DE102007045138A1

DE102007045138A1 - Laufschaufel-Rückhaltesystem für ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE102007045138A1
Application number: DE102007045138A
Authority: DE
Inventors: David Lawrence Oldenburg Bedel; David William Loveland Crall; Stephen Craig West Chester Mitchell; Donald George Cincinnati Lachapelle; Ming Beavercreek Xie; Frank West Chester Worthoff; Lesile Louis Cincinnati Langenbrunner
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2008-03-27
Also published as: CA2602319A1; JP2008082332A; GB0718002D0; GB2442112A

Abstract

In einem Gasturbinentriebwerk (10) mit mehreren sich radial erstreckenden Laufschaufeln (44), die auf einer ringförmigen Scheibe (38) befestigt sind, wobei die Laufschaufeln (44) und die Scheibe (38) um eine Längsachse (12) des Triebwerks (10) drehbar sind, ein Laufschaufel-Rückhaltesystem (62) mit einem ringförmigen Gehäuse (40), das radial außerhalb der Laufschaufeln (44) und in umgebender Beziehung dazu positioniert ist, wobei das ringförmige Gehäuse (40) wenigstens eine Schicht aus einem damit verwendeten Fasermetalllaminat (78) enthält. Das Laufschaufel-Rückhaltesystem (62) kann auch eine Wabenschicht (64) enthalten, die radial außerhalb eines inneren Abschnittes (66) des ringförmigen Gehäuses (40) angeordnet ist, wobei die Schicht des Fasermetalllaminats (78) radial außerhalb von der Wabenschicht (64) oder radial innerhalb davon angeordnet ist. Für beide Fälle könnte das Laufschaufel-Rückhaltesystem (62) eine radial äußere Schicht aus einer Kevlar-Umwicklung (82) enthalten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Zurückhalten irgendwelcher Triebwerksteile in dem Falle einer Laufschaufelablösung in einem Gasturbinentriebwerk, und insbesondere ein Laufschaufel-Rückhaltesystem, welches darin ein Fasermetalllaminat verwendet.
Es dürfte sich verstehen, dass Fremdobjekte (wie zum Beispiel Vögel, Hagelkörner, Sand, Eis usw.) unvermeidlich während des Betriebs eines Gasturbinentriebwerks eingesaugt werden können. Sobald es durch das Triebwerk gesaugt wird, kann das Fremdobjekt auf eine Laufschaufel des Bläsers auftreffen und bewirken, dass ein Teil von dem Rotor abgerissen wird. Ohne ein System für die Eindämmung dieses Ereignisses kann ein katastrophaler Schaden an dem Triebwerksgehäuse verursacht werden. Demzufolge wurden bereits verschiedene Arten von Laufschaufel-Rückhaltesystemen eingesetzt, um Beschädigungen durch Fremdobjekte zu minimieren.
Ein erster Systemtyp zum Zurückhalten von Bläserfragmenten ist als ein Hartwandsystem bekannt, in welchem das Bläsergehäuse mit ausreichend struktureller Festigkeit ausgelegt ist, um eine vollständige Rückhaltung sicherzustellen. Dieser Gehäusetyp besteht üblicherweise aus monolithischem Stahl oder Aluminium. Ein zweites Laufschaufel-Rückhaltesystem ist ein Weichwandsystem, in welchem Triebwerksteile das Strukturgehäuse durchdringen, aber durch ein Band von gewebtem oder geflochtenem Kevlar aufgefangen werden. Obwohl diese Systeme für ihren gedachten Zweck brauchbar sind, wird die Such nach einer Laufschaufel-Rückhaltekonstruktion fortgesetzt, welche die Aufprall- und Rissausbreitungsbeständigkeit maximiert und das zusätzliche Gewicht für das Triebwerk minimiert.
Fasermetalllaminate sind eine Materialklasse, welche in letzter Zeit zur Verwendung in tragenden Flugzeugstrukturen entwickelt wurde. Fasermetalllaminate bestehen typischerweise aus relativ dünnen metallischen zwischen Glas- oder Kevlar-Band eingefügten Platten in einer Epoxidmatrix, die auch als ein Kleber verwendet wird. Ein Beispiel eines Glas/Metall-Laminats ist in dem U.S. Patent 5 039 571 für Vogelsang et al. offenbart und wird unter der Handelsbezeichnung GLARE^® vertrieben. Obwohl sich Fasermetalllaminate derzeit im Einsatz bei tragenden Flugzeugstrukturen, wie zum Beispiel bei Steuerflächenklappen, Frachtraumtüren und Tankaußenhäuten befinden, bestanden diese typischerweise im Wesentlichen aus ebenen Platten.
