IT9020230A1

IT9020230A1 - Complesso smorzatore per montante in motore a propulsione a getto

Info

Publication number: IT9020230A1
Application number: IT020230A
Authority: IT
Inventors: Guido Frosini; Kurt Thomas Hildebrand
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1989-09-07
Filing date: 1990-05-07
Publication date: 1991-11-07
Also published as: IL94196A0; GB2235733A; IT9020230A0; IT1240055B; FR2651535A1; GB9010083D0; DE4014575A1; SE468911B; CA2021088A1; SE9001589L; US5056738A; JPH03100334A; SE9001589D0; JPH066907B2

Description

DESCRIZIONE

dell'invenzione industriale avente per titolo: "Complesso smorzatore per montante in motore a propulsione a getto”.

RIASSUNTO

La presente invenzione è un complesso smorzatore contenuto in un montante sul telaio anteriore di un motore a propulsione a getto. Il complesso smorzatore è disposto entro il montante per smorzare vibrazioni del montante come risultato di impulsi di pressione di una corrente d'aria dovuta alle pale di ventilatore di primo stadio che provocano eccitazione del montante quando le pale di ventilatore funzionano almeno a velocità transoniche.

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda in generale montanti cavi di motori a propulsione a getto e, più particolarmente, un complesso smorzatore per un montante in un motore a propulsione a getto.

I motori a propulsione a getto comprendono una famiglia di motori noti come motori "transonici” a propulsione a getto. Questi motori transonici a propulsione a getto possono essere di tipo a turboventilatore capaci di funzionare a velocità transoniche o supersoniche. I motori transonici a propulsione a getto tipicamente contengono un telaio anteriore, il cui estremo a monte forma un ingresso dimensionato per fornire un predeterminato flusso di aria e un ventilatore direttamente dietro il telaio anteriore per comprimere un flusso di aria di ingresso. A valle del ventilatore c'è un motore centrale per bruciare combustibile mescolato con aria compressa allo scopo di produrre gas di combustione che sono scaricati per ottenere una forza propulsiva per il motore. Il telaio anteriore tipicamente contiene una carcassa o fascia cilindrica esterna colata, un sostegno circonferenziale interno o anello di mozzo e una pluralità di montanti fissi distanziati circonferenzialmente e sporgenti radialmente all'esterno disposti tra la carcassa cilindrica esterna e l'anello circonconferenziale interno di mozzo. Un irrigiditore interno di montante è disposto generalmente tra le pareti del montante per resistere ad ingobbamento delle pareti del medesimo montante.

Il ventilatore tipicamente contiene un rotore di ventilatore che fa ruotare una pluralità di complessi di pale in almeno una o più file o stadi. Durante il montaggio o il funzionamento del ventilatore possono esistere variazioni fisiche in o tra i complessi di pale. Per esempio, possono esistere variazioni come nella distanza dei complessi di pale circonferenzialmente attorno al rotore come per i bordi di attacco dei complessi di pale, per esempio intaccati o smussati.

Quando le pale di ventilatore sono fatte funzionare a velocità transoniche o supersoniche, queste variazioni fisiche nei complessi di pale del primo stadio del ventilatore producono impulsi o fluttuazioni di pressione di corrente d'aria noti come "toni puri multipli". Questi toni puri multipli passano in avanti ed eccitano il montante o fanno vibrare il montante alle sue frequenze naturali. Questo capita su una larga gamma di frequenze.

Un inconveniente della disposizione precedente è che una fatica a ciclo pesante può provocare incrinature dei montanti. L'incrinatura capita come risultato di eccitazione di prime frequenze naturali di flessione e torsione del montante non smorzate dovute ai toni puri multipli. Un altro inconveniente è una riparazione costosa dei montanti dovuta ad incrinature. Un vantaggio che fornisce la presente invenzione è una riparazione economica.

