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DE2631856C2 - Verdichterschaufel mit Vorderkantenschutz - Google Patents

Verdichterschaufel mit Vorderkantenschutz

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Publication number
DE2631856C2
DE2631856C2 DE2631856A DE2631856A DE2631856C2 DE 2631856 C2 DE2631856 C2 DE 2631856C2 DE 2631856 A DE2631856 A DE 2631856A DE 2631856 A DE2631856 A DE 2631856A DE 2631856 C2 DE2631856 C2 DE 2631856C2
Authority
DE
Germany
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composite
compressor blade
blades
blade according
fibers
Prior art date
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DE2631856A
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Inventor
James William Cincinnati Ohio Brantley
Thomas Patrick Fairfield Ohio Irwin
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/282Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F04D29/324Blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2240/303Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the leading edge of a rotor blade
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

gen bzw. Verkleidungen aus verschiedenen Zusammensetzungen, die auf den Vorderkantenabschnitt oder auf die gesamte Oberfläche eines Propellers aufgebracht werden, verwendet, wie es auch in der eingangs genannten GB-PS 1040825 oder der FR-PS 2165 264 beschrieben ist
Ein besonders vielversprechendes System zum Schützen der Vorderkante von Verbundschaufeln ist in der US-PS 37 62 835 beschrieben, die sich auf einen Fremdkörperzerstörungsschutz für Kompressorschaufeln bezieht Dort wird bei einer Faserverbund-Kompressorschaufel eine unter der Oberfläche liegende Schicht aus Feindrahtnetz um die Vorderkante herum angeordnet Diese unter der Oberfläche liegende Schicht ist mit Nikkei überzogen und bildet einen Schutz gegen eine Aufprallbeschädigung durch große und kleine Fremdkörper, wie Steine und Sand. Wenn die unter der Oberfläche liegende Netz- bzw. Geflechtschicht durch ein nicht leitendes Klebmittel festgelegt wird, werden der Klebstoff in den Zwischenräumen des Netzes bzw. Geflechtes mit Silber beschichtet und das Nickel durch Atombindung mit den Knötchen des einen metallischen Streifen bildenden Netzes bzw. Geflechtes verbunden.
Es wurde jedoch festgestellt, daß in einigen Fällen, bei denen der Fremdkörper-Vorderkantenschutz einen derartigen, um die Vorderkante der Gebläseschaufel geschlungenen metallischen Streifen aufweist, dieser Schutz während des Aufprallens von mittelgroßen Vögeln verloren gehen kann infolge einer teilweisen Abblätterung bzw. Ablösung von den Schaufeln. Dies wiederum kann zu einer sekundären Triebwerksbeschädigung führen, wenn der Schutzstreifen durch das Triebwerk angesaugt wird. Zusätzlich kann eine Triebwerksunwucht bei hohen Drehzahlen eine weitere Beschädigung zur Folge haben.