Um jedoch die außergewöhnlichen Schlagfestigkeitseigenschaften von Fasermetalllaminaten in Laufschaufel-Rückhaltesystemen zu nutzen, müssen diese jedoch in eine zylindrische oder konische Struktur geformt werden. Dieses fordert die Entwicklung und den Einsatz geeigneter Spleißtechniken, so dass das im Wesentlichen ebene Material eine gewünschte Festigkeit und strukturelle Integrität beibehält.
Somit besteht ein Bedarf, ein Laufschaufel-Rückhaltesystem für ein Gasturbinentriebwerk bereitzustellen, welches eine größere Festigkeit gegen Schlag und Rissausbreitung bietet. Zusätzlich ist es erwünscht, dass das Gewicht eines derartigen Laufschaufel-Rückhaltesystems zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs minimiert wird.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer ersten exemplarischen Ausführungsform der Erfindung ist ein Gasturbinentriebwerk mit mehreren sich radial erstreckenden Laufschaufeln offenbart, die auf einer ringförmigen Scheibe montiert sind, wobei die Laufschaufeln und die Scheibe um eine Längsachse des Triebwerkes drehbar sind. Ein Laufschaufel-Rückhaltesystem ist ferner als ein ringförmiges Gehäuse beinhaltend offenbart, das radial außerhalb der Laufschaufeln und in einer umgebenden Beziehung dazu positioniert ist, wobei das ringförmige Gehäuse wenigstens eine Schicht aus einem damit verwendeten Fasermetalllaminat enthält. Das Laufschaufel-Rückhaltesystem kann auch eine Wabenschicht enthalten, wobei die Schicht des Fasermetalllaminats entweder radial außerhalb der Wabenschicht oder radial innerhalb davon angeordnet ist. Für beide Fälle könnte das Laufschaufel-Rückhaltesystem eine radial äußere Schicht einer Kevlar-Umwicklung enthalten.
In einer zweiten exemplarischen Ausführungsform der Erfindung ist ein Gasturbinentriebwerk mit mehreren sich radial erstreckenden Laufschaufeln offenbart, die auf einer ringförmigen Scheibe montiert sind, wobei die Laufschaufeln und die Scheibe um eine Längsachse des Triebwerkes drehbar sind. Ein Laufschaufel-Rückhaltesystem ist ferner als ein ringförmiges Gehäuse enthaltend offenbart, das aus Fasermetalllaminat besteht, das radial außerhalb von den Laufschaufeln und in umgebender Beziehung dazu angeordnet ist. Das Laufschaufel-Rückhaltesystem kann ferner eine Wabenschicht enthalten, welche radial außerhalb von dem ringför migen Gehäuse angeordnet ist. In einem derartigen Falle könnte das Laufschaufel-Rückhaltesystem eine Schicht einer Kevlar-Umwicklung enthalten, die radial außerhalb der Wabenschicht angeordnet ist.
In einer dritten exemplarischen Ausführungsform der Erfindung wird ein ringförmiges Element zur Verwendung in einem Gasturbinentriebwerk offenbart, wobei das ringförmige Element einen ersten Rand und einen zweiten Rand aufweist. Das ringförmige Element besteht aus einem Fasermetalllaminat und enthält einen Spleißbereich, welcher die ersten und zweiten Ränder verbindet. Bevorzugt ist das ringförmige Element im Wesentlichen zylindrisch oder im Wesentlichen konisch geformt. Alternativ kann das ringförmige Element mehrere ringförmige Segmente enthalten. Jedes ringförmige Segment besteht aus einem Fasermetalllaminat und enthält einen Spleißbereich, welcher jeden Rand mit einem benachbarten ringförmigen Segment verbindet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Turbobläser-Gasturbinentriebwerks mit hohem Nebenstromverhältnis;
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Laufschaufel-Rückhaltesystems mit einer herkömmlichen Konstruktion;
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Laufschaufel-Rückhaltesystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Laufschaufel-Rückhaltesystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Laufschaufel-Rückhaltesystems gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
6 ist eine schematische Teilansicht einer Fasermetalllaminatlage;
7 ist eine Vorderansicht des in den 3 bis 5 dargestellten ringförmigen Elementes;
8 ist eine schematische Teilansicht eines Spleißbereiches für das in 7 dargestellte ringförmige Element;
9 ist eine schematische Teilansicht eines alternativen Spleißbereiches für das in 7 dargestellte ringförmige Element;
10 ist eine schematische Teilansicht eines Spleißbereiches für das in 7 dargestellte ringförmige Element, in welcher ein derartiger Bereich durch innen hinzugefügte Lagen verstärkt worden ist;
11 10 ist eine schematische Teilansicht eines Spleißbereiches für das in 7 dargestellte ringförmige Element, in welcher ein derartiger Bereich durch außen hinzugefügte Lagen verstärkt worden ist;
