EP0602631B1 - Procédé pour la construction d'une rangée d'aubes statoriques, en particulier pour un compresseur axial - Google Patents

Procédé pour la construction d'une rangée d'aubes statoriques, en particulier pour un compresseur axial Download PDF

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EP0602631B1
EP0602631B1 EP93120255A EP93120255A EP0602631B1 EP 0602631 B1 EP0602631 B1 EP 0602631B1 EP 93120255 A EP93120255 A EP 93120255A EP 93120255 A EP93120255 A EP 93120255A EP 0602631 B1 EP0602631 B1 EP 0602631B1
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EP
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ring
end section
parts
blade
guide
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EP93120255A
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German (de)
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EP0602631A1 (fr
Inventor
Siegfried Sikorski
Michael Schober
Reinhold Schönacher
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MTU Aero Engines GmbH
Original Assignee
MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
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Publication date
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    • 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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
    • F01D9/044—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators permanently, e.g. by welding, brazing, casting or the like
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1.
  • Modern axial compressors require aerodynamically optimized, extremely slim blade profiles; attempts are being made in particular to manufacture the guide vanes of the axial guide vanes from a fiber-reinforced plastic; in addition to a reduction in weight, this has the advantage that a blade breakage caused in extreme cases does not cause any appreciable damage to subsequent, e.g. metallic rotor blades caused by hitting fragments.
  • the steps are essentially as follows: wrapping an outer housing ring with a layer of fiber-reinforced adhesive tape; Contribution distributed over the scope Cutouts in the openings in the outer housing ring; Cutting out the tape at the recesses; Inserting the blades with foot-like end parts into the recesses; Securing the blades in the recesses of the outer housing ring; machine incorporation of a circumferential recess in each of the foot-like end parts; extensive further tape winding through the circumferential recesses in the end parts.
  • the tape wound in the manner of a ring can be connected to the outer housing ring and to the foot-like end parts by a synthetic resin adhesive.
  • a complete dissolution of the blade / ring assembly is generally also required in the prior art with plastic blades if a combination of a radially outer and radially inner housing ring is provided, and in the case of blade damage that with a radially inner and radially outer base profile blade anchored between ring segments must be removed.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned and at least one device for carrying out, with which the fiber-reinforced plastic blades on the outer and / or inner ring can be fixed in a relatively simple and reliable manner so that the Attachment does not cause any subsequent material and strength impairments of the blade material and ring structures; furthermore, damaged blades should be easily exchangeable locally without lattice dismantling.
  • the task is primarily according to the procedure according to claim 1 solved according to the invention.
  • This arrangement allows a metallic outer ring to be made on the material side (wall thickness) and relatively weak in terms of strength and light weight. This applies all the more in connection with an outer ring made of a fiber-reinforced composite material (e.g. GRP or CFRP).
  • a fiber-reinforced composite material e.g. GRP or CFRP
  • the relevant end section of the guide vane which is optionally also provided with a longitudinal slot, so that at least two parts of the end section can be bent towards one another in the opposite direction as "flaps", is part of the vane which is prefabricated in this way; it can be, for example, parts of the airfoil which protrude radially from the openings and which is made from wound fiber composite layers;
  • the end section can be a square component, manufactured together with the rest of the blade and thickened with respect to the blade, for example with its entire length, with which the blade initially sits loosely at the opening on the ring before the bending and fastening takes place. Subsequent processing operations of the plastic blade as well as a plastic housing ring (groove cutouts), which practically do not damage the composite structure, are thus advantageously eliminated (Fiber splicing) cannot be realized.
  • the invention can be used in a so-called “inner ringless” guide vane; with comparatively simple blade assembly or disassembly, use with a guide vane with an outer and inner ring is also possible and advantageous; the blades are first pushed through the openings of the outer ring, for example, so that they are anchored to the inner blade ends on the inner ring in the axial and circumferential directions; the inner leaf end can engage in prefabricated recesses or pockets of the inner ring; the inner end of the sheet can alternatively be prefabricated with at least one recess with which the end of the sheet engages in radially projecting projections, pins or knobs of the inner ring, so that the end of the sheet sits completely flush and tightly locally on the inner ring.