Eine Betrachtung von Hochgeschwindigkeitsfilmen, die während eines solchen Aufprallvorgangs von einer sich drehenden, geschichteten Verbundgebläseschaufel aufgenommen wurden, verdeutlicht, daß nacheinander der Schutzstreifen an der Aufprallstelle bricht, ein starkes Biegen der Vorderkante rechtwinklig zur Schaufeltiefe auftritt und der gesamte Streifen an der Vorderkante nach Beendigung des Aufprallvorgangs verloren geht, und zwar infolge eines Abblätterns bzw. Lösens innerhalb der ersten wenigen Faserschichten (oder Einlagen) unterhalb des Schutzstreifens. Die äußersten Faserschichten lösen sich vom übrigen Teil der Schaufel unter Mitnahme des Vorderkantenstreifens, da diese Faserschichten nicht selbst die (nunmehr abgelöste) Vorderkante tragen können und nahe dem Schaufelfuß brechen. Daher geht der gesamte Vorderkantenstreifen verloren.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Verbundschaufel für Gasturbinentriebwerke mit einem verbesserten Vorderkantenschutz zu schaffen, der ohne ein Ablösen bzw. Abblättern von der Schaufel starken Aufprallbelastungen widerstehen kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahme gemäß dem kennzeichnenden Teil der Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindu"** *[*"* ·« den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Vorderschaufel ein geringes Gewicht und trotzdem eine hohe Festigkeit aufweist. Dabei sorgt die Verankerung des Vorderkantenschutzes an der neutralen Biegeachse dafür, daß der Schutz intakt bleibt, selbst wenn die äußeren Schichten der Verbundstruktur sich ablösen oder abblättern sollten. Ferner nehmen die der Matrix eingebetteten Fasern durch ihre radiale Ausrichtung in der Nähe der neutralen Biegeachse die zentrifugalen Belastungen auf, während sie bei durch Aufprall bedingte starke Biegebeanspruchung einen minimalen Zug erfahren. Dagegen sind die Fasern an der äußeren Schaufeloberfläche und unterhalb des Vorderkantenschutzes nicht radial angeordnet, um der Schaufel die erforderliche Steifigkeit zu geben, ohne sie einer so starken Biegebeanspruchung auszusetzen, wenn die Fasern radial ausgerichtet wären.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt
Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht eine Gasturbinentriebwerk-Verdichterschaufel gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
F i g. 2 in einem vergrößerten Teilschnitt den Vorderkantenschutz der Schaufel gemäß F i g. 1,
Fig.3 in einem Fig.2 ähnelnden Teilschnitt ein anderes Ausführungsbeispiel des Vorderkantenschutzes,
Fig.4 in einer Fig.2 ähnelnden Schnittdarstellung eines bekannten Vorderkantenschutzes,
Fig.5 in einer vergrößerten perspektivischen Darstellung einen Teil der Vorderkante der Schaufel gemäß Fig. 1,
Fig.6 in einem Teilschnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 5 die längsgerichtete Einkerbung des Vorderkantenschutzes der Schaufel,
F i g. 7 in einem F i g. 6 ähnelnden Teilschnitt ein anderes Ausführungsbeispiel der Vorderkanteneinkerbung,
F i g. 8 in einem F i g. 6 ähnelnden Teilschnitt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Vorderkanteneinkerbung und
F i g. 9 in ei.ner schematischen Darstellung einen Mechanismus zum Verhindern eines Abblätterns der Schaufelvorderkante.
In F i g. 1 ist als ein Ausführungsbeispiel eine zusammengesetzte Rotorschaufel 12 dargestellt, die für eine Verwendung in einem Axialstrom-Gasturbinenverdichter oder Gebläse geeignet, aber nicht hierauf beschränkt ist. Eine Verbesserung kann für viele Gebilde erreicht werden, die einer Stoßbeaufschlagung und Biegung durch Fremkörper unterworfen sind. Die Rotorschaufel 12 ist mit einem Flügelabschnitt 14 mit radial veränderlicher Wölbung und Staffelung, einem Schwalbenschwanzfuß 16, der in einer herkömmlichen Weise ein Befestigen der Schaufel an einer drehbaren Scheibe bzw. an einem Läufer ermöglicht, und einer dazwischen befindlichen sowie den Strömungspfad begrenzenden Plattform 17 dargestellt.
Die Hauptstruktur der Schaufel 12 weist längliche Fasern auf, die einen kleinen Durchmesser, eine große Festigkeit sowie einen großen Elastizitätsmodul haben und in einem gewichtsleichten Gefüge bzw. Bindemittel eingebettet sind. Bei einer Ausführungsform mit vorwiegend nichtmetallischen Materialien weist die Hauptstruktur Graphitfaserlaminate in einem Epoxyharz auf. Die Hauptstruktur kann jedoch irgendeine Faser ent-
nischen Harz, eingebettet ist. Ferner könnte die Hauptstruktur irgendein metallisches System aufweisen, wie Borfa^ern in einem Aluminiumgefüge. Eine solche Hauptstruktur ist in der eingangs genannten US-PS 62 835 beschrieben.