12 ist eine Längsquerschnitts-Teilansicht eines Bläsergehäuses für das in 1 dargestellte Gasturbinentriebwerk mit einer Laufschaufel-Rückhaltezone darin;
13 ist eine schematische Teilansicht des in 12 dargestellten Bläsergehäuses, in welchem ein Flansch an einem Ende davon ausgebildet ist;
14 ist eine schematische Teilansicht des in 12 dargestellten Bläsergehäuses, in welchem dessen Ende in einem vollmetallischen Rand endet;
15 ist eine schematische Teilansicht des in 12 dargestellten Bläsergehäuses, in welchem ein Flansch an dessen Ende in einer alternativen Weise ausgebildet ist;
16 ist eine schematische Teilansicht des in 12 dargestellten Bläsergehäuses, in welchem ein Flansch an einem Ende davon angebracht dargestellt ist;
17 ist eine schematische Teilansicht des in 12 dargestellten Bläsergehäuses, in welchem ein Flansch an einem Ende davon in einer ersten alternativen Weise daran angebracht dargestellt ist;
18 ist eine schematische Teilansicht des in 12 dargestellten Bläsergehäuses, in welchem ein Flansch an einem Ende davon in einer zweiten alternativen Weise daran angebracht dargestellt ist;
19 ist eine schematische Teilansicht des in 12 dargestellten Bläsergehäuses, in welchem ein Flansch an einem Ende davon in einer dritten alternativen Weise daran angebracht dargestellt ist;
20 ist eine schematische Teilansicht des in 12 dargestellten Bläsergehäuses, in welchem Versteifungsringe mit verschiedenen Konfigurationen daran angebracht sind;
21 ist eine schematische Teilansicht eines Versteifungsrings mit einer aus einem Fasermetalllaminat bestehenden ersten Konfiguration, der an einem Bläsergehäuse befestigt ist;
22 ist eine schematische Teilansicht eines Versteifungsringes mit einer aus einem Fasermetalllaminat bestehenden zweiten Konfiguration, der an einem Bläsergehäuse befestigt ist; und
23 ist eine schematische Teilansicht eines Versteifungsringes mit einer aus einem Fasermetalllaminat bestehenden dritten Konfiguration, der an einem Bläsergehäuse befestigt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß detaillierter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in welchen identische Bezugszeichen dieselben Elemente durchgängig durch die Figuren bezeichnen, stellt 1 in schematischer Form ein exemplarisches Gasturbinentriebwerk 10 (Typ mit hohem Nebenstrom) dar, das in einem Flugzeug eingesetzt wird, und eine Längs- oder Axialmittellinie 12 da durch für Bezugszwecke aufweist. Das Triebwerk 10 enthält bevorzugt ein Kerngasturbinentriebwerk, das insgesamt mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist, und einen stromaufwärts davon positionierten Bläserabschnitt 16. Das Kerntriebwerk 14 enthält typischerweise ein im Wesentlichen rohrförmiges äußeres Gehäuse 18, das einen ringförmigen Einlass 20 definiert. Das äußere Gehäuse 18 umschließt und lagert ferner einen Boosterverdichter 22 zum Steigern der Temperatur der Luft, die in das Kerntriebwerk 14 bei einem ersten Druckwert eintritt. Ein mehrstufiger Hochdruck-Axialströmungsverdichter 24 empfängt Druckluft aus dem Verdichter 22 und erhöht weiter den Druck der Luft. Die unter Druck stehende Luft strömt zu einer Brennkammer 26, wo Brennstoff in den unter Druck gesetzten Luftstrom eingespritzt wird, um die Temperatur und den Energiepegel der unter Druck gesetzten Luft zu erhöhen. Die Hochenergieverbrennungsprodukte strömen aus der Brennkammer 26 zu einer ersten (Hochdruck-) Turbine 28, um den Hochdruckverdichter 24 über eine erste (Hochdruck-) Antriebswelle 30 anzutreiben, und dann zu einer zweiten (Niederdruck-) Turbine 32, um den Boosterverdichter 22 und den Bläserabschnitt 16 über eine zweite (Niederdruck-) Antriebswelle 34 anzutreiben, die koaxial zu der ersten Antriebwelle 30 angeordnet ist. Nach dem Antrieb jeder Turbine 28 und 32 verlassen die Verbrennungsprodukte das Kerntriebwerk 14 über eine Auslassdüse 36, um einen Antriebsstrahlvorschub zu erzeugen.
Der Bläserabschnitt 16 enthält einen drehbaren Axialströmungs-Bläserrotor 38, der von einem ringförmigen Bläsergehäuse 40 umgeben ist. Man erkennt, dass das Bläsergehäuse 40 von dem Kerntriebwerk 14 über mehrere sich im Wesentlichen radial erstreckende, in Umfangsrichtung in Ab stand angeordnete Auslassführungs-Leitschaufeln 42 gelagert wird. Auf diese Weise umfasst das Bläsergehäuse 40 einen Bläserrotor 38 und Bläserrotor-Laufschaufeln 44. Ein stromabwärts befindlicher Abschnitt 46 des Bläsergehäuses 40 erstreckt sich über einen äußeren Abschnitt des Kerntriebwerks 14, um einen sekundären, oder Nebenschlussluftstromkanal 48 zu definieren, welcher einen zusätzlichen Antriebsstrahlvorschub erzeugt.
