DE860877C

DE860877C - Electrically heated area, especially blades for turbo machines

Info

Publication number: DE860877C
Application number: DEC3542A
Authority: DE
Inventors: Winnett Boyd; John Emerson Clarke; George Frederick Kelk
Original assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Current assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Priority date: 1950-12-14
Filing date: 1950-12-14
Publication date: 1952-12-29

Description

Elektrisch beheizte Fläche, insbesondere Schaufel für'Turbomaschinen Die Erfindung bezieht sich auf elektrisch beheizi#a Schaufeln für Turbomaschinen, insbesondere für Axialkompressoren, die einen Bestandteil einer Flugzeuggasturbine bilden. Die Bildung von Eis an den Einlaßteilen von Axialkompresso-ren verursacht schwere Störungen des durch diesen durchfließenden Luftstromes. Weiter können starke Beschädigungen dadurch hervorgerufen werden, daß sich Eisstückchen lösen und durch den Luftstrom in die schnell bewegten Schaufeln getragen werden. Hauptgegenstand der Erfindung ist demnacli eine Sc'haufelkonstruktion mit Mitteln, durch die die Schaufeltemperatur vorzugsweise so weit gesteigert werden 'kann, daß eine Eisbildung verhindert wird, wenn das Flugzeug in einer Atmosphäre fliegt, in der Vereisungs#gefahr besteht. Weiter ist die Erfindung auf ein elektrisches Heizelement gerichtet, das einen Bestandteil der Schaufel bildet und kleinste Querschnittsfläche aufweist, so daß der vom Heizelement im Inneren der Schaufel eingenommene Raum die Widerstandsfähigkeit der Schaufel nicht unnötig beeinträchtigt.Electrically heated surfaces, especially blades for turbo machines The invention relates to electrically heated blades for turbo machines, especially for axial compressors that are part of an aircraft gas turbine form. Causes the formation of ice on the inlet parts of axial compressors severe disruption of the air flow flowing through it. Strong can continue Damage caused by the fact that pieces of ice come loose and through the airflow will be carried into the fast moving blades. Main subject of the invention is demnacli a scoop construction with means by which the The blade temperature can preferably be increased to such an extent that ice is formed prevented if the aircraft flies in an atmosphere where there is a risk of icing consists. The invention is further directed to an electrical heating element which forms part of the blade and has the smallest cross-sectional area, so that the space occupied by the heating element inside the blade increases the resistance the shovel unnecessarily impaired.

Weiter hat die Erfindung ein-Verfahren zur Herstellungeinerelektrisch beheizten Schaufel für Turbin-en zum Gegenstand.The invention further has a method of making one electrically heated blade for turbines to the subject.

Nach der Erfindung besteht die elektrisch beheizte Schaufel für eine Turbine aus einem Metallgestell in Schaufelform und enthält ein elektrisches Heizelenient aus einer elektrisch-en Isolationsplatte,; die einen elektrischen Widerstandsdraht trägt und um die -eine Spiralwicklung aus anorganischem, hitzebeständigem, elektrischem Isolationsmaterial gewickelt ist, welches getrennte benachbarte Wick-« lungen aufweist, 'wobei ein überzug aus kerimischern Material das -Element bedeckt und die Zwischenräume zwischen den Gängen der Wicklung ausfüllt.According to the invention, the electrically heated shovel for a The turbine consists of a metal frame in the shape of a blade and contains an electrical heating element from an electrical insulation plate; the one electrical resistance wire carries and around the -a spiral winding made of inorganic, heat-resistant, electrical Insulation material is wound, which separate adjacent Has windings, with a coating of ceramic material forming the element covered and fills the spaces between the turns of the winding.

Im folgen-den ist die Erfindung an Hand der Zeichnungen imeinzelnien beschrleben,wobeigleiche Bezugszeichen für die entsprechenden gleichenTeile in den einzelnen Figuren Verwendung finden. Die ieichnung zeigt in Fig. i eine Ansicht einer Schaufel nach der Erfindung, wobei in gestrichelten Linien die Lage des Heizeliementes in der Schaufel angedeutet ist, Fig. 2 einen Längsschnitt längs der Linie 2-2 nach Fig. 1, Fig. 3 eine abgebrochen gezeichnete Ansicht eines teilweise fertiggestellten Heizelementes, Fig. 4 eine gebrochen gezeichnete Ansicht eines teilweise fertiggestellten Heizelementes, in der gezeigt ist, wie die Wicklung aus anorganischem, bitzebeständigem, elektrischem Isolationsmatterial über ,die Wicklung des Widerstandsdrahtes gelegt ist, so daß sich für letztere eine elektrische Isolation ergibt, und Fig. 5 eine gebrochen gezeichnete Ansicht des fertiggestellten Heizelementes.In the following, the invention is described in detail with reference to the drawings, identical reference symbols being used for the corresponding identical parts in the individual figures. The drawing shows in FIG. 1 a view of a shovel according to the invention, the position of the heating element in the shovel being indicated in broken lines, FIG. 2 a longitudinal section along the line 2-2 according to FIG. 1, FIG. 3 broken off Drawn view of a partially completed heating element, Fig. 4 is a broken view of a partially completed heating element, in which it is shown how the winding of inorganic, bit-resistant, electrical insulation material over the winding of the resistance wire is laid so that an electrical Isolation results, and Fig. 5 is a broken view of the completed heating element.