Gemäß den F i g. 1 und 2 ist die Vorderkante der Schaufel 12 mit einem Kantenschutz 18 versehen, um
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einen Schutz für den Faserverbundaufbau zu bilden. Der Kantenschutz 18 erstreckt sich von der Schaufelspitze zur Nabe und endet kurz vor der Plattform 17. Wenn die Schaufel nicht mit einer Plattform ausgebildet ist, erstreckt sich der Kantenschutz 18 von der Spitze bis kurz vor dem Schwalbenschwanzfuß 16. Mit anderen Worten verkleidet bzw. armiert der Kantenschutz den sich in einen Strömungspfad eines sich bewegenden Fluids erstreckenden Schaufelteil, der somit einer Stoßbeeinflussung durch in dem bewegten Fluid enthaltene Fremdpartikei unterworfen ist.
F i g. 4 zeigt den Vorderkantenschutz einer bekannten Schaufel, wobei ein metallischer Überzug 20 um die Vorderkante der Faserverbund-Hauptstruktur 22 geschlungen und hiermit mittels irgendeiner einer Vielzahl bekannter Techniken verbunden ist Gemäß der vorherigen Erörterung wurde festgestellt, daß F i g. 4 entsprechende Vorderkanten-Schutzvorrichtungen in einigen Fällen während des Aufprallens von Fremdkörpern so weit zerstört wurden, daß die Vorrichtung vollständig von der Schaufel abblätterte.
Es sei beispielsweise angenommen, daß die Schaufel aus F i g. 4 im Bereich der Schaufeldruckoberfläche 30 durch einen Fremdkörper stoßbeaufschlagt wird, der sich längs eines durch einen Vektor 26 repräsentierten Pfades bewegt Bei dem Aufschlag biegt sich die Schaufel in Umfangsrichtung um ihre neutrale Biegeachse 28. (Die neutrale Biegeachse wird als der Ortspunkt definiert der eine Ebene der Schaufel bestimmt, welche bei einem Biegevorgang einer Nullfaserbelastung unterliegt). Ein starkes Biegen führt zu einem Nachgeben der relativ duktilen Metallarmierung 20 und zu einem Brechen bzw. Reißen unter der Materialspannung der brüchigen Graphitfasern nahe der Druckoberfläche 30, wodurch sich ein das Abblättern begünstigender Zustand ergibt Beim Zurückbiegen oder Zurückführen in den anfänglichen »geraden« Zustand muß die nachgegebene Metallarmierung entweder bis zu ihrer Anfangslänge zurückgedrückt oder bis zu einer anderen stabilen Position umgeboben bzw. abgelenkt werden. Da die wirksame Länge der um die Saugoberfläche geschlungenen Metallarmierung 20 (die als ein Flansch bzw. Rand zur Erhöhung der Steifigkeit dient) klein und bereits eine teilweise Abblätterung von der Druckoberfläche aufgetreten sind, ist die Metallarmierung an der Druckoberfläche ungehalten bzw. ungestützt Ein Wölben bzw. Krümmen und weiteres Abblättern an oder nahe der Saugoberfläche 24 beim Rückwärtsbiegen führt dann zu einem vollständigen Abtrennen der Metallarmierung von der Vorderkante der Schaufel. Die Zentrifugalbelastung beendet das Ablösen der Metallarmierung durch Brechen bzw. Reißen der wenigen verbliebenen Fasern an dem Schaufelfuß.
