk,
enthaltend: einen Schaftabschnitt (12) und aneinander
befestigte erste und zweite Segmente, wobei die ersten und zweiten
Segmente (14, 16) zusammen einen massiven drehbaren
Stromlinienabschnitt (22) bilden und der Stromlinienabschnitt enthält:
a) eine Vorderkante (24),
b) eine Hinterkante (26),
c) eine Druckseite (28),
d) eine Saugseite (30), wobei die Seiten an den Kanten
miteinander verbunden sind, um eine Stromlinienform zu bilden,
e) einen Schaufelfuss (32), der an dem Schaftabschnitt
befestigt ist,
f) eine Schaufelspitze (34) und
g) eine radiale Achse (36), die sich nach aussen in
Richtung auf die Schaufelspitze und nach innen in Richtung auf
den Schaufelfuss erstreckt,
wobei das erste Segment (14) im wesentlichen aus einem
Metallmaterial besteht, das erste Segment vollständig die
Saugseite (30), vollständig die Vorderkante (24) und vollständig
die Hinterkante (26) einschliesst, alle von dem Schaufelfuss
(32) bis zur Schaufelspitze (34), und das erste Segment ferner
teilweise die Druckseite nahe der Vorderkante (24) und nahe
der Hinterkante (26) einschliesst, alle von dem Schaufelfuss
bis zur Schaufelspitze, und
wobei das zweite Segment (16) im wesentlichen aus einem
Verbundmaterial besteht, wobei das zweite Segment teilweise
die Druckseite (28) von nahe der Vorderkante (24) bis nahe der
Hinterkante (26) von dem Schaufelfuss (32) bis nahe der
Schaufelsapitze (34) einschliesst,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Oberfläche des zweiten Segments (16) auf der
Druckseite (28) ein geschlossenes Gebilde ist, und
das Volumen des zweiten Segmentes (16) ein einzelner
geschlossener Festkörper ist.
2. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei das erste
Segment (14) vollständig die Schaufelspitze (34) einschliesst
und ferner teilweise die Druckseite (28) nahe der
Schaufelspitze von der Vorderkante (24) bis zur Hinterkante (26)
einschliesst.
3. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei das zweite
Segment (16) zwischen vierzig und neunzig Prozent der
Oberfläche der Druckseite (28) und zwischen vierzig und neunzig
Prozent des Volumens des stromlinienförmigen Abschnitts (22)
einchliesst.
4. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei sich das
zweite Segment (16) in einer Sehnenrichtung entlang der
Druckseite (28) zwischen vierzig und neunzig Prozent der Strecke
entlang der Druckseite zwischen der Vorderkante (24) und der
Hinterkante (26) erstreckt und wobei sich das zweite Segment
(16) in radialer Richtung zwischen sechzig und fünfundneunzig
Prozent der Strecke zwischen dem Schaufelfuss und der
Schaufelspitze (34) erstreckt.
5. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei das
Metallmaterial im wesentlichen aus Titan besteht und wobei das
Verbundmaterial im wesentlichen aus Kohlenstofffaserns
besteht, die in einem Epoxidmatrixbinder eingebettet sind.
6. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei das
Verbundmaterial von dem stromlinienförmigen Abschnitt (22) bei einer
Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls thermisch
entfernbar ist.
7. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei die Fan-
Schaufel des Flugzeug-Triebwerkes einen Durchmesser von
zwischen 1, 143 und 2,489 m (45 und 98 Zoll) hat.
8. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 7, wobei die Fan-
Schaufel des Flugzeug-Triebwerkes eine maximale
Arbeitsgeschwindigkeit an der Schaufelspitze von weniger als 472 msek&supmin;¹
(1550 Fuss pro Sekunde) hat.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/533,479 US5655883A (en) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | Hybrid blade for a gas turbine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE69625426D1 DE69625426D1 (de) | 2003-01-30 |
| DE69625426T2 true DE69625426T2 (de) | 2003-09-25 |
Family
ID=24126130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE69625426T Expired - Fee Related DE69625426T2 (de) | 1995-09-25 | 1996-09-25 | Hybride Fan-Schaufel für eine Gasturbine |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5655883A (de) |
| EP (1) | EP0764763B1 (de) |
| JP (1) | JPH09217602A (de) |
| DE (1) | DE69625426T2 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006061916A1 (de) * | 2006-12-21 | 2008-06-26 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Fanschaufel für ein Gasturbinentriebwerk |
Families Citing this family (43)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1054204A (ja) * | 1996-05-20 | 1998-02-24 | General Electric Co <Ge> | ガスタービン用の多構成部翼 |
| US5839882A (en) * | 1997-04-25 | 1998-11-24 | General Electric Company | Gas turbine blade having areas of different densities |
| US5931641A (en) * | 1997-04-25 | 1999-08-03 | General Electric Company | Steam turbine blade having areas of different densities |
| DE19751129C1 (de) * | 1997-11-19 | 1999-06-17 | Mtu Muenchen Gmbh | FAN-Rotorschaufel für ein Triebwerk |
| US5947688A (en) * | 1997-12-22 | 1999-09-07 | General Electric Company | Frequency tuned hybrid blade |
| US5913661A (en) * | 1997-12-22 | 1999-06-22 | General Electric Company | Striated hybrid blade |
| US6039542A (en) * | 1997-12-24 | 2000-03-21 | General Electric Company | Panel damped hybrid blade |
| US6033186A (en) * | 1999-04-16 | 2000-03-07 | General Electric Company | Frequency tuned hybrid blade |
| US6282786B1 (en) * | 1999-08-16 | 2001-09-04 | General Electric Company | Method of making injection formed hybrid airfoil |
| US6099257A (en) * | 1999-08-31 | 2000-08-08 | General Electric Company | Plastically formed hybrid airfoil |
| US6287080B1 (en) | 1999-11-15 | 2001-09-11 | General Electric Company | Elastomeric formulation used in the construction of lightweight aircraft engine fan blades |
| US6889937B2 (en) * | 1999-11-18 | 2005-05-10 | Rocky Mountain Composites, Inc. | Single piece co-cure composite wing |
| US6454536B1 (en) | 2000-02-09 | 2002-09-24 | General Electric Company | Adhesion enhancers to promote bonds of improved strength between elastomers metals in lightweight aircraft fan blades |
| US6364616B1 (en) * | 2000-05-05 | 2002-04-02 | General Electric Company | Submerged rib hybrid blade |
| US6655921B2 (en) * | 2000-12-18 | 2003-12-02 | Deutsches Zentrum Fuer Luft- Und Raumfahrt E.V. | Rotor blade |
| US6843928B2 (en) | 2001-10-12 | 2005-01-18 | General Electric Company | Method for removing metal cladding from airfoil substrate |
| US6607358B2 (en) | 2002-01-08 | 2003-08-19 | General Electric Company | Multi-component hybrid turbine blade |
| DE10326719A1 (de) * | 2003-06-06 | 2004-12-23 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Verdichterschaufelfuß für Triebwerksschaufeln von Flugzeugtriebwerken |
| US7575417B2 (en) * | 2003-09-05 | 2009-08-18 | General Electric Company | Reinforced fan blade |
| US7189064B2 (en) * | 2004-05-14 | 2007-03-13 | General Electric Company | Friction stir welded hollow airfoils and method therefor |
| GB0428368D0 (en) | 2004-12-24 | 2005-02-02 | Rolls Royce Plc | A composite blade |
| US7334997B2 (en) * | 2005-09-16 | 2008-02-26 | General Electric Company | Hybrid blisk |