Von einem Strömungsstandpunkt aus erkennt man, dass ein Anfangsluftstrom, dargestellt durch den Pfeil 50 in das Gasturbinentriebwerk 10 über einen Einlass 52 in das Bläsergehäuse 14 eintritt. Der Luftstrom 50 passiert die Bläserlaufschaufeln 40 und teilt sich in einen ersten komprimierten Luftstrom (dargstellt durch den Pfeil 54), der sich durch den Kanal 48 bewegt, und einen zweiten komprimierten Luftstrom (dargestellt durch den Pfeil 56), welcher in den Boosterverdichter 22 eintritt, auf. Der Druck des zweiten komprimierten Luftstroms 56 wird erhöht und tritt in den Hochdruckverdichter 24 gemäß Darstellung durch den Pfeil 58 ein.
Nach der Vermischung mit Brennstoff und der Verbrennung in der Brennkammer 26 verlassen die Verbrennungsprodukte 60 die Brennkammer 26 und strömen durch die erste Turbine 28. Die Verbrennungsprodukte 60 strömen dann durch die zweite Turbine 32 und verlassen die Austrittsdüse 36, um einen Schub für das Gasturbinentriebwerk 10 zu erzeugen.
Wie in dem Stand der Technik von 2 zu sehen, enthält das Bläsergehäuse 40 ein ringförmiges Laufschaufel-Rückhaltesystem 62, um zu verhindern, dass Teile von Bläserlaufschaufeln 44 durch das Bläsergehäuse 40 hindurch austreten. Insbesondere wird man sehen, dass das Laufschaufel-Rückhaltesystem 62 einen Wabenabschnitt 64 enthält, der entlang einer radial äußeren Oberfläche 67 eines inneren Abschnittes 66 des Bläsergehäuses 40 angeordnet ist. Zusätzlich enthält ein Laufschaufel-Rückhaltesystem 62 eine Schicht 68 eines abtragbaren Materials (zum Beispiel eine Kevlar-Umwicklung) mit einer Dicke 70, welche angrenzend an eine radiale äußere Oberfläche 72 des Wabenabschnittes 64 angeordnet ist. Die Schicht 68 ist dann an einem stromaufwärts liegenden Ende 74 und einem stromabwärts liegenden Ende 76 an dem inneren Abschnitt 66 des Bläsergehäuses angebracht.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersetzt das Laufschaufel-Rückhaltesystem 62 die Schicht 68 des abtragbaren Materials durch einen ringförmiges Element 78, das aus einem Fasermetalllaminat mit einer Dicke 80 (siehe 3) besteht. Man wird erkennen, dass das ringförmige Element 78 hinsichtlich geringerer Dicke und geringerem Gewicht als die abtragbare Materialschicht 68 vorteilhaft ist, während sie wenigstens genauso viel Widerstandfähigkeit gegenüber Schlag und Rissausbreitung bietet. Somit ist das ringförmige Element 78 radial angrenzend an die äußere Oberfläche 72 des Wabenabschnittes 64 positioniert. In einer in 4 dargestellten alternativen Konfiguration kann das Schaufelrückhaltesystem 62 ferner eine Schicht 82 aus abtragbarem Material mit einer Dicke 84 enthalten, das radial außerhalb eines ringförmigen Elementes 78 enthalten ist, um einen zusätzlichen Schutz bereit zu stellen. Selbst so wird man erkennen, dass der Einschluss der ringförmigen Elementes 78, eine geringere Dicke 84 des abtragbaren Materials 82 als die Dicke 70 des vorstehend diskutierten abtragbaren Materials 68 ermöglicht. Gemäß Darstellung in 5 ist wenigstens ein angezeigtes Teil des inneren Abschnittes 66 des Bläsergehäuses aus einem Fasermetalllaminat hergestellt.