Bei dem verbesserten Vorderkantenschutz 18 gemäß F i g. 2 sind mehrere Schichten aus Feindrahtgeflecht 38 längs der neutralen Achse 34 der Schaufel teilweise in dem Gefügematerial der Hauptstruktur 32 eingebettet Bei vielen fortgeschrittenen Schaufeln, bei denen die Vorderkante relativ gerade (ohne Wölbung) ist, ist die neutrale Achse der Schaufel der Schaufelmittellinie angenähert wenn ein »pseudoisotropischer« Aufbau der Faseraminate angenommen wird. Wenn der Aufbau orthotropisch ist, kann die neutrale Achse von der Schaufelmittellinie abweichen, wobei sie jedoch durch bekannte Verfahren bestimmbar ist
Das Einbetten des Drahtgeflechtes in die Hauptstruktur hat den Zweck einer Verankerung der die Vorderkante schützenden Metallarmierung, und es erfolgt kein Abtrennen oder Abblättern der Drahtgeflechte von den angrenzenden Faserlaminaten, da sie bei einer Biegung definitionsgemäß eine Nullbelastung aufweisen. Diese verschiedenen Schichten aus Drahtgeflecht 38 sind zum Verhindern einer gegenseitigen Bewegung wie bei 36 durch Heftschweißung behandelt oder zusammengelötet, wobei die Anzahl der Drahtgeflechtschichten von der erforderlichen Größe und Festigkeit der Verankerung abhängt.
ίο Das freie Ende einer solchen Drahtgeflechtschicht 38a ist um die Vorderkante geschlungen und mit der Schaufeldruckoberfläche 40 in einer Weise verbunden, wie es im US-Patent 37 62 835 beschrieben ist. Eine zweite Drahtgeflechtschicht 386 ist auf die Schaufelsaugoberfläche 44 zurückgeschlagen und ebenfalls in der bekannten Weise mit dieser Oberfläche verbunden. Es erfolgt dann eine Atombindung einer Hartmetallarmierung 46 an dem Drahtgeflecht, und zwar wiederum in einer im US-Patent 37 62 835 beschriebenen Weise.
Wenn eine zusätzliche Verankerung erforderlich ist, können ein oder mehrere der übrigen freien Enden 38c der Drahtgeflechtschichten während des Aufbauvorgangs der Metallarmierung 46 in dieser verankert werden. Somit wird eine verbesserte Verankerung eines Vorderkantenschutzes an einer Faserverbundschaufel erhalten. Ein derartiger verbesserter sowie an der neutralen Achse verankerter Vorderkantenschutz bleibt sogar nach einem Abblättern der oberflächennahen Faserlaminate unversehrt und mit der Schaufel verbunden.
F i g. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel bezüglich eines Festlegens des Kantenschutzes an einer Schaufel. Hierbei ist ein Metallanker 50 in der Hauptstruktur 32 längs der neutralen Achse eingebettet. Drahtgeflechtschichten 52 sind durch Heftschweißung, Lötung oder in anderer Weise wie bie 54 an dem Metallanker 50 befestigt In allen anderen Beziehungen ähnelt dieses Ausführungsbeispiel demjenigen in Fig.2, und die Metallarmierung 46 ist in der bekannten Weise mit dem Drahtgeflecht oder -gitter verbunden.
Zusätzliche Vorteile können sich dadurch ergeben, daß die Faserlaminate bzw. -schichten während dos Aufbauens der Hauptstruktur in spezifischen Richtungen ausgerichtet werden. Wenn beispielsweise die Fasern an der Außenfläche der Hauptstruktur und unmittelbar unter der Metallarmierung in einer von der radialen Richtung abweichenden Richtung ausgerichtet werden, lassen sich hierdurch ein Reißen bzw. Brechen der Fasern unter Zugbeanspruchung und die Abblätterungsneigung als Ergebnis einer starken Biegung vermeiden.
Diese »Vorspannungs«-Einlage nahe der Schaufeloberfläche führt zu einer Steifigkeit bzw. Festigkeit der Schaufelvorderkante, ohne daß die Einlage einem derarig starken Biegungszustand unterworfen wird, wie er auftreten würde, wenn eine radiale Ausrichtung vorhanden wäre. Jedoch stellt dieser Aufbau einen Kompromiß bezüglich der radialen Belastungsfähigkeit dar. Dies wird dadurch kompensiert, daß radiale Fasern an oder nahe an der neutralen Achse angeordnet werden, wo sie die zentrifugale Belastung aufnehmen können, aber weniger unter dem starken Aufprallbiegungszustand belastet werden.
Eine zusätzliche Scherfestigkeit kann in der Hauptstruktur dadurch erreicht werden, daß die Fasern eines jeden Laminats bzw. einer jeden Schicht oder Folie vor
der und während der Herstellung ähnlich wie ein Mop ausgefranst werden. Dies neigt zu einer Verminderung der orthotropischen Natur eines jeden Laminats und, als ein Ergebnis, seiner Beanspruchungsfähigkeit und Stei-
figkeit. Jedoch verstärkt ein Vermischen der Fasern die Scherfestigkeit. Größere Ablenkungen sind als Ergebnis der leichten Abnahme in der Steifheit möglich, wodurch die Stoßdauer verlängert und hierdurch der Spitzenwert der Stoßbeaufschlagung vermindert werden. Bei 5 einer teilweise zufälligen Ausrichtung der einzelnen Fasern werden ferner der Stoßbeaufschlagung und Biegung nicht alle Fasern gleichzeitig bis zu einem Bruch bzw. Reißen belastet. Ein zusätzlicher Vorteil kann dadurch erzielt werden, daß zwischen die Faserschichten bzw. -laminate ein Brei aus mit Harz durchtränkten zerhackten Verbundfasern gebracht wird, wodurch benachbarte Schichten mit zufällig ausgerichteten zerhackten Fasern mechanisch miteinander verbunden und die Scherfestigkeit weiter verbessert werden.
Ferner sind Mittel zum Lokalisieren jeglicher Beschädigung infolge eines Fremdkörperaufpralls und somit zum Verhindern eines Verlustes des gesamten Vorderkantenschutzes vorhanden. F i g. 5 zeigt in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht einen Abschnitt der Vorderkante der mit dem verbesserten Schutz versehenen Schaufel gemäß F i g. 1. Wie es bereits erörtert wurde, ist einer der Gründe für den vollständigen Verlust der schützenden Hartmetallauflage 46 das Ausbeulen derselben, wenn sie in einem nachgegebenen bzw. gedehnten Zustand mittels eines Kompressionsvorgangs auf ihre anfängliche Länge zurückgedrückt werden soll. Eine Lösung dieses Problems besteht in einem Einschneiden bzw. Einkerben der Hartmetallauflage gemäß F i g. 5 in Sehnenrichtung, um ein örtliches Ausbeulen hervorzurufen. Wie ein den F i g. 6 bis 8 dargestellt ist, kann sich die Einkerbung (oder Riffelung) 56 teilweise durch die Metallauflage 46 (F i g. 6), ganz durch die Metallauflage (F i g. 7) oder durch die Metallauflage und das Drahtgeflecht 38 (F i g. 8) erstrecken. Die Aufgabe dieser Einkerbung besteht darin, ein örtliches Knicken bzw. Verformen des Kantenschutzes bei einem starken Biegevorgang hervorzurufen und die zum örtlichen Ausbeulen einer nachgegebenen Vorderkante erforderliche Belastung zu reduzieren, wodurch die Neigung zum Abblättern vermindert wird.
Gemäß F i g. 9 ist der Vorderkantenschutz 18 in mehrere Plättchen 58 unterteilt. Ferner sei angenommen, daß unter Biegebelastungen, die durch gestrichelte Biegemomente Λί dargestellt sind, die Plättchen 58' von der Hauptstruktur 32 abgeblättert sind, wobei das Ausmaß des Abblätterungsvorgangs durch die Einkerbung 56 begrenzt wird. Bei einem Zurückbiegen durch die Momente M' üben die Plättchen 58' eine rechtwinklig zur Schaufeloberfläche gerichtete Kraft auf benachbarte Plättchen 58 aus, wodurch die Abblätterungsneigung des Vorderkantenschutzes weiter vermindert wird. Somit führt ein Einkerben der Vorderkante dazu, daß eine Neigung zum Verlust bzw. Ausfallen des gesamten Vorderkantenschutzes vermieden wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
65

Claims (12)

1 2 Die Erfindung bezieht sich auf eine Verdichterschau-Patentansprüche: fei mit einem Vorderkantenschutz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige Verdichter-
1. Verdichterschaufel mit einer Hauptstruktur aus schaufel ist in der GB-PS10 40 S25 beschrieben,
einem Verbundmaterial aus einem leichtgewichtigen 5 Während vieler Jahre wurden Versuche zum Ersetzen Matrixmaterial und einem einen kleinen Durchmes- der relativ schweren, homogenen Metallschaufeln von ser aufweisenden Fasermaterial hoher Festigkeit Gasturbinentriebwerk-Kompressoren durch leichtere und mit einem metallischen Kantenschutz, der die zusammengesetzte bzw. Verbundmaterialien angestellt Vorderseite der Hauptstruktur zumindest teilweise Die in diese Richtung gehende Hauptbemühung bezieht umgibt und in der Schaufelhauptstruktur längs de- 10 sich auf das Verwenden von hochfesten, länglichen Faren Schaufelprofil verankert ist, dadurch ge- sern, die in einem gewichtsleichten Gefüge eingebettet kennzeichnet, daß entlang der neutralen Bie- bzw. mit diesem zusammengesetzt sind. Frühere Arbeigeachse (34) der Schaufelhauptstruktur (32) ein ten befaßten sich mit Glasfasern, und neuere Bemühun-Drahtgeflecht (38; 52) aus dünnem Draht mit dem gen bezogen sich auf die Verwendung von Bor-, Gra-Verbundmaterial verbunden ist, das Drahtgeflecht 15 phit- und anderen synthetischen Fasern. Diese letztge-(38; 52) an der Vorderseite des Verbundmaterials nannten Materialien haben extrem große Festigkeitseiaustritt und die austretenden Drahtgeflechtenden in genschaften wie auch große Elastizitätsmodule, die zu einer mit der Schaufelhauptstruktur (32) verbun- der notwendigen Steifheit bzw. Festigkeit der Verdichdenen Hartmetallauflage (46) verankert sind. terschaufeln beitragen.
2. Verdichterschaufel nach Anspruch 1, dadurch 20 Die Bemühungen zum Verwenden dieser Fasern wagekennzeichnet, daß mehrere Schichten aus Draht- ren mit vielen Problemen verbunden, insbesondere begeflecht im wesentlichen längs der neutralen Biege- züglich ihrer Anpassung nur für eine Richtung geltenachse (34) angeordnet sind, wobei die eine Schicht den Festigkeitseigenschaften an ein vielseitig gerichte-(38a, 38Z^SiCh über die neutrale Biegeachse (34) hin- tes Belastungsfeld. Diese Probleme wurden in großem aus erstreckt und mit dem äußeren Umfang der 25 Ausmaß überwunden, und es wurden zusammengesetz-Schaufelhauptstruktur (32) verbunden ist. te bzw. Verbundschaufeln mit Leistungseigenschaften
3. Verdichterschaufel nach Anspruch 2, dadurch geschaffen, die zusätzlich zu den erwarteten und begekennzeichnet, daß zumindest eine weitere Draht- trächtlichen Gewichtsverminderungen in vielen Bereigeflechtschicht (38c^ sich über die neutrale Biege- chen denjenigen der homogenen metallischen Gegenachse (34) hinaus erstreckt und in der Hartmetallauf- 30 stücke gleichen oder überlegen sind.