Perciò uno scopo principale della presente invenzione è di realizzare un montante nel quale un complesso smorzatore è installato per produrre smorzamento sufficiente a dissipare l'energia del montante provocata da eccitazione a toni puri multipli.

Pure uno scopo della presente invenzione è di realizzare un complesso smorzatore che riduca vibrazioni e incrinature del montante come risultato di toni puri multipli.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è di aumentare lo smorzamento del montante per le prime e seconde frequenze naturali di flessione e torsione.

Pure un ulteriore scopo della presente invenzione è di fornire uno smorzamento come accessorio per il montante e una maggior vita di servizio del telaio anteriore.

Detto in breve, i precedenti scopi sono raggiunti nella realizzazione preferita della presente invenzione nella quale un complesso unico smorzatore è contenuto in un montante sul telaio anteriore per un motore a propulsione a getto. Il complesso smorzatore è disposto entro il montante per smorzare vibrazioni del montante come risultato di impulsi di pressione di corrente d'aria provocanti eccitazioni del montante quando il ventilatore del motore a propulsione a getto funziona almeno a velocità soniche o superiori.

Di conseguenza, la presente invenzione produce sufficiente smorzamento per dissipare energia provocata da eccitazioni di montanti dovute a toni puri multipli. La presente invenzione fornisce un movimento relativo tra uno smorzatore e le pareti di montante. La presente invenzione fornisce anche una forza normale per smorzamento di Coulomb che capita all'interfaccia del motante e del complesso smorzatore per dissipare energia e ridurre incrinature dei montanti. Inoltre, il montante della presente invenzione fornisce uno smorzamento viscoelastico quando esposto a sollecitazioni di taglio provocate durante flessione o piegamento. Ancora inoltre, la presente invenzione aumenta lo smorzamento del montante per la prima e la seconda frequenza naturale di flessione e torsione.

Altri scopi, caratteristiche e pregi della presente invenzione saranno facilmente osservati quando la medesima diventa meglio capita con riferimento alla seguente descrizione considérata assieme con gli allegati disegni.

La figura 1 è una vista prospettica parziale di un talaio anteriore e di un ventilatore di un motore a propulsione a getto avente montanti incorporanti un complesso smorzatore secondo la presente invenzione.

La figura 2 è una vista in sezione del complesso smorzatore installato nel montante presa lungo una linea 2-2 di figura 1.

Considerando i disegni, nei quali numeri simili corrispondono ad elementi simili su tutti, si diriga prima l'attenzione alla figura 1. In figura 1, viene mostrato parzialmente un motore 10 a propulsione a getto, come un motore a propulsione a getto di tipo a turboventilatore. Si dovrebbe osservare che il motore 10 a propulsione a getto contiene delle pale di ventilatore, generalmente mostrato con 16, che può essere di tipo opportuno per funzionare a velocità transoniche o supersoniche.

Il motore a propulsione a getto 10 contiene un telaio anteriore, generalmente indicato con 12, il cui estremo a monte forma un ingresso 14 dimensionato per fornire un predeterminato flusso di aria. Il motore 10 a getto a propulsione contiene un ventilatore, generalmente indicato con 16, a valle del telaio antejiore 12. Il ventilatore 16 comprime il flusso d'aria dell'ingresso 14, del quale almeno una porzione è fornita a valle ad un motore centrale (non mostrato). Dietro il motore centrale, tipicamente, c'è una turbina di ventilatore (non mostrata) che si collega al ventilatore 16 mediante mezzi come un albero (non mostrato). Il motore centrale contiene un compressore a flusso assiale (non mostrato) che comprime o pressurizza l'aria uscente dal ventilatore, dal quale viene quindi scaricata ad un combustore (non mostrato). Nel combustore viene bruciato del combustibile per fornire dei gas di combustione ad alta energia che azionano una turbina (non mostrata) che, a sua volta, aziona il compressore. I gas di combustione passano quindi ad azionare la turbina di ventilatore che, a sua volta, aziona il ventilatore. Una descrizione più dettagliata del motore 10 a propulsione a getto viene esposta nel brevetto USA No. 3.879.941 di Sargisson o nel brevetto USA No.

4.080.783 di Koff ed altri, entrambi i quali sono ceduti al medesimo titolare della presente invenzione e il materiale rivelato in entrambi i brevetti viene qui incorporato per riferimento. Il ventilatore 16 contiene un primo stadio di ventilatore, o anteriore, contenente una pluralità di complessi 18 di pale di rotore che sono distanziate circonferenzialmente attorno ad un rotore di ventilatore 20. Ciascun complesso 18 di pale anteriore di rotore contiene una fascia a mezza altezza 22 estendentesi oltre l'intera corda della pala, in relazione di appoggio con le fasce a mezza altezza 22 di adiacenti complessi 18 di pale. Si dovrebbe osservare che il ventilatore 16 può contenere una pluralità di righe o stadi di complessi 18 di pale di rotore.

Il telaio anteriore 12 è posizionato direttamente davanti o a monte del rotore di ventilatore 20. Il telaio anteriore 12 contiene una carcassa o fascia 24 cilindrica esterna jcolata che forma l'ingresso 14. Il telaio anteriore 12 contiene una pluralità di montanti distanziati circonferenzialmente, generalmente indicati con 26, sporgenti radialmente all'esterno da un sostegno circonferenziale interno o anello di mozzo 28 verso la carcassa cilindrica esterna 24. Ciascun montante 26 può contenere un alettone di bordo di uscita o pala 30 di guida di ingresso posizionato direttamente dietro o a valle di ciascun montante 26. L'anello a mozzo circonferenziale interno 28 contiene un prolungamento conico 32 disposto internamente e in avanti per sostenere un cuscinetto anteriore 34 di albero o di ventilatore. Si dovrebbe osservare che i montanti 26 sono fissi rispetto alla carcassa cilindrica esterna 24 e all'anello a mozzo circonferenziale interno 28.

Considerando ora le figure 1 e 2, il montante 26 contiene una coppia di pareti di montante 36 che sporgono da un bordo di attacco arcuato 38 generalmente continuo verso un bordo di uscita aperto 40. Il montante 26 contiene un elemento estremo o di sostegno 42 generalmente sagomato a U disposto tra le pareti di montante 36 e chiudente il bordo di uscita 40. L'elemento di sostegno 42 è fissato alle pareti -di montante 36 mediante mezzi, come brasatura. Un irrigiditore interno di montante, generalmente indicato con 44, è disposto tra le pareti di montante 36 dal bordo di attacco 38 verso il bordo di uscita 40 del montante 26 e si estende radialmente lungo le pareti di montante 36. L'irrigiditore interno di montante 44 ha forma simile ad un nido d'api o ad un'onda quadra. L'irrigiditore interno di montante 44 si estende lungo l'asse neutro 46 del montante 26 disposto tra il bordo di attacco 38 e il -bordo di uscita 40, rispettivamente. L'irrigiditore interno di montante 44 divide l'intemo cavo del montante 26 in una pluralità di celle 48. Come mostrato in figura 2, ciascuna cella 48 è indicata da un numero di riferimento entro un cerchio punteggiato, cominciando con la cella 48 vicino al bordo di attacco 38 e numerate consecutivamente per 13 celle che finiscono vicino al bordo di uscita 40. Ciascuna cella 48 dell'irrigiditore interno di montante 44 è formata da pareti verticali SO generalmente inclinate su ciascun -estremo di una parete orrizontale 52. La parete orizzontale 52 è sagomata per seguire il contorno della superficie interna delle pareti di montante 36 ed è fissata alle pareti di montante 36 mediante mezzi come brasatura.

Considerando ancora le figure 1 e 2, viene mostrato un montante 26 contenente un complesso smorzatore, generalmente indicato con 54, secondo la presente invenzione. 11 complesso smorzatore 54 contiene uno smorzatore 56 configurato come un elemento di piastra stretto tra una prima canna di attrito 58 e una seconda canna di attrito 60. La prima e la seconda canna di attrito 58 e 60 sono generalmente sagomate in modo toroidale e si appoggiano contro le superfici delle pareti di montante 36 e contro la parete orizzontale 52 dell'irrigiditore interno di montante 44. Il primo tubo di attrito 58 è fatto di un materiale sostanzialmente anelastico avente spessore di parete di 0,305 mm (0,012 pollici) e un diametro esterno maggiore di 3,96 mm (0,156 pollici).

Lo smorzatore 56 è fatto di materiale elastomerico ed ha uno spessore di circa 1,27 mm (0,050 pollici). La seconda canna di attrito W è fatta di materiale sostanzialmente anelastico avente spessore di parete di -0,406 mm (0,016 pollici) e diametro esterno maggiore di 5,53 mm (0,218 pollici). Si dovrebbe osservare che si possono usare altri opportuni diametri e spessori di pareti dei materiali.

Come mostrato nella figure 1 e 2, il complesso smorzatore 54 è disposto nel montante 26 entro la cella 48 avente numero di riferimento 10. Il complesso smorzatore 54 si estende radialmente lungo il montante 26 ed è orientato in modo che lo smorzatore 56 è sfalsato tra un asse neutro 62 di smorzatore e l'asse neutro 46 del montante per fornire un movimento relativo tra il complesso smorzatore 54 e le pareti di montante 36. Si dovrebbe notare che l'asse neutro 62 di smorzatore può essere posizionato sopra o sotto l'asse neutro di montante 46. Si dovrebbe osservare che il complesso smorzatore 54 è disposto in una zona di grande depressione delle pareti di montante 36 e si può estendere solo parzialmente in senso radiale sulla lunghezza del montante 26. Si dovrebbe anche osservare che il complesso smorzatore 54 può essere posizionato in una cella 48 avente differente numero di riferimento. Si dovrebbe ulteriormente osservare che si può usare più di un complesso smorzatore 54. Si dovrebbe ancora ulteriormente osservare che il complesso smorzatore 54 può essere usato con qualsiasi opportuno irrigiditore di montante.

Nel funzionamento, si possono produrre dei toni puri multipli mediante variazioni fisiche dei complessi 18 di pale di primo stadio quando le -pale di ventilatore funzionano a velocità transoniche o supersoniche. I toni puri multipli si muovono in avanti per eccitare ofar vibrare i montanti 26. Questo produce piegamento o movimento di flessione e/o di torsione delle pareti di montante 36. Lo smorzatore 56 si flette come risultato -del movimento obbligando una parte dei tubi di attrito 58 e 60 a raschiare per contatto lungo le pareti di montante 36. Come risultato, i tubi di attrito 58 e 60 assorbono e dissipano l'energia provocata dall'eccitazione del montante.

Di conseguenza, il complesso smorzatore 54 consente che avvenga uno smorzamento di Coulomb per dissipare l'energia all'interfaccia del complesso smorzatore 54 e delle pareti di montante 36. Il complesso smorzatore 54 aumenta significamente lo smorzamento del montante 26 per la prima e la seconda frequenza naturale di flessione o piegamento o dì torsione. Il materiale elastomerico dello smorzatore 56 fornisce una forza normale per lo smorzamento di Coulomb in aggiunta allo smorzamento viscoelastico quando esposto a sollecitazioni di taglio provocate durante piegamento o flessione dello smorzatore 56 a causa dell'eccitazione di montante provocata dai toni puri multipli.

La presente invenzione è stata descritta in un modo illustrativo. Si dovrebbe capire che la terminologia che è stata usata si intende nella natura delle parole o della descrizione piuttosto che per limitazione.

Ovviamente, parecchie modifiche e variazioni della presente invenzione sono possibili alla luce dei precedenti insegnamenti. Per esempio, la presente invenzione può essere applicata a qualsiasi profilo aerodinamico cavo statico, che comprende montanti o pale, il quale sia a monte di una pala rotante. Una tale realizzazione può essere una pala di guida di ingresso cava davanti ad un ventilatore montato posteriormente, un'altra è una pala cava davanti ad una pala di compressore. Perciò, si deve capire che entro il campo delle seguenti rivendicazioni, la presente invenzione può essere realizzata altrimenti di quanto particolarmente descritto.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Complesso di montante per un motore a propulsione a getto avente un telaio anteriore formante un ingresso e pale dì ventilatore disposte a valle del telaio anteriore e un motore centrale disposto a valle delle pale di ventilatore, il complesso di montante estendendosi radialmente tra una carcassa cilindrica esterna e un anello a mozzo circo nferenziale interno del telaio anteriore, detto complesso comprendendo: mezzi disposti entro detto montante per smorzare vibrazioni del montante come risultato di impulsi di pressione <li correnti d'aria dal ventilatore eccitanti il montante quando le pale di ventilatore funzionano ad almeno velocità transoniche.
2. Il complesso di montante, come esposto in rivendicazione 1 nel quale detti mezzi smorzatori comprendono una coppia di tubi di attrito distanziati disposti ed estendentesi radialmente lungo una coppia di pareti del montante e uno smorzatore disposto tra ed estendentesi radialmente lungo detta coppia di tubi di attrito distanziati.
3. Complesso di montante, come esposto in rivendicazione 2, nel quale detto smorzatore è un elemento di piastra rettangolare.
4. Complesso di montante, come esposto in rivendicazione 2, nel quale detto smorzatore è fatto di materiale elastomerico.
5. Complesso di montante, come esposto in rivendicazione 2, nel quale detti tubi di attrito sono sagomati a forma toroidale.
6. Complesso di montante, come esposto in rivendicazione 5, nel quale una di dette coppie di tubi di attrito distanziati ha un -diametro maggiore superiore ad un diametro maggiore del lato di detta coppia di tubi di attrito distanziati.
7. Complesso di montante, come -esposto in rivendicazione 2, nel quale detta coppia di tubi di attrito distanziati è fatta di materiale sostanzialmente anelastico.
8. Complesso smorzatore da usare in un montante su un motore a propulsione a getto, il montante -contenendo una coppia di parep distanziate estendentesi tra un bordo di attacco e un bordo di uscita e un irrigiditore di montante disposto tra dette pareti e formante una pluralità di celle, detto complesso smorzatore comprendendo: una coppia di tubi di attrito distanziati disposti entro almeno una delle celle; mezzi formanti uno smorzatore disposto attorno a detta coppia di tubi di attrito per flettersi allo scopo di toccare una porzione di detta coppia di tubi di attrito distanziati con almeno una di dette pareti laterali per smorzare l'eccitazione del montante.
9. Il complesso smorzatore come esposto in rivendicazione 8, nel quale detti mezzi smorzatori comprendono uno smorzatore fatto di materiale elastomerico.
10. Il complesso smorzatore, come esposto in rivendicazione 9, nella quale detta coppia di tubi di attrito distanziati è fatta di materiale sostanzialmente anelastico.
11. Il complesso smorzatore, come esposto in rivendicazione 10, nel quale detta -coppia di tubi di attrito distanziati è sagomata a forma toroidale.
12. Compleso smorzatore, come esposto in rivendicazione 11, nel quale uno di detta coppia di tubi di attrito distanziati ha diametro maggiore superiore ad un diametro maggiore dell'altro di detta coppia di tubi di attrito distanziati.
13. Il complesso smorzatore, come esposto in rivendicazione 12, nel quale detto smorzatore è sagomato come un elemento piano.
14. Complesso di montante per un motore a propulsione a getto contenente un telaio anteriore fermante un ingresso per un flusso d'aria di ingresso, un ventilatore disposto a valle del telaio anteriore per comprimere il flusso d'aria d'ingresso, un motore centrale disposto a valle del ven|ilatore per ricevere il flusso d'aria di ingresso compresso dal ventilatore, il ventilatore avendo un rotore e una pluralità di complessi di pale disposti circonferenzialmente attorno al rotore e il telaio anteriore avendo una carcassa cilindrica esterna e un anello a mozzo circonferenziale interno distanziato radialmente dalia carcassa cilindrica esterna, il complesso di montante estendendosi radialmente tra la carcassa cilindrica esterna e l'anello a mozzo circonferenziale interno, detto complesso di montante comprendendo: una coppia di pareti distanziate estendentesi tra un bordo di attacco e un bordo di uscita; un irrigiditore di montante disposto tra dette pareti e detti bordi di attacco e di uscita per formare una pluralità di celle; mezzi disposti entro almeno una di dette celle per smorzare vibrazioni di detto montante come risultato di impulsi di pressione dai complessi di pale provocanti eccitazione di detto montante quando le pale di ventilatore funzionano ad almeno velocità transoniche.
15. Complesso di montante, come esposto in rivendicazione 14, nel quale detti mezzi smorzatori comprendono un primo e un secondo tubo di attrito e uno smorzatore disposto tra detti tubi di attrito.
16. Complesso di montante, xome esposto in rivendicazione 15, nel quale detto smorzatore è fatto di materiale elastomerico.
17. Complesso di montante, come esposto in rivendicazione 16, nel quale detto primo e secondo tubo di attrito sono fatti di materiale sostanzialmente anelastico.
18. Complesso di montante, come esposto in rivendicazione 17, nel quale detto primo e secondo tubo di attrito sono sagomati a forma torroidale.
19. Complesso di montante, come esposto in rivendicazione 18, nel quale detto secondo tubo di attrito ha un diametro maggiore superiore ad un diametro maggiore di detto primo tubo di attrito.
20. Complesso di montante, come esposto in rivendicazione 19, nel quale detto smorzatore è sagomato come un elemento piano.
21. Complesso di profilo aerodinamico statico cavo per turbomotore a gas disposto a monte di pale rotanti, detto complesso comprendendo: mezzi disposti entro detto profilo aerodinamico per smorzare vibrazioni del profilo aerodinamico come risultato di impulsi di pressione di corrente d'aria dal ventilatore eccitanti il profilo aerodinamico quando le pale di ventilatore funzionano almeno a velocità transoniche.
22. Complesso di profilo aerodinamico, come esposto in rivendicazione 21, nel quale detti mezzi smorzatori comprendono una coppia di tubi di attrito distanziati disposti ed estendentesi radialmente tra una coppia di pareti del profilo aerodinamico e uno smorzatore disposto tra ed estendentesi radialmente lungo detta coppia di tubi di attrito distanziati.
23. Complesso aerodinamico, come esposto in rivendicazione 22, nel quale detto smorzatore è un elemento piano rettangolare.
24. Complesso aerodinamico, come esposto in rivendicazione 22, nel quale detto smorzatore è fatto di materiale elastomerico.
25. Complesso aerodinamico, come esposto in rivendicazione 23, nel quale detti tubi di attrito sono sagomati a forma toroidale. .
26. Complesso aerodinamico, come esposto in rivendicazione 25, nel quale uno di detta coppia di tubi di attrito distanziati ha diametro maggiore superiore ad un diametro maggiore dell'altro di detta coppia di tubi di attrito distanziati.
27. Complesso aerodinamico, come esposto in rivendicazione 25, nel quale detta coppia di tubi di attrito distanziati è fatta di materiale sostanzialmente anelastico,