Das Fasermetalllaminat des ringförmigen Elementes 78 kann verschiedene Konfigurationen und Zusammensetzungen aufweisen, wie zum Beispiel eine Aluminium/Glas-Konfiguration, die unter der Produktbezeichnung GLARE^® vertrieben wird, eine Aluminium/Aramid-Konfiguration, die unter der Produktbezeichnung ARALL^® vertrieben wird, und eine Titan/Graphit-Konfiguration, die unter der Produktbezeichnung TIGRE vertrieben wird. So wie der Begriff hierin verwendet wird, dürfte es sich jedoch verstehen, dass das Fasermetalllaminat im Wesentlichen als eine oder mehrere Lagen 89 definiert ist, welche wenigstens eine Metallschicht 90 und eine synthetische Schicht 94 enthalten, die miteinander verbunden sind (siehe 6). Natürlich kann ein Fasermetalllaminat mehrere Lagen mit abwechselnden Schichten aus Metall und synthetischem Material enthalten. Die in einer Metallschicht 90 verwendeten Metalle umfassen bevorzugt Aluminium oder Titan, aber jedes leichte Metall oder solche Metalllegierung mit hohen Festigkeitseigenschaften kann verwendet werden. Obwohl es sich versteht, dass die Metallschicht 90 typischerweise eine feste Platte ist, kann sie aus einem Gitter wie zum Beispiel einem Bandgitter oder einem Drahtgitter aufgebaut sein. Die für die synthetische Schicht 94 verwendeten Materialien beinhalten bevorzugt glasfaserverstärktes Epoxidharz, kohleverstärktes Epoxidharz oder aramidverstärktes Epoxidharz, wobei jedoch auch jedes andere geeignete faserverstärkte Verbundmaterial verwendet werden kann.
Um ringförmiges Material 78 aus Fasermetalllaminat zu erzeugen, welches ursprünglich aus im Wesentlichen ebenen Platten aufgebaut ist, ist ein Spleißbereich 96 zum Verbinden erster und zweiter Enden 98 und 100 davon (siehe 5) erforderlich. Dieses kann mittels einer beliebigen Anzahl von Möglichkeiten erreicht werden, aber bevorzugt werden die Enden der einzelnen Lagen in dem Fasermetalllaminat so gestaffelt, dass eine Trennung zwischen schwachen Bereichen erzeugt wird. Beispielsweise ist ein Spleißbereich 96 in 8 bei einer gestaffelten Stumpfverbindung dargestellt, wobei eine Unterbrechung 102 zwischen gegenüberliegenden Enden 104 und 106 einer ersten Metallschicht 108 in einem Abstand 110 von einer benachbarten Unterbrechung 112 zwischen gegenüberliegenden 114 und 116 einer zweiten Metallschicht 118 angeordnet sind. Obwohl es nicht dargestellt ist, wird man erkennen, dass ähnliche Unterbrechungen zwischen gegenüberliegenden Enden für metallische Schichten 120, 122, 124, 126 und 128 in gleicher Weise in einem Umfangsabstand angeordnet sind. Natürlich unterstützen synthetische Lagen 130 und 132 bei der Auffüllung der Unterstützung 102 wie zum Beispiel der synthetischen Lagen 134 und 136 für die Unterbrechung 112.
Eine alternative Art der Erzeugung eines ringförmigen Elementes 78 ist in 9 dargestellt, in welcher der Spleißbereich 96 eine versetzte Überlappungsverbindung ist. Wie darin zu sehen, enthält das Fasermetalllaminat wenigstens eine erste Lage 138 und eine zweite Lage 140, welche sich angrenzend an und im Wesentlichen parallel zueinander mit Ausnahme in dem Spleißbereich 96 erstrecken. Innerhalb des Spleißbereiches 96 wird man erkennen, dass die erste Lage 138 einen ersten Abschnitt 142 besitzt, welcher einen Winkel in einer ersten Richtung bildet, einen zweiten Ab schnitt 144, welcher sich im Wesentlichen parallel zu seiner Orientierung außerhalb des Spleißbereiches 96 erstreckt, und einen dritten Abschnitt 146, welcher sich ergänzend zu der ersten Richtung in einer zweiten Richtung erstreckt. Auf diese Weise bleibt die erste Lage 138 über den gesamten Spleißbereich 96 einteilig. Die zweite Lage 41 enthält einen ersten Abschnitt 148 und einen zweiten Abschnitt 150 in dem Spleißbereich 96, welche sich in denselben entsprechenden Richtungen wie die ersten und zweiten Abschnitte 142 und 144 der ersten Lage 138 erstrecken. Statt jedoch durch den gesamten Spleißbereich 96 einteilig zu bleiben, teilt sich die zweite Lage 140 angenähert an dem Punkt, wo der zweite Abschnitt 150 beginnt, so auf, dass sein erstes Ende 152 ein zweites Ende 154 überlappt und sich im Wesentlichen parallel dazu über den Spleißbereich 96 erstreckt.
Man wird auch erkennen, dass das ringförmige Element 98 mehrere ringförmige Segmente (bezeichnet durch die beispielsweise gestrichelt in 7 dargestellten Bezugszeichen 79 und 81) enthalten können. Jedes derartige ringförmige Segment wird mit einem benachbarten Segment an jedem seiner Enden mittels der vorstehend beschriebenen Verfahren verbunden. Auf diese Weise werden mehrere Spleißbereiche innerhalb des ringförmigen Elementes 78 erzeugt.