  • the heating, bending already explained can then be carried out thereon and fixing the blade with the remaining end portion on the outer ring.
  • the invention for example according to FIGS. 1 to 3, can be used in the case of an axially flowable guide vane containing only one outer ring 1 or in the case of an axially flowable guide vane of an compressor stage of a gas turbine engine containing an outer and inner ring 1.10 (FIGS. 6 and 7) .
  • Outer and / or inner ring 1 or 10 can be held in a manner not shown axially and radially supported on outer or inner housing or stator structures;
  • the outer ring can also be part of the compressor housing.
  • the outer ring 1 (FIGS.
  • the end section 3 is prefabricated with a longitudinal slot 6 extending approximately in the longitudinal direction of the profile, through which the end section 3 is divided into at least two parts 4, 5 or "tabs"; Plates 8 can be integrated into the end section 3 produced during blade manufacture (FIG. 1), which support the deforming bend in the direction of arrow B by means of a deformation tool W which grips radially on the outside, centrally between the plates 8, or damage to the two parts 4, 5 should prevent.
  • the initially radially protruding parts 4, 5 of the end section 3 are heated and then — or thereafter — bent according to arrows B into the contour indicated by dashed lines against the surface of the outer ring 1.
  • the parts 4, 5 can be bent around beads 9 or bead-like thickenings, each prefabricated along the openings 7 on the outer ring 1; these beads 9 enable a softly rounded bending of the parts 4, 5 and create relatively large seating and adhesive surfaces even with small blade spacings.
  • a self-adhesive connection of the parts 4,5 bent against the outer ring 1 can be produced by local heat supply.
  • a suitable adhesive can be used as a connecting means, e.g. a metal-containing plastic cement adhesive can be used.
  • a fastening of the bent parts 4, 5 with the outer ring 1 or with one another and with the outer ring 1 can be provided along the lines L1, L2 by riveting or screwing or the like.
  • the end section 3 embodies a schematically and perspectively represented fastening concept using an end section 3 of a guide vane 2 which is thickened in each case compared to the other airfoil profiling;
  • the end section 3 can have a square or rectangular cross section along its length; there is a straight extension of the end section 3 and the longitudinal slot 6 relative to the blade curvature and relative to the opening 7; in the starting contour shown with solid lines, the end section is at least partially seated at the opening 7 on the outer ring 1;
  • the end section 3 (FIG. 3) advantageously defines an exactly pre-positioned installation position of the guide vane 2.
  • FIG. 4 embodies a mutual overlap of the parts 4,5 or bent opposite each other by the longitudinal slot 6 from the longitudinal slot 6, which is relatively large and distributed over the ring circumference "Rag”.
  • each guide vane 2 is precisely positioned on both sides before the deforming bending process of the parts 4, 5 of the end section 3.
  • the guide vane 2 can have a recess 13 on the side of its leaf profile facing away from the opening 7 (FIG. 6) in the outer ring 1, with which the vane 2 can be inserted into a corresponding projection 14 or pin or web or the like engages, which is arranged on the inner ring 10 radially projecting.
  • Fig. 6 more clearly compared to Fig. 1, the radially outer tool W with its two wedge surfaces W1, W2, the common tip for the bend in direction B increasingly deeper (arrow R) can be moved into the gap between the two sheet metal plates 8.
  • the first tool W can be replaced by a tool that actually works for the local attachment to the ring 1 required contouring is more clearly coordinated.
  • the supply of heat required for the bending of the parts 4, 5 and / or their fixing gluing can be generated, for example, by induction coils or electrical resistance heating spirals; in such or a comparable manner, however, the tool W itself and / or the plates 8 can also be heated or designed as a radiator.
  • the required local heating of components 4, 5 and / or 1 can also be generated by hair dryer-type hot air generators, with which e.g. at the same time differently directed hot air flows are caused.
  • the component heating required for the deforming bend and / or for the gluing can take place in a chamber in a vacuum or under pressure.
  • a chamber could consist of two shell-like or box-like complementary half-parts, which, with a portion of the outer ring 1 and the end portions 4, 5, are placed over the ring portion on both sides and then hermetically sealed along their outer edges.
  • FIG. 6 that is to say in the case of an axial guide vane with an outer and inner ring 1, 10, it would be conceivable to equip the inner ring 10 with the blade filling openings 7 and the guide blades 2, in the sense of FIGS. 1 to 6, on the outside
  • the remaining fastening alternatives 11, 12 (FIG. 6) or 13, 14 (FIG. 7) then being applicable analogously with respect to the outer ring 1.