Nach der Zeichnung besteht das Heizellement io aus einer dünnen Platte i i aus Glimmer oder anderem geeigneten elektrischen Isolai:ionsmaterial mit an ihren Kanten in Abständen angeordneten Aussparungen 12, so daß ein zackiges Aussehen ientsteht. Die Platte i i weist ferner. Löcher 13 auf. Ein elektrischer Widerstandsdraht 14 ist um die Platte i i derart gewickelt, daß er über die Aussparungen 12 läuft und damit die einzelnen Wicklungen voneinander getrennt: gehalten werden.According to the drawing, the heating element consists of a thin plate made of mica or other suitable electrical insulation material with recesses 12 arranged at their edges so that a jagged appearance is created. The plate ii also has . Holes 1 3 . An electrical resistance wire 14 is wound around the plate ii in such a way that it runs over the recesses 12 and thus the individual windings are kept separate from one another.

Das eine Ende des Widerstandsdrahtes 14 ist bei 15 an den leitenden Ansatz 16 punktgeschweißt, während das an ' dere Ende in ähnlicher Weise bei 17 an die leitende Klemme 18 angeschweißt ist.The one end of the resistance wire 14 is spot-welded at 15 to the conductive projection 16, while it is welded to 'wider end in a similar manner at 17 to the conductive terminal 18th

Um den Widerstandsdraht elektrisch zu isolieren, ist eine Dioppelwicklung ig aus anorganischem, hitzebeständigem, elektrischem Isolationsmaterial über den Widerstandsdraht 14 und die Glimmerplatte i i gelegt, wobei eine Wicklung im Uhrzelgersinn und die andere WickluAg gegen den Uhrzeigersinn verläuft. Diese beiden Wicklungen sind derart aufgebracht, daß sie durch die Aussparungen 12 laufen und ein völlig bewickeltes Heizelernent entsteht, wie es in, Fig. 4 dargestellt ist. Um. leineü Teil der Klemme 18 ist ein elektrischer Isolations-Mantel 20 vorgesehen-.To electrically isolate the resistance wire, there is a double winding ig made of inorganic, heat-resistant, electrical insulation material over the Resistance wire 14 and the mica plate i i placed, with a winding in the clockwise sense and the other WickluAg runs counterclockwise. These two windings are applied in such a way that they run through the recesses 12 and a completely wound heating element is produced, as shown in FIG. Around. leineü Part of the terminal 18 is an electrical insulation jacket 20 is provided.

Das Heizelement wird dann mit einem keramischen Zement 21 überzogen oder imprägniert. Die Doppelwicklung 19, -der Mantel 2o und der überzug aus keranrischem Zement 21 müssen aus Stoffen bestehen, die bei den maximalen Temperaturen, die das Heizelement erreichen kann, noch thermisch stabil sind. Die Doppelwicklung ig ist vorzugsweise aus Glasfäden hergestellt, während der Mantel 20 aus einen Glasfadengespinst besteht. Ein zufriedenstellenderkeramischerZement besteht beispielsweise aus einer wäßrigen Mischung von gTeilen Kaolin und i Teil Borax. Der keramische Zement bildet eine zusätzliche elektrische Isolation und fügt die einzelnen Bestandteile, nämlich die Glimmerplatte ii, den Widerstandsdraliti4, die Glasfadenwicklung 19 und den Mantel 2o, zu einem einheitlichen Gebilde zusammen. Die Löcher 13 sorgen dafür, daß der keramische Zement auf den gegenüberliegenden Flächen der Glimmerplatte zusammenbindet.The heating element is then coated or impregnated with a ceramic cement 21. The double winding 1 9, - the jacket 2o and the coating of ceramic cement 21 must consist of materials that are still thermally stable at the maximum temperatures that the heating element can reach. The double winding ig is preferably made of glass threads, while the jacket 20 consists of a glass thread web. A satisfactory ceramic cement consists, for example, of an aqueous mixture of 1 part kaolin and 1 part borax. The ceramic cement forms an additional electrical insulation and adds the individual components, namely the mica plate ii, the Widerstandsdraliti4, the glass yarn layer 1 and the cladding 9 2o into a unitary structure together. The holes 13 ensure that the ceramic cement binds together on the opposite surfaces of the mica plate.