Man wird erkennen, dass zusätzliche Lagen aus Fasermetalllaminat für das ringförmige Element 78 in speziellen Bereichen für eine zusätzliche Verstärkung vorgesehen sein können. Wie in den 10 beziehungsweise 11 zu sehen, können derartige zusätzliche Lagen innen oder außen aufgebracht sein. In 10 sind zusätzliche Lagen 156, 158 und 160 zu der radial inneren oder Hauptlage 162 hinzugefügt, wobei die erste Lage 162 einen ersten Abschnitt 164 besitzt, welcher einen Winkel in einer ersten Richtung bildet, einen zweiten Abschnitt 166, welcher sich im Wesentlichen parallel zu seiner ursprünglichen Orientierung weg von den zusätzlichen Lagen 156, 158 und 160 erstreckt, und einen dritten Abschnitt 168, welcher sich ergänzend zu der ersten Richtung in einer zweiten Richtung erstreckt. Auf diese Weise wird Raum für zusätzliche Lagen 156, 158 und 160 geschaffen, welche im wesentlichen parallel zu dem zweiten Abschnitt 166 der Hauptlage 162 orientiert sind und von einer Länge sind, welche durch den Abstand zwischen den ersten und zweiten Abschnitten der Hauptlage 162 abhängig von deren radialen Position aufgenommen wird. Umgekehrt werden zusätzliche Lagen 157 und 159 der Außenseite der Hauptlage 162 in 11 hinzugefügt.
Statt ein oder mehrere Komponenten eines bestehenden Laufschaufel-Rückhaltesystems durch ein aus Fasermetalllaminat bestehendes ringförmiges Element zu ersetzen, wird es auch in Betracht gezogen, dass das Gebläsegehäuse selbst aus einem derartigen Material bestehen kann. Wie in 12 zu sehen, ist ein ringförmiges Bläsergehäuse 172 mit einer Laufschaufel-Rückhaltezone 174 aus einem Fasermetalllaminat hergestellt. Es sei angemerkt, dass akustische Kacheln 176 und 178 stromaufwärts beziehungsweise stromabwärts von der Laufschaufel-Rückhaltezone angeordnet sind. Mehrere Versteifungsringe 180 sind bevorzugt in axialer Abstandsbeziehung entlang einer radialen äußeren Oberfläche 182 des Bläsergehäuses 172 positioniert, um dafür eine zusätzliche Unterstützung zu erzeugen. Eine ringförmige Wabenschicht 184 kann optional angrenzend an eine innere radiale Oberfläche 186 des Bläsergehäuses 172 positioniert sein, welche mit einer Oberflächenplatte 188 in ihrer Lage gehalten werden.
Obwohl es nicht dargestellt ist, kann auch eine abtragbare Schicht innerhalb der Laufschaufel-Rückhaltezone 174 verwendet werden. Wie es ferner im Bezug auf die akustische Kachel 178 so sehen ist, können sie akustischen Kacheln 176 und 178 eine Schicht 177 aus einem Fasermetalllaminat als die perforierte Oberflächenplatte damit verwenden.
Es kann erforderlich sein, dass das Bläsergehäuse 172 einen Flansch 190 an einem oder beiden seiner stromaufwärts und stromabwärts liegenden Enden (siehe 13) insbesondere dann enthält, wenn es als ein Ersatz auf existierenden Triebwerksbaureihen einzubauen ist. Ein derartiger Flansch 190 kann erzeugt werden, indem ein Rand 192 des Bläsergehäuses 172 gerollt wird, nachdem der Härtungszyklus des im Wesentlichen zylindrischen Bläsergehäuses 172 stattfindet. Alternativ kann ein derartiger Flansch 190 in einem Stück mit dem Bläsergehäuse 172 hergestellt werden, wobei die metallischen Schichten in dem Flansch 190 in die gewünschte Gestalt vor der Härtung des Laminats geformt werden. Sobald es zusammengesetzt ist, wird das Gebläsegehäuse 172 gehärtet, um eine nahtlose Schnittstelle mit einem Flansch 190 auszubilden.
Ein weiterer Lösungsweg besteht in der Erzeugung eines vollmetallischen Randes 194 an dem Bläsergehäuse 172 gemäß Darstellung in 14. Wie darin zu sehen, enden Verbundschichten 196 und 198 kurz vor dem Rand 194 und sind durch Metallschichten 200 und 202 derselben Dicke 204 ersetzt. Ein optionales Befestigungselement 206 kann dazu genutzt werden, um die Verbindung der metallischen Schichten 200 und 202 mit den metallischen Schichten 201, 203 und 205 zu unterstützen. Bauteile können entweder an dem vollständig metallischen Rand 194 befestigt werden, nachdem das Bläser gehäuse 172 ausgehärtet ist, oder der Rand 194 kann gebohrt und an den Bauteilen mit Befestigungselementen befestigt und dann zu einer einzigen verbundenen und befestigten Struktur gehärtet werden.