lage (46) verankert ist Verbundschaufeln wurden jedoch noch nicht in einem
4. Verdichterschaufel nach Anspruch 2, dadurch großen Ausmaß in Betrieb genommen, und zwar wegen gekennzeichnet, daß die Schichten aus Drahtge- ihrer Verletzbarkeit durch Fremdkörper. Viele Arten flecht (38) an der neutralen Biegeachse (34) metal- von Fremdkörpern können im Einlaß eines Flugzeuglisch miteinander verbunden sind. 35 Gasturbinentriebwerks mitgerissen werden, und diese
5. Verdichterschaufel nach Anspruch 2, dadurch Fremdkörper reichen von großen Vögeln, wie Seemögekennzeichnet, daß im wesentlichen längs der neu- ven, zu Hagelkörnern, Sand und Regen. Die Beschäditralen Biegeachse (34) in der Schaufelhauptstruktur gung oder Zerstörung durch Fremdkörper erfolgt in (32) eine metallische Verankerung (50) angeordnet zwei Arten. Kleinere Objekte können das Schaufelmaist, an der eine Drahtgeflechtschicht (52) befestigt ist. 40 terial erodieren bzw. anfressen und die Leistungsfähig-
6. Verdichterschaufel nach Anspruch 1, dadurch keit des Kompressors herabsetzen. Ein Aufprallen von gekennzeichnet, daß die Verbundmaterialfasern un- größeren Objekten kann zu einem Zerbrechen oder ter der Hartmetallauflage (46) in einer nicht radialen Durchdringen der Schaufeln führen. Teile einer stoßbe-Richtung ausgerichtet sind. aufschlagten Schaufel können losgerissen werden und
7. Verdichterschaufel nach Anspruch 2, dadurch 45 eine ausgedehnte sekundäre Beschädigung von stromgekennzeichnet, daß die Verbundmaterialfasern in abwärts gelegenen Schaufeln und anderen Triebwerksder Nähe der neutralen Biegeachse (34) zum Auf- komponenten verursachen.
nehmen radialer Belastungen im wesentlichen radial In dieser Beziehung sind die Folgen einer Fremdkör-
ausgerichtet sind. perbeschädigung am größten in den Niederdruckkom-
8. Verdichterschaufel nach einem der Ansprü- 50 pressoren oder Gebläsen von Gasturbinentriebwerken ehe 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest mit großem Bypassverhältnis. Diese Komponenten bieein Teil der Verbundmaterialfasern vor dem Einbet- ten jedoch die größte Möglichkeit einer Gewichtsverten in das Matrixmaterial ausgefranst ist. minderung infolge ihrer großen Spitzendurchmesser
9. Verdichterschaufel nach Anspruch 8, dadurch von beispielsweise 2,50 m und Spannweiten in der Grögekennzeichnet, daß das Matrixmaterial einen mit 55 ßenordnung von 1 m oder mehr.
Fasern durchsetzten Harzbrei enthält. Die Verletzbarkeit der Verbundschaufeln durch eine
10. Verdicherschaufel nach Anspruch 2, dadurch Fremdkörperbeschädigung beruht auf zwei Faktoren, gekennzeichnet, daß die Hartmetallauflage (46) in Zum einen ist das angewendete gewichtsleichte Gefüge-Längsrichtung eingekerbt ist. material, allgemein Polymerharze oder Metalle wie AIu-
11. Verdichterschaufel nach Ansnrurh IQ- dadurch 60 minium, relativ weich. Zum ?.nder?n S'nd die hochfesten gekennzeichnet, daß sich die Einkerbung (56) durch Fasern relativ hart und spröde.
die Metallauflage (46) erstreckt. Deshalb wurden Schutzsysteme mit einer harten
12. Verdichterschaufel nach Anspruch 11, dadurch Oberflächenbeschichtung für diese zusammengesetzten gekennzeichnet, daß sich die Einkerbung (56) auch Schaufeln geschaffen, wie es auch früher bei hölzernen durch die Drahtgeflechtschicht (38,52) erstreckt. 65 Propellerschaufeln und für solche Propellerschaufeln
zweckmäßig ist, die aus älteren Verbundmaterialien
hergestellt sind, beispielsweise aus einem Gewebestoff
in einer Phenolharzmatrix. Hierbei wurden Armierun-
DE2631856A 1975-07-17 1976-07-15 Verdichterschaufel mit Vorderkantenschutz Expired DE2631856C2 (de)

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