Nach dem überziehen des Heizelementes i o mit dem keramischen Zement wird es in eine geeignete Form gebracht und der Hitze ausgesetzt. Dadurch bindet der keramische Zement ab, und gleichzeitig erhält das Element eine Krümmung, die mit der Krümmung der Schaufel, von der es teinen Teil bilden soll, übereinstimmt. Dias fertiggestellte Heiz-elernent ist in Fig, 5 dargestellt.After covering the heating element io with the ceramic cement, it is brought into a suitable shape and exposed to the heat. This sets the ceramic cement, and at the same time the element is given a curvature that corresponds to the curvature of the blade of which it is to form a part. Dias finished heating elernent in Fig represented. 5

Das in der beschriebenen Weise hergestellte Heizelement wird dann gegebenenfalls in eine Form eingelegt, wobei die entsprechenden Abstand-- gewahrt werden. Darauf wird geschmolzenes Metall in die Form eingeleitet, so daß das Heizelernent von-einern Metallgestell umgeben wird, das die Form einer Schaufel aufweist. Die nach der Erfindung hergestellte Schaufel ist in den Fig. i und 2 dargestellt.The heating element produced in the manner described is then if necessary placed in a mold, keeping the appropriate distance will. Molten metal is then introduced into the mold so that the heating element is surrounded by a metal frame which has the shape of a shovel. the The blade made according to the invention is shown in FIGS.

Nach der Erfindung lassen sich die Führungsflächen oder Schaufeln eines Kompressors, die der Vereisungsgefahr ausgesetzt sind, nach dem Vorhergehenden herstellen, wobei die -elektrischen Heizelemente in geeigneter Weise mit einer elektrischen Kraftquelle verbunden werden 'können. Besteht Verei;sungs,g,efahr" so wird,eüi elektrischer Strom leingeschaltet, der durch die Widerstandsdrühti Heizelementes fließt, wobei in den Flächen und Schaufeln genügend Wärme erzeugt wird, um deren Oberflächentemperatur über den Gefrierpunkt des Wassers zu steigern, wodurch eine unerwünschte, Eisbildung vermieden wird.According to the invention, the guide surfaces or blades of a compressor that is exposed to the risk of freezing, according to the above Manufacture, the -electric heating elements in a suitable manner with an electrical Power source can be connected '. If there is a misery; sungs, g, efahr "then eüi becomes electrical Current switched on, which flows through the resistance wires of the heating element, whereby Sufficient heat is generated in the surfaces and blades to maintain their surface temperature To increase above the freezing point of the water, creating an undesirable, ice formation is avoided.

Es ist selbstverständlich, daß die gezeichnete und beschriebene Ausführungsform nach der Erfindung nur als vorgezogenes Ausführungsbeispiel zu werten. ist und verschiedene Änderungen - in der Förm, Größe und Anordnung der Teile möglich sind, ohne den Rahmen der Ansprüche zu überschreiten.It goes without saying that the drawn and described embodiment according to the invention is only to be regarded as a preferred embodiment. and various changes - in the shape, size and arrangement of the parts are possible without departing from the scope of the claims.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electrically heated surface, especially a shovel for turbo machines, characterized by a metal frame in the shape of a shovel, which has an electrical heating element: (io) from an electrical insulation plate. (ii) which carries an electrical resistance wire (14) and around which; a spiral winding (ig) of inorganic, heat-resistant, electrical insulation material is wound, which has separate adjacent windings, a coating of ceramic material (2 1) the element ( io) and fills the spaces between the turns of the winding (ig). 2.- Elektrisdli heated shovel od. The like. According to claim i, characterized in that the turns of the winding (ig) are arranged crosswise, so that rhombic openings arise, .which are filled by the ceramic material (2 1). 3. Electrically heated shovel od. The like. According to claim i or 2, characterized in that # that the electrical insulation plate (ii) has serrations (12) at its edges, which serve as spacers for the adjacent aisles of the winding (ig). - 4. Electrically heated shovel or the like. according to claims 1, 2 or 3, characterized by holes (13) in the electrical insulation plate (ii) which are filled by the ceramic material (21), whereby the coating, the winding (ig), the wire (14) and firmly embracing plate (ii). 5. A method for producing an electrically heated blade for turbines, characterized in that first an electrical H.eizelemmt (io) produced by wrapping an electrical insulation plate (ii) with electrical resistance wire (14), then a spiral (19) of inorganic, heat-resistant, electrical insulation material is wound over and around the electrical resistance wire (14) and the plate (io), with adjacent turns of the spiral (ig) being kept at a distance, and then a coating of ceramic material (2 1) on this arrangement ( ii, 14, 1: 9) is applied, whereby this coating fills the spaces between the turns of the spiral (ig), and finally the electrical heating element (io) is brought into a shape while maintaining the appropriate distance and, metal ih this shape is filled so that it surrounds the heating element ( io) with a metal frame in S, chaufelfonn. 6. The method according to claims 115, characterized in that the element (io) after being coated with the ceramic material (2i) is exposed to the heat so that the ceramic material (2i) sets. 7. Electrically: heated shovel, characterized in that it is produced according to the method according to claims 5 or 6 .