Ein Metallflansch 208 kann einen Abschnitt 210 enthalten, welcher mit einem Ende 212 des Bläsergehäuses 172 mit einer reduzierten Dicke verbindbar ist. Ein Metallring 214 kann angrenzend an eine äußere Oberfläche 216 eines Bläsergehäuses 172 vorgesehen sein, wobei mehrere Befestigungselemente 218 den Flansch 208 an dem Bläsergehäuse 172 (siehe 15) befestigen. 16 bis 18 stellen weitere Optionen für die Befestigung von Bauteilen 220, 222 beziehungsweise 224 direkt an dem Fasermetalllaminat des Bläsergehäuses 172 dar.
Um eine Formung von Fasermetalllaminatplatten in ein Bläsergehäuse 172 zu ermöglichen, werden bevorzugt auch mehrere Gehrungsschnitte 170 darin vorgesehen (siehe 19). Man wird erkennen, dass Aluminiumstreifen 171 und 173 auf jede Seite des Fasermetalllaminats positioniert sein können, um bei der Erzeugung eines Flansches 190 zu unterstützen.
Wie hierin vorstehend festgestellt, können Versteifungsringe 180 mit verschiedenen Konfigurationen an der äußeren radialen Oberfläche 182 des Bläsergehäuses 172 (siehe 20) befestigt sein. Derartige Versteifungsringe 180 sind im Wesentlichen aus einem Metall (z. B. Aluminium, Stahl oder Titan) aufgebaut. Man wird erkennen, dass Versteifungsringe, wie sie durch das Bezugszeichen 183 in den 21 bis 23 bezeichnet werden, auch aus einem Fasermetalllaminat oder anderem Verbundstofflaminat oder aus ei ner Sandwichstruktur aufgebaut sein können, welche mit dem Bläsergehäuse 172 entweder nach der Härtung des Bläsergehäuses 172 oder während des Härtungszyklusses des Restes des Bläsergehäuses 172 verbunden werden.
Obwohl spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, wird es für den Fachmann auf diesem gebiet ersichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen ohne Abweichung von dem Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können. Demzufolge sollen in den beigefügten Ansprüchen alle derartigen Änderungen und Modifikationen, die in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen, mit eingeschlossen sein.
In einem Gasturbinentriebwerk 10 mit mehreren sich radial erstreckenden Laufschaufeln 44, die auf einer ringförmigen Scheibe 38 befestigt sind, wobei die Laufschaufeln 44 und die Scheibe 38 um eine Längsachse 12 des Triebwerks 10 drehbar sind, ein Laufschaufel-Rückhaltesystem 62 mit einem ringförmigen Gehäuse 40, das radial außerhalb der Laufschaufeln 44 und in umgebender Beziehung dazu positioniert ist, wobei das ringförmige Gehäuse 40 wenigstens eine Schicht aus einem damit verwendeten Fasermetalllaminat 78 enthält. Das Laufschaufel-Rückhaltesystem 62 kann auch eine Wabenschicht 64 enthalten, die radial außerhalb eines inneren Abschnittes 66 des ringförmigen Gehäuses 40 angeordnet ist, wobei die Schicht des Fasermetalllaminats 78 radial außerhalb von der Wabenschicht 64 oder radial innerhalb davon angeordnet ist. Für beide Fälle könnte das Laufschaufel-Rückhaltesystem 62 eine radial äußere Schicht aus einer Kevlar-Umwicklung 82 enthalten.

10: Flugzeug-Turbobläsertriebwerk (allgemein)
12: Längsachse
14: Kerngasturbinentriebwerk (allgemein)
16: Bläserabschnitt
18: äußerer Gehäuse für Kerntriebwerk
20: ringförmiger Kerntriebwerkseinlass
22: Boosterverdichter
24: Hochdruckverdichter
26: Brennkammer
28: erste (Hochdruck-) Turbine
30: erste (Hochdruck-) Antriebswelle
32: zweite (Niederdruck-) Turbine
34: zweite (Niederdruck-) Antriebswelle
36: Auslassdüse
38: Bläserrotor
40: ringförmiges Bläsergehäuse
42: Auslassführungs-Leitschaufeln
44: Bläserrotor-Laufschaufeln
46: stromabwärts liegender Abschnitt des Bläsergehäuses
48: Nebenluftstromkanal
50: den Anfangsluftstrom darstellender Pfeil
52: Einlass zum Bläsergehäuse
54: den ersten (äußeren) komprimierten Luftstrom darstellender Pfeil
56: den zweiten (inneren) komprimierten Luftstrom darstellender Pfeil
58: den komprimierten Luftstrom zu dem Hochdruckverdichter darstellender Pfeil
60: Verbrennungsprodukte
62: Laufschaufel-Rückhaltesystem (allgemein)
64: Wabenabschnitt
66: innerer Abschnitt des ringförmigen Bläsergehäuses
67: radial innere Oberfläche des Wabenabschnittes
68: Schicht aus abtragbarem Material
70: Dicke des abtragbarem Materials
138: erste Lage
140: zweite Lage
142: erster Abschnitt der ersten Lage im Spleißbereich
144: zweiter Abschnitt der ersten Lage im Spleißbereich
146: dritter Abschnitt der ersten Lage im Spleißbereich
148: erster Abschnitt der zweiten Lage im Spleißbereich
150: zweiter Abschnitt der zweiten Lage im Spleißbereich
152: erstes Ende der zweiten Lage
154: zweites Ende der zweiten Lage
156: zusätzliche Lage
158: zusätzliche Lage
160: zusätzliche Lage
162: Hauptlage
164: erster Abschnitt der Hauptlage
166: zweiter Abschnitt der Hauptlage
168: dritter Abschnitt der Hauptlage
170: Gehrungsschnitte in dem Fasermetalllaminat
171: äußere Aluminiumstreifen
172: Bläsergehäuse (Fasermetalllaminat)
173: innere Aluminiumstreifen
174: Laufschaufel-Rückhaltezone
176: stromaufwärts liegende akustische Kachel
177: Fasermetalllaminatschicht für akustische Kachel
178: stromabwärts liegende akustische Kachel
180: Versteifungsringe (metallische)
182: äußere radiale Oberfläche des Bläsergehäuses
183: Versteifungsringe (Fasermetalllaminat)
184: Schicht aus abtragbarem Material
186: innere radiale Oberfläche des Bläsergehäuses
188: äußere Platte
190: Flansch
192: Rand des Bläsergehäuses
194: Gesamtmetallrand des Bläsergehäuses

Claims

In einem Gasturbinentriebwerk (10) mit mehreren sich radial erstreckenden Laufschaufeln (44), die auf einer ringförmigen Scheibe (38) befestigt sind, wobei die Laufschaufeln (44) und die Scheibe (38) um eine Längsachse (12) des Triebwerks (10) drehbar sind, ein Laufschaufel-Rückhaltesystem (62) mit einem ringförmigen Gehäuse (40), das radial außerhalb der Laufschaufeln (44) und in umgebender Beziehung dazu positioniert ist, wobei das ringförmige Gehäuse (40) wenigstens eine Schicht aus einem damit verwendeten Fasermetalllaminat (78) enthält.
Laufschaufel-Rückhaltesystem (62) nach Anspruch 1, welches ferner eine Wabenschicht (64) aufweist, welche radial außerhalb von einem inneren Abschnitt (66) des ringförmigen Gehäuses (40) angeordnet ist.
Laufschaufel-Rückhaltesystem (62) nach Anspruch 2, wobei die Schicht des Fasermetalllaminats (78) radial außerhalb der Wabenschicht (64) positioniert ist.
Laufschaufel-Rückhaltesystem (62) nach Anspruch 3, welches ferner eine Schicht (82) einer Kevlar-Umwicklung aufweist, welche radial außerhalb der Schicht des Fasermetalllaminats (78) positioniert ist.
Laufschaufel-Rückhaltesystem (62) nach Anspruch 2, wobei die Schicht des Fasermetalllaminats (78) radial innerhalb der Wabenschicht (64) positioniert ist.
Laufschaufel-Rückhaltesystem (62) nach Anspruch 5, welches ferner eine Schicht (82) einer Kevlar-Umwicklung aufweist, welche radial außerhalb der Schicht des Fasermetalllaminats (78) positioniert ist.
Laufschaufel-Rückhaltesystem (62) nach Anspruch 1, wobei die Schicht des Fasermetalllaminats (78) wenigstens eine Lage (89) aufweist, wobei die Lage (89) ferner aufweist: (a) wenigstens eine Metallschicht (90); und (b) eine synthetische Schicht (94), die mit der Metallschicht (90) verbunden ist.
Laufschaufel-Rückhaltesystem (62) nach Anspruch 1, wobei die Schicht des Fasermetalllaminats (78) mehrere Gehrungsschnitte (170) darin enthält, um eine Ausdehnung in einer Umfangsweise zu ermöglichen.
Laufschaufel-Rückhaltesystem (62) nach Anspruch 7, wobei die Schicht des Fasermetalllaminats (78) zusätzliche Lagen (156, 158, 160) in einem spezifizierten Bereich enthält.
Laufschaufel-Rückhaltesystem (62) nach Anspruch 1, wobei die Schicht des Fasermetalllaminats (78) an ihren Enden (98, 100) zusammengespleißt ist, um eine Ringform auszubilden.