| US7942639B2 (en) * | 2006-03-31 | 2011-05-17 | General Electric Company | Hybrid bucket dovetail pocket design for mechanical retainment |
| US7588421B2 (en) * | 2006-03-31 | 2009-09-15 | General Electric Company | Methods and apparatus for mechanical retainment of non-metallic fillers in pockets |
| US20090081032A1 (en) * | 2007-09-20 | 2009-03-26 | General Electric Company | Composite airfoil |
| GB0721546D0 (en) * | 2007-11-01 | 2007-12-12 | Rolls Royce Plc | Composite material repair |
| US20100028160A1 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-04 | General Electric Company | Compressor blade leading edge shim and related method |
| US20110129351A1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-02 | Nripendra Nath Das | Near net shape composite airfoil leading edge protective strips made using cold spray deposition |
| US20110194941A1 (en) * | 2010-02-05 | 2011-08-11 | United Technologies Corporation | Co-cured sheath for composite blade |
| JP5614131B2 (ja) * | 2010-07-01 | 2014-10-29 | 株式会社Ihi | ファン動翼及びファン |
| CN103052807B (zh) | 2010-07-15 | 2015-09-09 | 株式会社Ihi | 风扇动叶片以及风扇 |
| CH705171A1 (de) * | 2011-06-21 | 2012-12-31 | Alstom Technology Ltd | Turbinenschaufel mit einem Schaufelblatt aus Verbundwerkstoff und Verfahren zum Herstellen davon. |
| CN102808657A (zh) * | 2012-09-11 | 2012-12-05 | 上海交通大学 | 金属/复合材料混合结构的风扇叶片及其制备方法 |
| US20140112796A1 (en) * | 2012-10-23 | 2014-04-24 | General Electric Company | Composite blade with uni-tape airfoil spars |
| US9617860B2 (en) * | 2012-12-20 | 2017-04-11 | United Technologies Corporation | Fan blades for gas turbine engines with reduced stress concentration at leading edge |
| FR3012515B1 (fr) * | 2013-10-31 | 2018-02-09 | Safran | Aube composite de turbomachine |
| US9835112B2 (en) * | 2014-02-10 | 2017-12-05 | MRA Systems Inc. | Thrust reverser cascade |
| US10260350B2 (en) | 2014-09-05 | 2019-04-16 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine airfoil structure |
| DE102015203868A1 (de) | 2015-03-04 | 2016-09-08 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Fanschaufel für einen Flugantrieb |
| US10196140B2 (en) | 2016-04-12 | 2019-02-05 | Sikorsky Aircraft Corporation | Methods for separating rotor blade cuffs from rotor blade bodies |
| US10465715B2 (en) | 2017-10-18 | 2019-11-05 | Goodrich Corporation | Blade with damping structures |
| US10677068B2 (en) * | 2018-01-18 | 2020-06-09 | Raytheon Technologies Corporation | Fan blade with filled pocket |
| FR3109181B1 (fr) * | 2020-04-09 | 2022-07-15 | Safran Aircraft Engines | Aube composée de plusieurs matériaux |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE162457C (de) * | ||||
| GB1040825A (en) * | 1965-04-20 | 1966-09-01 | Rolls Royce | Improvements in rotor blades and/or stator blades for gas turbine engines |
| GB1268202A (en) * | 1968-08-01 | 1972-03-22 | Rolls Royce | Composite blade for an elastic fluid flow machine |
| GB1186486A (en) * | 1968-10-22 | 1970-04-02 | Rolls Royce | Fibre Reinforced Blade |
| GB1284538A (en) * | 1968-11-19 | 1972-08-09 | Rolls Royce | Blade for a fluid flow machine |
| US3695778A (en) * | 1970-09-18 | 1972-10-03 | Trw Inc | Turbine blade |
| US3903578A (en) * | 1972-02-28 | 1975-09-09 | United Aircraft Corp | Composite fan blade and method of construction |
| US4118147A (en) * | 1976-12-22 | 1978-10-03 | General Electric Company | Composite reinforcement of metallic airfoils |
| JPS54157310A (en) * | 1978-06-02 | 1979-12-12 | Hitachi Ltd | Wing-shaped blade of blower |
| US4594761A (en) * | 1984-02-13 | 1986-06-17 | General Electric Company | Method of fabricating hollow composite airfoils |
| GB2168111B (en) * | 1984-12-08 | 1988-05-18 | Rolls Royce | Rotor aerofoil blade containment |
| US5145320A (en) * | 1990-08-28 | 1992-09-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Mass loaded composite rotor for vibro-acoustic application |