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Claims (23)

  1. Procédé de réalisation d'un aubage directeur pour des turbomachines, notamment pour l'aubage directeur à construction annulaire d'un compresseur axial comportant des aubes directrices (2) en matière plastique renforcée par des fibres, qui sont placées dans des ouvertures (7) réparties à la périphérie d'une couronne (1) et sont reliées à la couronne (1) par l'extrémité de chaque aube, caractérisé en ce que les aubes directrices (2) sont fabriquées chaque fois avec un segment d'extrémité (3) dirigé dans la direction longitudinale du profil, et qui après mise en place des aubes directrices (2) dans les ouvertures (7) est chauffé pour être replié contre la surface de la couronne et être relié à cette couronne (1).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins deux parties (4, 5) du segment d'extrémité (4), après introduction de l'aube dans l'ouverture (7), sont repliées dans la direction périphérique, dans des directions opposées contre la surface extérieure de la couronne.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque aube directrice (2) est munie, avant sa mise en place dans l'ouverture (7) de la couronne (1), d'un segment d'extrémité (3) décomposé en au moins deux parties (4, 5) par une fente longitudinale (6).
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les aubes directrices (2) sont réalisées avec un insert en tôle (8) en deux parties dans la fente longitudinale (6) du segment d'extrémité (3), et qui est enlevé avant le repliage ou est utilisé comme auxiliaire protecteur.
  5. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le segment d'extrémité (3) est réalisé avec des dimensions plus grandes que celles des ouvertures (7) réalisées dans la couronne (1) de façon que les aubes directrices (2) correspondantes s'appuient au moins partiellement par le segment d'extrémité au niveau de l'ouverture (7) contre la couronne.
  6. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couronne (1) est réalisée avec des renforcements (9) en forme de bourrelets de part et d'autre d'une ouverture (7) et les parties (4, 5) du segment d'aube respectif (3) sont recourbées dans la direction périphérique, chaque fois dans l'une ou l'autre des deux directions opposées.
  7. Procédé selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les parties respectives (4, 5) des segments d'extrémité (3) sont recourbées pour les aubes directrices (2) voisines dans la direction périphérique, de façon à se chevaucher et d'être reliées entre elles et avec la couronne (1).
  8. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque fois plusieurs parties (4, 5) séparées l'une de l'autre par une fente longitudinale (6) d'un segment d'extrémité (3), radialement en saillie, en forme de peigne par rapport à chaque ouverture (7), sont repliées les unes à la suite des autres dans des directions opposées, avec recouvrement simultané de la fente et de l'ouverture.
  9. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins deux parties (4, 5) d'un segment d'extrémité (3) sont réalisées avant leur mise en place dans les ouvertures (7), sous la forme de segments d'aube ou de parties d'enveloppe terminés.
  10. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'aubage directeur se compose de deux couronnes coaxiales (10, 11) de même forme, distantes radialement, dont l'une, par exemple la couronne intérieure (10), est réalisée avec des saillies (14) ou des cavités (12) réparties régulièrement à la périphérie et au niveau desquelles sont accrochées les extrémités par ailleurs libres des aubes directrices (2) engagées par exemple à travers la couronne extérieure (1).
  11. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'au moins une couronne (1) comportant les ouvertures (7) est en matière plastique renforcée par des fibres.
  12. Procédé selon la revendication 1 ou 11, caractérisé en ce que les aubes directrices (2) et au moins une couronne (1) de l'aubage directeur sont fabriquées à partir d'une matrice en matière plastique contenant des fibres de carbone ou de verre ou de matière céramique et de fibres notamment d'un polyimide aromatique (Kevlar R) ou de combinaisons de tels types de fibres.
  13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la matrice de résine synthétique est une matière thermodurcissable ou une matière synthétique thermoplastique ou une résine de polyimide ou une résine époxy.
  14. Procédé selon la revendication 1 ou 7 ou 11, caractérisé en ce qu'un segment d'extrémité (3) ou des parties (4, 5) de celui-ci sont repliées avec apport local de chaleur et sont reliées à la couronne (1) ou entre elles ou avec une couronne (1) par une colle ou de manière autocollante par apport de chaleur.
  15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'un segment d'extrémité (3) ou des parties (4, 5) de celui-ci sont repliées avec chauffage local et sont reliées directement ou suivant une disposition à chevauchement avec la couronne (1) comportant les ouvertures (7), par des vis ou des rivets ou des goujons.
  16. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le segment d'extrémité (3) ou des parties (4, 5) de celui-ci sont reliées, après repliage, par des goujons ou des rivets ou des liaisons à vis avec la couronne (1) comportant les ouvertures (7).
  17. Procédé selon une ou plusieurs des revendications 1 à 11 jusqu'à 14, caractérisé en ce que différentes aubes ou groupes d'aubes sont détachés de la couronne (1) correspondante par chauffage de la liaison collée.
  18. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce qu'un outil de formage (W) susceptible d'être chauffé, ayant un segment se terminant par une pointe en forme de coin (W1, W2) pour la partie de guidage chargée en pression, et avec son extrémité pointue, pour assurer le repliage dans des directions opposées contre la couronne, est placé dans la fente longitudinale ouverte (6) ou entre deux plaques de l'insert de tôle en deux parties (8) du segment d'extrémité de l'aube.
  19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'outil de formage est équipé d'un dispositif de chauffage électrique.
  20. Dispositif selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce que les plaques (8) intégrées dans la fente (6) d'un segment d'extrémité (3) d'une aube directrice (2) font partie d'un dispositif de chauffage électrique par induction.
  21. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé par une installation de chauffage à air chaud du type sèche-cheveux pour chauffer au moins un segment d'extrémité d'aube directrice (3) et/ou pour l'outil de formage ou de repliage.
  22. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 14 ou 17, caractérisé en ce que le chauffage se fait dans une enceinte chauffée sous vide ou en pression.
  23. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé par une chambre de pression pour le chauffage.
EP93120255A 1992-12-18 1993-12-16 Procédé pour la construction d'une rangée d'aubes statoriques, en particulier pour un compresseur axial Expired - Lifetime EP0602631B1 (fr)

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DE4242851 1992-12-18

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EP0602631A1 EP0602631A1 (fr) 1994-06-22
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