PL199566B1 - Łopatka wentylatora turbiny do silnika turbogazowego - Google Patents

Abstract

Lopatka (10) wentylatora do silnika turboga- zowego, zawiera cz esc profilow a (14) maj ac a wn ek e (34) usytuowan a na powierzchni t locz a- cej (16) i kraw ed z (34a) rozci agaj ac a si e wzd lu z obrze za (16a) powierzchni t locz acej (16) i wo- kó l kraw edzi natarcia (24) i sp lywu (26), stop- ki (20) i ko ncówki (22). Wn eka (34) ma wg le- bienia (34b) oddzielone odpowiednimi ze- brami (36) i zawiera wype lnienie (38) spojone z wg lebieniami (34b), a zebra (36) s a zatopione w wype lnieniu tworz acym cz esc zewn etrzn a po- wierzchni t locz acej cz esci profilowej (14) ci ag l a z obrze zem (16a). Wn eka (34) ma tak ze pó l- k e (34c) wokó l kraw edzi (34a) lacz ac a si e z obrze zem (16a) powierzchni t locz acej (16). Pó lka (34c) jest nachylona od obrze za (16a) do wewn atrz wn eki (34). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest łopatka wentylatora turbiny do silnika turbogazowego, a zwłaszcza łopatka wentylatora o szerokiej cięciwie.

Wentylator silnika turbogazowego zawiera rząd łopatek wentylatora napędzanych przez turbinę niskociśnieniową (LPT). Powietrze wchodzi początkowo do silnika przez wentylator, a jego wewnętrzna część wchodzi do kompresora, który spręża powietrze do mieszania go z paliwem w komorze spalania, z zapalaniem mieszaniny do wytworzenia gorących gazów spalinowych, które przepływają dalej przez turbinę wysokociśnieniową (HTP) odzyskująca energię do napędzania sprężarki.

Gazy spalinowe następnie przepływają przez turbinę niskociśnieniową, która odbiera z nich dodatkową energię do napędzania wentylatora. Pozostała zewnętrzna część powietrza przepływającego przez wentylator jest odprowadzana z silnika do wytwarzania ciągu napędzającego samolot podczas lotu.

Łopatka wentylatora ma wczep płetwiasty na swoim wewnętrznym końcu, który jest zamocowany w uzupełniającej płetwiastej szczelinie w obrzeżu wieńca wirnika. Część profilowa jest przymocowana do wczepu płetwiastego za pomocą konstrukcyjnego trzonu. Płyty mogą być ukształtowane integralnie z łopatką lub być dołączone jako odrębny element w pobliżu łopatek dla zapewnienia ograniczenia promieniowo od wewnątrz toru przepływu powietrza przez wentylator, przy czym płyty są usytuowane promieniowo na górze trzonu przy promieniowo wewnętrznej części stopki części profilowej.

Część profilowa rozciąga się promieniowo na zewnątrz do przeciwległej końcówki i ma krawędź przednią lub natarcia i osiowo przeciwległą krawędź tylną lub spływu, które wspólnie tworzą obrzeże części profilowej. Część profilowa ma ogólnie wklęsłą powierzchnię tłoczącą i przeciwległą na obwodzie, ogólnie wypukłą powierzchnię tłoczącą. Część profilowa ma rozpiętość lub wzdłużną oś rozciągającą się w kierunku promieniowym od linii środkowej tarczy wirnika, do której jest ona przymocowana, i różne cięciwy rozciągające się osiowo pomiędzy krawędziami natarcia i spływu. Część profilowa zwykle jest skręcona od stopki do końcówki, co maksymalizuje jej właściwości aerodynamiczne.

Łopatka wentylatora o szerokiej cięciwie ma stosunkowo mały stosunek ustawienia, który jest stosunkiem jej rozpiętości do cięciwy, i jest stosunkowo ciężka, kiedy jest ukształtowana jako lita część metalowa. Zmniejszenie ciężaru uzyskuje się zwykle poprzez zastosowanie wysokowytrzymałych stopów metali, takich jak zawierające tytan. Jednak, w związku ze zwiększaniem silników, odpowiednio łopatki wentylatorów także mają zwiększony wymiar i jest trudne osiągnięcie odpowiedniej ich trwałości przy wysokich obciążeniach odśrodkowych wytwarzanych podczas pracy.

Znane są rozwiązania, w których łopatka wentylatora jest zaprojektowana jako całkowicie kompozytowa w celu zmniejszenia ciężaru, przy zapewnieniu dopuszczalnych osiągów silnika turbogazowego. Typowa łopatka kompozytowa ma kilka warstw z włókien konstrukcyjnych, takich jak grafit, zatopionych w odpowiedniej osnowie, takiej jak żywica epoksydowa, w celu pogodzenia wytrzymałości łopatki i lekkości konstrukcji. Kompozytowe łopatki wymagają złożonego procesu wytwórczego i są drogie w produkcji.

Są znane łopatki złożone, które są głównie z metalu, takiego jak tytan, i mają, w celu zmniejszenia ich ciężaru, odpowiednie wnęki, które są wypełnione elastomerowym materiałem wypełnienia uzupełniającym ich zarys do odpowiedniego aerodynamicznego zarysu części profilowej. Wnęki są ograniczone odpowiednimi metalowymi żebrami, które stanowią konstrukcję metalową przechodząca na całej grubości części profilowej, w celu maksymalizowania sztywności i bezwładnościowego momentu zginającego części profilowej.

Z opisu patentowego US 6039542 znana jest ł opatka wentylatora do silnika turbogazowego, zawierająca część profilową mającą powierzchnie tłoczącą i ssącą, w której powierzchni tłoczącej jest ukształtowana wnęka mającą krawędź rozciągającą się wzdłuż obrzeża powierzchni tłoczącej i wokół krawędzi natarcia, spływu, stopki i końcówki. Wnęka ma wgłębienia oddzielone odpowiednimi żebrami i zawiera wypełnienie spojone z wgłębieniami, a żebra są zatopione w wypełnieniu tworzącym część zewnętrzną powierzchni tłoczącej części profilowej ciągłą z obrzeżem. Wnęką zawiera półkę wokół krawędzi łączącą się z obrzeżem powierzchni tłoczącej.

Jednak, ta wnęka zmniejszająca ciężar nie zapewnia odpowiedniej konstrukcyjnej ciągłości części profilowej. Jej odsłonięte krawędzie stanowią nieciągłość konstrukcyjną w powierzchni części profilowej w sąsiedztwie wypełnienia. Występuje więc miejscowa koncentracja naprężeń podczas pracy.

Podczas pracy, łopatki wentylatora obracają się i są poddane odśrodkowym naprężeniom, które są przenoszone przez części metalowe części profilowej, włącznie z żebrami, a także ciężar własny

PL 199 566 B1 wypełnienia jest przenoszony przez metalową część części profilowej. Część profilowa jest narażona na zginanie wibracyjne i skręcanie, które z kolei zwiększa obciążenia i powstające naprężenia przenoszone przez metalową część profilową, włącznie z żebrami. A ponadto, łopatka wentylatora jest narażona na zniszczenie obcymi przedmiotami (FOD), z powodu uderzeń ptaków, na przykład. Łopatka uderzana przez ptaki doznaje dodatkowego obciążenia udarowego, które dodatkowo zwiększa naprężenia w metalowej części profilowej i w żebrach.

W celu zapewnienia mocnego spojenia pomię dzy wypeł nieniem i znajdują cym się pod nim metalem części profilowej, we wnęce może być nałożona warstwa podkładowa przed wypełnieniem. Kiedy wypełnienie jest utwardzone i spojone z metalową częścią profilową, jego zewnętrzna powierzchnia jest bezpośrednio odsłonięta na działanie powietrza i jest wyrównana z pozostałym obrzeżem części profilowej tworząc ukształtowaną odpowiednio aerodynamicznie powierzchnię części profilowej.

Jednak, znajdująca się pod spodem warstwa podkładowa jest odsłonięta wzdłuż krawędzi przejściowej, pomiędzy wypełnieniem i metalowym obrzeżem i jest dlatego poddana niszczeniu z powodu zanieczyszczenia, chemicznego rozpuszczania i mechanicznych uszkodzeń.

Niszczenie warstwy podkładowej może prowadzić do oddzielenia wypełnienia od części profilowej i odpowiednio zmniejszenia trwałości łopatki wentylatora.

Dlatego jest wymagane zapewnienie złożonej łopatki wentylatora mającej zmniejszoną koncentrację naprężeń i zmniejszone odsłonięcie powierzchni przejściowej wypełniacz-metal.

Według wynalazku, łopatka wentylatora do silnika turbogazowego, zawierająca część profilową mającą sprężające i kierujące powietrze powierzchnie tłoczącą i ssącą rozciągające się promieniowo od stopki do końcówki i osiowo od krawędzi natarcia do krawędzi spływu, i posiadająca wnękę usytuowaną na powierzchni tłoczącej i mającą krawędź rozciągającą się wzdłuż obrzeża powierzchni tłoczącej i wokół krawędzi natarcia i spływu, stopki i końcówki, przy czym wnęka ma wgłębienia oddzielone odpowiednimi żebrami i zawiera wypełnienie spojone z wgłębieniami, a żebra są zatopione w wypełnieniu tworzącym część zewnętrzną powierzchni tłoczącej części profilowej ciągłą z obrzeżem, a ponadto wnęka zawiera półkę wokół krawędzi łączącą się z obrzeżem powierzchni tłoczącej, charakteryzuje się tym, że półka jest nachylona od obrzeża do wewnątrz wnęki.

Korzystnie, żebra są wypukłe w przekroju poprzecznym, a korzystniej mają nachylone boki łączące się z wgłębieniami.

Żebra mogą być zatopione w wypełnieniu na głębokości w zakresie około 0,5-2,5 mm.

Półka może być nachylona do zatopionych żeber i wzdłuż sąsiadujących wgłębień.

Półka jest ciągła wokół krawędzi wnęki i obrzeża.

Półka ma nachylenie różniące się od nachylenia wgłębień.

Wypełnienie może być wyrównane z obrzeżem tworząc ciągłą powierzchnię wystawioną na działanie powietrza przez nią kierowane.

Zatopione i nachylone żebra zapewniają zasadnicze polepszenie integralności konstrukcji łopatki wentylatora ujawnionej powyżej, umożliwiając znaczne zmniejszenie ciężaru przy utrzymaniu wytrzymałości części profilowej. Jest znacznie zmniejszona koncentracja naprężeń w związku z ich łukowym zarysem, a nachylone powierzchnie przejściowe pomiędzy wnęką i obrzeżem dodatkowo zmniejszają koncentrację naprężeń i zwiększają integralność konstrukcji części profilowej. Wypełnienie spojone z wnęką z wieloma wgłębieniami ma ciągłą powierzchnię wystawioną na działanie powietrza, która stanowi główna część powierzchni tłoczącej części profilowej i która jest wyrównana z otaczającym ją obrzeżem stanowiącym pozostałą część powierzchni aerodynamicznej. Odsłonięta warstwa podkładowa jest ograniczona jedynie do krawędzi wnęki i zasadniczo zmniejsza miejsca, w których warstwa podkładowa mogłaby być uszkodzona.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia łopatkę wentylatora w widoku z boku, fig. 2 - łopatkę z fig. 1 w przekroju na środku rozpiętości łopatki, ogólnie wzdłuż linii 2-2, fig. 3 - powiększony widok fragmentu przekroju poprzecznego z fig. 2, oznaczonego na fig. 2 okrę giem 3, fig. 4 - powiększony widok fragmentu przekroju poprzecznego z fig. 2, oznaczonego na fig. 2 okręgiem 4.

Na fig. 1 jest przedstawiona przykładowa łopatka 10 wirnika wentylatora silnika turbogazowego, zamontowana do tarczy 12 wirnika, pokazanej tylko częściowo. Według wynalazku, łopatka 10 jest ukształtowana jako łopatka złożona i zawiera metalową część profilową 14 mająca powierzchnię tłocząca 16, która ogólnie jest wklęsła i mającą przeciwległą na obwodzie powierzchnię ssącą 18, która jest ogólnie wypukła. Powierzchnie tłocząca 16 i ssąca 18 rozciągają się promieniowo wzdłuż rozpiętości części profilowej 14 pomiędzy stopką 20 i przeciwległą promieniowo zewnętrzną końcówką 22.

PL 199 566 B1

Powierzchnie tłocząca 35 i ssąca 18 rozciągają się osiowo wzdłuż cięciwy części profilowej 14 pomiędzy krawędzią natarcia 24 i krawędzią spływu 26. Powietrze 28 z otoczenia przepływa po dwóch powierzchniach części profilowej 14 od krawędzi natarcia 24 do krawędzi spływu 26 podczas działania i jest sprężane za pomocą części profilowej 14 w typowy sposób wytwarzając ciąg napędowy do napędzania samolotu podczas lotu.

Chociaż część profilowa 14 może być integralnie lub bezpośrednio zamontowana na tarczy 12 wirnika, stanowiąc jednoczęściowy zespół, w przykładzie przedstawionym na fig. 1 każda część profilowa 14 jest rozłącznie zamocowana do tarczy 12 w typowy sposób. Na przykład, łopatka 10 dodatkowo zawiera metalowy trzon 30 połączony integralnie ze stopką 20 części profilowej 14 w celu zamontowania łopatki 10 do tarczy 12 wirnika. Jest to realizowane za pomocą typowego metalowego wczepu płetwiastego 32 połączonego integralnie z trzonem 30 i umieszczanego w uzupełniającej szczelinie płetwiastej 12a w tarczy 12 wirnika. Część profilowa 14, trzon 30, wczep płetwiasty 32 mogą być ukształtowane początkowo jako jedna część lub jedna konstrukcja metalowa jako odkuwka. Odpowiednim metalem na łopatkę 10 wentylatora jest na przykład tytan.

Wczep płetwiasty 32 jest zwykle osiowo wprowadzanym wczepem płetwiastym, który jest utwierdzony w uzupełniającej szczelinie płetwiastej 12a w obrzeżu tarczy 12 wirnika. Trzon 30 zapewnia konstrukcyjne przejście z wczepu płetwiastego 32 na aerodynamiczną część profilową 14 i zwykle nie stanowi członu aerodynamicznego. Trzon 30 jest zwykle osłonięty od przepływu powietrza przez odpowiednie płyty ograniczające przepływ (nie pokazane) usytuowane przy stopce 20 albo integralne z nią albo oddzielnie zamontowane pomi ę dzy stopkami ł opatek w znany sposób.

Według obecnego wynalazku, część profilowa 14 zawiera wnękę 34, korzystnie usytuowaną jedynie w jej powierzchni tłoczącej 16, przy czym wnęka 34 ma czworoboczną krawędź 34a rozciągającą się wzdłuż obramowania 16a powierzchni tłoczącej 16 części profilowej 14, wokół krawędzi natarcia 24 i spływu 26, stopki 20 i końcówki 22.

Wnęka 34 zawiera wiele wgłębień 34b oddzielonych od siebie za pomocą metalowych żeber 36. W przykładzie wykonania z fig. 1, żebra 36 usytuowane wzdłu ż cięciwy i promieniowe przecinają się ze sobą tworząc pięć przykładowych wgłębień 34b we wnęce 34.

Cała wnęka 34 z wgłębieniami 34b zawiera elastomerowe wypełnienie 38 odpowiednio z nią spojone, a żebra 36 są zagłębione lub zatopione w wypełnieniu poniżej jego górnej powierzchni.

Podstawa części profilowej 14 przedstawionej na fig. 1 jest metalowa, co zapewnia konstrukcyjną integralność przy przenoszeniu obciążeń aerodynamicznych, odśrodkowych i wibracyjnych podczas pracy przy obrocie łopatki wentylatora i wytwarzaniu ciągu napędowego od sprężanego powietrza 28. Wnęka 34 zawierająca wgłębienia 34b zapewnia znaczne zmniejszenie całkowitego ciężaru części profilowej 14 i zmniejsza obciążenia odśrodkowo generowane podczas działania. Wypełnienie 38 jest stosunkowo lekkie i może być w dowolnej odpowiedniej formie, jak guma elastomerowa lub poliuretanowa, która wypełnia wnękę 34 zapewniając ciągłą powierzchnię na powierzchni tłoczącej 16, która jest wystawiona na przepływ powietrza 28 do jego sprężania.

Figura 2 przedstawia przykładowy przekrój promieniowy przez część profilową 14 przedstawioną na fig. 1, przy czym metalowa część profilowa 14 i łopatka 10 mają ciągłą powierzchnię od krawędzi natarcia 24 do krawędzi spływu 26, jak również ciągłą powierzchnie od wczepu płetwiastego 32 do końcówki 22, pokazanych na fig. 1, jak pokazano na fig. 2, krawędzie natarcia 24 i spływu są stosunkowo cienkie i ostre w celu maksymalizowania wydajności aerodynamicznej i są całkowicie metalowe pomiędzy powierzchnią ssącą 18 i obrzeżem 16a powierzchni tłoczącej 16, co zapewnia utrzymanie konstrukcyjnej integralności części profilowej 14 przy ukształtowanej wnęce 34 obejmującej kilka wgłębień.

Wgłębienia 34b są otoczone wokół ich obrzeży poprzez odpowiednie żebra 36 i odpowiednie części obrzeża 16a powierzchni tłoczącej 16. Ogólny zarys części profilowej 14 przedstawionej na fig. 2, utworzony pomiędzy dwiema przeciwległymi powierzchniami, jest zarysem aerodynamicznym odpowiednio ukształtowanym do maksymalizowania wydajności sprężania powietrza podczas działania. Metalowa część profilowa 14 jest stosunkowo cienka w poszczególnych wgłębieniach 34b, co minimalizuje ciężar części profilowej 14 przy utrzymaniu toru obciążenia na ciągłej konstrukcji w całej części profilowej 14 i utrzymaniu konstrukcyjnej integralności.

Wypełnienie 38 jest wprowadzone do wgłębień 34b dla zastąpienia objętości metalu straconego poprzez kształtowanie wgłębień 34b i przywrócenia wymaganego aerodynamicznego profilu, łącznie z wypeł nieniem 38, na powierzchni tł oczą cej 16. W ten sposób, powierzchnia tł oczą ca 16 jest czę ściowo ukształtowana przez obrzeże 16a bezpośrednio odsłonięte na powietrze z otoczenia, oraz

PL 199 566 B1 w pozostałej części przez zewnę trzną powierzchnię wypełnienia 38. Przykryta część powierzchni tłoczącej 16 części profilowej 14 poniżej wypełnienia 38 zawiera rozmieszczone wgłębienia 34b i żebra 36.

Figura 3 przedstawia bardziej szczegółowo przykładowe jedno z żeber 36 i leżące nad nim wypełnienie 38, wystawione na działanie powietrza z otoczenia. Jak wskazano powyżej, wypełnienie 38 może być dowolnym materiałem, korzystnie elastomerowym tłumiącym sprężyste naprężenia podczas działania przy obciążeniu części profilowej 14 podczas pracy. Elastomerowe wypełnienie 38, takie jak poliuretan, jest korzystnie spojone z warstwą podkładową 40, który pokrywa najpierw wnękę 38 z jej wgłębieniami 34b i żebrami 36. Odpowiednią warstwą podkładową 40 jest TyPly BN, dostępny z Lord Corporation, Erie, Pensylvania.

Jak pokazano na fig. 4, wypełnienie 30 jest korzystnie wyrównane z obrzeżem 16a części profilowej 14 i tworzy z nim ciągłą aerodynamiczną powierzchnię wystawioną na działanie powietrza, które na nią jest kierowane. Wypełnienie 38 jest połączone z obrzeżem 16a wokół pełnej całej krawędzi 34a wnęki 34, która bezpośrednio odsłania na działanie powietrza spodnią warstwę podkładową 40.

Według obecnego wynalazku, żebra 38 przedstawione na fig. 1-3 są zatopione w wypełnieniu 38 i nie tworzą dodatkowych miejsc, gdzie warstwa podkładowa 40 mogłaby być odsłonięta na powierzchni części profilowej 14. Odsłonięcie warstwy podkładowej 40 jest więc ograniczone do krawędzi 34a wnęki 34 przedstawionej na fig. 1, mającej żebra 36 zanurzone w wypełnieniu 38. W ten sposób, krawędzie wypełnienia 38 są ograniczone do zakresu, który limituje dostępne miejsca wypełnienia 38 podlegające degradacji w czasie pracy łopatki 10.

Jednak, żebra 36 zanurzone w wypełnieniu 38, poniżej profilu aerodynamicznego przez niego utworzonego, odpowiednio zmniejszają zginający moment bezwładności metalowej części profilowej 14 i odpowiednio wytrzymał ość.

W korzystnym przykładzie wykonania, ż ebra 36 są zanurzone w wypełnieniu 38 w ograniczonym zakresie, przy pozostawieniu stosunkowo cienkiego pasma wypełnienia 38 bezpośrednio na górze żebra 36, korzystnie około 0,5-2,5 mm, jak przedstawiono na fig. 3. W ten sposób, ciągła powierzchnia wypełnienia 38 jest wystawiona na działanie powietrza i tworzy główną część powierzchni tłoczącej 16 części profilowej 14, która jest wyrównana z obrzeżem 16a, jak pokazano na fig. 1.

Jednak, ponieważ żebra 36 są integralne z częścią profilową 14, zapewniona jest konstrukcyjna integralność części profilowej 14 i przenoszenie znacznych obciążeń podczas pracy. Żebra stosowane we wcześniejszych rozwiązaniach łopatki złożonej były odsłonięte na powierzchni części profilowej w celu utrzymania wytrzymałości i dlatego, dodatkowo była odsłonięta warstwa podkładowa na działanie środowiska. Te wcześniejsze żebra zwykle mają równoległe boki i odpowiednie ostre naroża, co wywołuje znaczną koncentrację naprężeń i miejscowy wzrost naprężeń podczas pracy.

W celu zmniejszenia koncentracji naprężeń , każde z żeber 36 ma łukowy boczny przekrój lub zarys, jak przedstawiono na fig. 3. Żebro 36 jest ogólnie wypukłe lub zaokrąglone na zewnątrz, bez ostrych naroży.

Każde żebro 36 jest ogólnie symetryczne w przekroju poprzecznym lub bocznym i ma przeciwległe boki, które są nachylone pod kątem A względem poziomej lub ogólnie płaskiej powierzchni wypełnienia 38. Boki żeber 36 są nachylone łagodnie względem płaskiej powierzchni spodniej sąsiadujących wgłębień 34b, z łagodnym przejściem.

Zarys każdego żebra 36 jest nachylony z kilku powodów. Przede wszystkim, żebra 36 są ukształtowane do oddzielania poszczególnych wgłębień 34b przy utrzymaniu integralności konstrukcji części profilowej 14. Gdyby kąt nachylenia A boków żebra 36 był zbyt mały, objętość sąsiednich wgłębień 34b byłaby odpowiednio mała i zmniejszenie ciężaru byłoby ograniczone. Gdyby kąt nachylenia A boków ż ebra 36 był zbyt duży, odpowiednie naprężenia na przejś ciu pomię dzy żebrami i wypełnieniem byłyby zwiększone. Kąty nachylenia boków mogą być równe lub nierówne, jak to jest konieczne w celu minimalizowania napręże ń przejściowych i ciężaru części profilowej 14.

Ponadto, żebra 36 są zatopione poniżej powierzchni zewnętrznej wypełnienia 38 w celu utrzymania ciągłości wypełnienia 38 jako aerodynamicznej powierzchni, a to zatopienie żeber 36 odpowiednio zmniejsza zginający moment bezwładności części profilowej 14 i może zwiększać w niej naprężenia.

Odpowiednio, wierzchołki żeber 36 są poddane wysokim naprężeniom podczas pracy, które są zmniejszone zgodnie z wynalazkiem poprzez ich zaokrąglenie odpowiednim promieniem w celu wyeliminowania ostrych naroży.

Jak wskazano powyżej, żebra 36 są zatopione poniżej powierzchni zewnętrznej wypełnienia 38 w stosunkowo małym zakresie około 0,5-2,5 mm w celu maksymalizowania wytrzymałości części pro6

PL 199 566 B1 filowej 14, przy utrzymaniu odpowiedniej wytrzymałości i ciągłości wiązadeł spojonych z wierzchołkami żeber 36.

Ponieważ żebra 36 przedstawione na fig. 1 są zatopione w wypełnieniu 38, tylko wnęka 34 jest widoczna na powierzchni części profilowej 14 i ma ciągłe obrzeże 34a. Poszczególne wgłębienia 34b wnęki 34 są zatopione i przykryte po wypełnieniu ich materiałem wypełnienia 38.

Jak wskazano powyżej, fig. 1 i 2 przedstawiają łopatkę wentylatora 10 z częścią profilową 14 o zarysie, który jest stosunkowo cienki od krawędzi natarcia 24 do krawędzi spływu 26. Krawędzie natarcia 24 i spływu 26 jako takie są cienkie i ostre i są ukształtowane tylko z metalu podstawowego w celu nadania im wysokiej wytrzymałości. Metalowe obrzeże 16a części profilowej 14 rozciąga się do wewnątrz od krawędzi natarcia 24 i spływu 26 nadając wytrzymałość krawędzi części profilowej 14 przed przejściem w sąsiadujące wgłębienia 34b wnęki 34.

Pokazane na fig. 1 żebra 36 są usytuowane tak, że zapewniają wymaganą integralność konstrukcyjną części profilowej 14 do wytrzymywania typowych obciążeń wywieranych podczas pracy, które są przenoszone promieniowo, osiowo i stycznie. Obciążenia wywierane na łopatkę 10 wentylatora podczas pracy mogą także być spowodowane przez niszczące działanie obcych przedmiotów (FOD), takich jak uderzenia ptaków, typowe dla krawędzi natarcia 26 części profilowej 14.

W celu dalszego wzrostu strukturalnej integralności części profilowej 14 mającej wnękę 34 zmniejszająca jej ciężar, wnęka 34, jak przedstawiono na fig. 1, korzystnie zawiera zatopioną półkę 34c, która rozciąga się wokół krawędzi 34a wnęki 34 ograniczającej wnękę 34 od metalowego obrzeża 16a.

Widok przekroju półki 34c w korzystnym przykładzie wykonania jest przedstawiony na fig. 4. Półka 34c jest korzystnie nachylona pod kątem nachylenia B względem powierzchni obrzeża 16a części profilowej 14 do wewnątrz wnęki 34. W ten sposób, półka 34c zapewnia przedłużone nachylenie od krawędzi 34a wnęki 34 i zapewnia łagodne przejście pomiędzy obrzeżem 16a części profilowej 14 do odpowiedniej wnęki 34b, w której grubość części profilowej 14 jest zmniejszona.

W ten sposób, stosunkowo ostre naro ża lub załamania metalu są zmniejszone lub wyeliminowane odpowiednio zmniejszając koncentracje naprężeń na połączeniu wypełnienia 38 i metalowego obrzeża 16a. Różne naprężenia wytwarzane podczas działania łopatki 10 wentylatora, włącznie z obciążeniami od uderzeń ptaków, są dlatego bardziej efektywnie przenoszone przez metalową części profilowej 14 pomiędzy krawędziami natarcia 24 i spływu i od stopki 20 do końcówki bez przedłużania koncentracji naprężeń wokół krawędzi 34a wnęki 34 lub wokół obrzeży wgłębień 34b lub wzdłuż poszczególnych żeber 36.

Jak przedstawiono na fig. 1, półka 34c jest nachylona do wewnątrz od krawędzi 34a wnęki 34 wzdłuż wgłębień 34b, jak również wzdłuż żeber 36 dochodzących do krawędzi 34a wnęki 34.

W ten sposób, pół ka 34c jest usytuowana cią gle wokół krawę dzi 34a wnę ki 34 i obrzeż a 16a zapewniając łagodne przejście od obrzeża 16a do odpowiednich wgłębień 34b i żeber 36.

Na fig. 4 jest pokazane, że półka 34c ma kąt nachylenia B korzystnie różny od kąta nachylenia C sąsiadujących wgłębień 34b w miejscu ich przecięcia. Kąt nachylenia B półki 34c jest korzystnie mniejszy niż kąt nachylenia C wgłębienia 34b w miejscu ich przecięcia, co zapewnia wyraźną, ogólnie płaską półkę 34c wokół całej krawędzi 34a wnęki 34 i sąsiadującego obrzeża 16a.

Ukształtowanie półki 34c dlatego zapewnia płaskie przykrycie wgłębień 34 i żeber 36 przy obrzeżu 16a, co zmniejsza koncentrację naprężeń. W celu dokładnego jej wykonania, półka 34c jest łatwo kształtowana za pomocą sterowanej komputerowo obróbki.

Jak pokazano na fig. 3 i 4, kąt nachylenia A żebra 36 jest także korzystnie inny niż kąt nachylenia B półki 34c, przy czym żebro 36 jest nachylone pod większym kątem niż półka 34c. Nachylenia żeber 36 i półki 34c spełniają inne funkcje i mają odpowiednio inne wartości. Mały kąt nachylenia B półki 34c ma na celu polepszenie konstrukcyjnej integralności części profilowej 14 i ciągłości toru obciążeń konstrukcyjnych pomiędzy krawędziami natarcia 24 i spływu 26, stopką 20 i końcówką 22 części profilowej 14. Większy kąt nachylenia A żebra ma za zadanie korzystnie maksymalizowanie objętości sąsiadujących wgłębień 34b zmniejszając ciężar łopatki 10 bez wytwarzania niedopuszczalnych dużych naprężeń na żebrach 36.

Jak pokazano na fig. 1, wszystkie żebra 36 są korzystnie zasadniczo jednakowo zatopione w wypeł nieniu 38, co zapewnia podobną grubość wią zadeł wypeł nienia 38 nad ż ebrami 36, jak pokazano na fig. 2.

Kąt nachylenia B półki 34c jest korzystnie mały i mniejszy lub równy około 20°, a korzystnie 15°. Kąt nachylenia C wgłębień 34b przy półce 34c jest nieco większy niż kąt nachylenia B półki 34c, w korzystnym przykł adzie na przykł ad o 2 do 7°.

PL 199 566 B1

Odpowiednio, kąt nachylenia A żeber 36, pokazany na fig. 3, jest korzystnie mniejszy lub równy około 60°, a korzystnie wynosi około 20°.

Chociaż w niniejszym opisano przykłady wykonania wynalazku uważane za korzystne, dla znawców są oczywiste inne modyfikacje wynalazku, które są objęte dołączonymi zastrzeżeniami, o ile są one zawarte w istocie i zakresie wynalazku.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Łopatka wentylatora do silnika turbogazowego, zawierająca część profilową mającą sprężające i kierujące powietrze powierzchnie tłoczącą i ssącą rozciągające się promieniowo od stopki do końcówki i osiowo od krawędzi natarcia do krawędzi spływu, i posiadająca wnękę usytuowaną na powierzchni tłoczącej i mającą krawędź rozciągającą się wzdłuż obrzeża powierzchni tłoczącej i wokół krawędzi natarcia i spływu, stopki i końcówki, przy czym wnęka ma wgłębienia oddzielone odpowiednimi żebrami i zawiera wypełnienie spojone z wgłębieniami, a żebra są zatopione w wypełnieniu tworzącym część zewnętrzną powierzchni tłoczącej części profilowej ciągłą z obrzeżem, a ponadto wnęka zawiera półkę wokół krawędzi łączącą się z obrzeżem powierzchni tłoczącej, znamienna tym, że półka (34c) jest nachylona od obrzeża (16a) do wewnątrz wnęki (34).
2. 2. Łopatka według zastrz. 1, znamienna tym, że żebra (36) są wypukłe w przekroju poprzecznym.
3. 3. Łopatka według zastrz. 2, znamienna tym, że żebra (36) mają nachylone boki łączące się z wgłębieniami (34a).
4. 4. Łopatka według zastrz. 3, znamienna tym, że żebra (36) są zatopione w wypełnieniu (38) na głębokości w zakresie około 0,5-2,5 mm.
5. 5. Łopatka według zastrz. 1, znamienna tym, że półka (34c) jest nachylona do zatopionych żeber (36) i wzdłuż sąsiadujących wgłębień (34b).
6. 6. Łopatka według zastrz. 1, znamienna tym, że półka (34c) jest ciągła wokół krawędzi (34a) wnęki (34) i obrzeża (16a).
7. 7. Łopatka według zastrz. 5, znamienna tym, że półka (34c) ma nachylenie różniące się od nachylenia wgłębień (34b).
8. 8. Łopatka według zastrz. 1, znamienna tym, że wypełnienie (38) jest wyrównane z obrzeżem (16a) tworząc ciągłą powierzchnię wystawioną na działanie powietrza przez nią kierowane.