| FR2688264A1 (fr) * | 1992-03-04 | 1993-09-10 | Snecma | Redresseur de turbomachine a aubes ayant une face alveolee chargee en materiau composite. |
| FR2695163B1 (fr) * | 1992-09-02 | 1994-10-28 | Snecma | Aube creuse pour turbomachine et son procédé de fabrication. |
| FR2698126B1 (fr) * | 1992-11-18 | 1994-12-16 | Snecma | Aube creuse de soufflante ou compresseur de turbomachine. |
| US5429877A (en) * | 1993-10-20 | 1995-07-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Internally reinforced hollow titanium alloy components |
-
1995
- 1995-09-25 US US08/533,479 patent/US5655883A/en not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-09-19 JP JP8246769A patent/JPH09217602A/ja not_active Withdrawn
- 1996-09-25 DE DE69625426T patent/DE69625426T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-09-25 EP EP96306988A patent/EP0764763B1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006061916A1 (de) * | 2006-12-21 | 2008-06-26 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Fanschaufel für ein Gasturbinentriebwerk |
| US8251664B2 (en) | 2006-12-21 | 2012-08-28 | Rolls-Royce Deutschland Ltd Co KG | Fan blade for a gas-turbine engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69625426D1 (de) | 2003-01-30 |
| EP0764763B1 (de) | 2002-12-18 |
| US5655883A (en) | 1997-08-12 |
| JPH09217602A (ja) | 1997-08-19 |
| EP0764763A1 (de) | 1997-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69625426T2 (de) | Hybride Fan-Schaufel für eine Gasturbine | |
| DE69619045T2 (de) | Teilweise metallisches Fan-Schaufelblatt für eine Gasturbine | |
| DE69724018T2 (de) | Mehrkomponentengasturbinenschaufel | |
| DE69407518T2 (de) | Rotorschaufel | |
| DE60023979T2 (de) | Bläserplattform | |
| DE602004006323T2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Turbine mit Turbinenschaufeln unterschiedlicher Resonanzfrequenzen samt einer solchen Turbine | |
| DE69506218T2 (de) | Anstreifring für eine Gasturbine | |
| EP1979577B1 (de) | Leitschaufelsegment einer gasturbine und verfahren zu dessen herstellung | |
| EP0972128B1 (de) | Oberflächenstruktur für die wand eines strömungskanals oder einer turbinenschaufel | |
| DE2756684C2 (de) | Verfahren zum Fertigen einer Turbomaschinenschaufel und Strömungsturbomaschine mit derartigen Schaufeln | |
| DE60302525T2 (de) | Trommelrotor für eine Turbomaschine | |
| DE69502988T2 (de) | Anordnung der Blaserschaufeln bei einem Gasturbinentriebwerk | |
| WO2005016588A2 (de) | Verfahren zur herstellung und/oder reparatur von bauteilen für gasturbinen | |
| DE69121027T2 (de) | Schutzschicht für Laufschaufeln | |
| DE10359917A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Abstimmen der Eigenfrequenz von Turbinenlaufschaufeln | |
| DE3527122A1 (de) | Schaufel und beschaufelte scheibenbaugruppe fuer ein gasturbinentriebwerk | |
| EP2693061B1 (de) | Verdichterschaufel einer Gasturbine sowie Verfahren zu deren Herstellung | |
| EP3999716B1 (de) | Laufschaufel für eine strömungsmaschine, zugehöriges turbinenmodul und verwendung derselben | |
| DE68915126T2 (de) | Radiales Turbinenrad. | |
| WO2000057032A1 (de) | Leitschaufel und leitschaufelkranz für eine strömungsmaschine, sowie bauteil zur begrenzung eines strömungskanals | |
| DE3942785A1 (de) | Gedaempfte airfoilreihe fuer ein gasturbinentriebwerk | |
| EP1462617B1 (de) | Schaufelanordnung für eine axiale Turbomaschine | |
| EP3034788B1 (de) | Kompressorschaufel einer gasturbine | |
| DE2309404C2 (de) | Laufschaufel für Turbotriebwerksverdichter | |
| EP3495639B1 (de) | Verdichtermodul für eine strömungsmaschine, das die grenzschicht in einem verdichterzwischengehäuse abbaut |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Representative=s name: ROEGER UND KOLLEGEN, 73728 ESSLINGEN |
|
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |