SE528006C2 - Statisk gasturbinkomponent och förfarande för reparation av en sådan komponent - Google Patents

Description

528 006 _ 2 _ Gasströmmen strömmar akterut och passerar genom högtrycksturbinen, rotationsdriver den och högtrycksaxeln, som i sin tur roterande driver högtryckskompressorn.

Gasströmmen som lämnar högtrycksturbinen expanderas via làgtrycksturbin. rotationsdriver fläkten làgtrycksaxel, en andra turbin, eller Làgtrycksturbinen 0Ch tillsatskompressorn via en Vilka bildar utsträcker sig genom högtrycksrotorn. producerade dragkraften Motorramar används för att stödja och bära upp lagren, vilka i tur roterbart stödjer Konventionella turbofläktrotorer har en fläktram. en samtliga làgtrycksrotorn. Lágtrycksaxeln Det mesta av den genereras av fläkten.

IOCOIeIna . sin mittram och en akterturbinram.

Motorn är monterad pà flygplanet vid ett framtill lokaliserat fläktramframmonteringssäte pà fläktramen och vid ett baktill lokaliserat turbinramaktermonteringssäte pà turbinramen.

Den strukturella styrkan hos gasturbinmotorn hänger pá ett begränsat antal motorstrukturer, också kända som inneslutningar eller hus. Dessa strukturer representerar därför motorns skelett. Strukturerna är högt belastade drift. innefattar vanligtvis ett lagerhus för motoraxlarna, en under motorns Strukturerna gasflödeskanal i form av en ringformad ledning samt vilka bildar länken nællan motorns Sàledes tvingas luften bakat stöttor. uppfinningsenliga gasturbinkomponenten bildar en sådan radiella stöttor, inre och yttre delar. mellan Den genom öppningarna angränsande struktur.

Flygplansmotorer bör vara så lätta som möjligt. För att bygga sä lätta motorer som möjligt, bör motorns icke- roterande, belastningsöverförande, strukturella delar 528 006 vara så styva och stela som möjligt. Ett sätt att uppnå detta är att använda kompositer, beroende på det faktum att de har en hög specifikt styvhet och styrka.

Flygplansmotorer måste vara förmögna att arbeta under olika belastningsfall och vissa omständigheter för att fungera säkert. Ett specifikt problem är så kallad främmande objekt-skada (FOD). En kategori av FOD:er är fåglar hagel sugs in genom motorintaget träffar en stötta (lokaliserad antingen före eller efter fläkten). Om stöttan inte är anordnad för att överföra belastningar under drift, kan när partiklar, eller och försämrad mekanisk funktionalitet accepteras, men om stöttan är anordnad för att överföra belastningar under drift, måste den antingen vara tillräckligt stark för att tåla de operativa belastningarna med en försämrad mekanisk funktionalitet eller repareras eller bytas ut.

Beroende på den geometriska komplexiteten och risken för geometriskt utsträckta skador, är det svårt att göra lokala reparationer.

SAMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en statisk gasturbinkomponent som innefattar ett inre ringformat stödelement, ett yttre ringformat stödelement samt ett flertal över omkretsen med mellanrum anordnade radiella stöttor arrangerade mellan nämnda betingelser för enkel reparation när den. har blivit stödelement, med en design som skapar skadad under användning.

Detta syfte uppnås genom att var och en av ett flertal av nämnda stöttor innefattar kärna som är fast förankrad vid både det inre och det yttre stödelementet och bildar en enhetlig stomme med elementen, en belastningsbärande ett anslagsmotstándskraftigt skal som omger 528 006 kärnan samt ett energiabsorberande material arrangerat mellan kärnan och skalet.

Sàledes bildar stommen en enhetlig belastningsöverförande struktur. I händelse av att ett främmande objekt kolliderar med en stötta, är det anslagsmotstàndskraftiga skalet designat för att stä emot en. mindre anslagsenergi utan. att bli skadat. I händelse av en större anslagsenergi, kommer skalet att bli svárt skadat, medan det energiabsorberande materialet komer att absorbera en större del av anslagsenergin. Pä detta sätt skyddas den belastningsöverförande kärnan även mot stora energianslag. Således kan stommen bibehàllas intakt under användning.

Skalet och det energiabsorberande materialet är lösgörbart förbundna med den belastningsöverförande stommen. När det således är tid för reparation, avlägsnas skalet och det energiabsorberande materialet det vill avlägsnas fràn stommen, vilket lämnar stommen homogen, del. Skalet medan det energiabsorberande säga i form av en enda företrädesvis mekaniskt, materialet kan avlägsnas mekaniskt eller kemiskt.

Ett nytt anslagsmotstàndkraftigt skal och ett nytt energiabsorberande material anbringas därefter pà den begagnade enhetliga stommens kärnor.

Enligt en bildar det energiabsorberande materialet en kontinuerlig struktur Således omger det energiabsorberande fullständigt kärnan i ett stöttan, vilket skapar ett avstånd mellan skalet och kärnan runt hela dess omkrets. fullständigt inbäddad i materialet. föredragen utföringsform runt kärnan. materialet tvärsnitt av Med andra ord är kärnan det energiabsorberande 528 006 Enligt en föredragen utföringsform innefattar det energiabsorberande materialet en polymerkomposit. Detta skapar betingelser för en lätt, styv och stark struktur.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att tillhandahålla ett tids- och/eller kostnadseffektivt statiska förfarande för reparation av den gasturbinkomponenten.

Detta uppnàs genom att efter användning av komponenten, avlägsnas det begagnade anslagsmotstàndskraftiga skalet och det begagnade energiabsorberande materialen i varje stötta frán varje kärna i den enhetliga stommen, och genom att ett nytt anslagsmotstàndkraftigt skal och ett nytt energiabsorberande material anbringas pá den begagnade enhetliga stommens kärnor.

Ytterligare fördelaktiga ytterligare fördelar med uppfinningen framgår frán den utföringsformer och detaljerade beskrivningen nedan och patentkraven.

KORT RITNINGSBESKRIVNING Uppfinningen kommer att förklaras nedan, med hänvisning till utföringsformerna visade i de bifogade ritningarna, vari FIG 1 illustrerar en flygplansmotor i en schematisk skuren sidovy, FIG 2 illustrerar en statisk gasturbinkomponent i flygplansmotorn i Figur l i en perspektivistisk VY, FIG 3 illustrerar en stötta i gasturbinkomponenten i Figur 2 i tvärsnitt, och FIG 4 illustrerar en genomskuren del av stöttan i Figur 3.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN 528 006 att beskrivas för en turbofläktgasturbinflygplansmotor 1, Uppfinningen kommer nedan som i Figur 1 är omskriven kring en motors longitudinella centralaxel 2.

Motorn 1 innefattar en yttre kapsling 3, eller gondol, en inre kapsling 4 samt en mellanliggande kapsling 5, vilken är koncentrisk med de första båda kapslingarna och delar upp gapet mellan dem i en inre primär gaskanal 6 för komprimeringen av luft och en sekundär vilken motorförbiledningsluft strömmar. 7 ringformad i kanal 7, i Sàledes är var och en av gaskanalerna 6, ett tvärsnitt vinkelrätt mot motorns longitudinella centralaxel 2.

Motorn 1 innefattar en fläkt 8, som mottar omgivande luft 9, en tilläggs- eller làgtryckskompressor (LPC) 10 (HPC) en brännkanunare 12 som blandar och en högtryckskompressor 11 arrangerad i den primära gaskanalen 6, bränsle med luften trycksatt av högtryckskompressorn 11 för att alstra förbränningsgaser vilka strömmar nedströms genom en högtrycksturbin (HPT) 13 och en lágtrycksturbin (LPT) 14 frán vilken förbränningsgaserna avges fràn motorn.

En högtrycksaxel förbinder högtrycksturbinen 13 med 11, att bilda en förbinder högtryckskompressorn för högtrycksrotor. En làgtrycksaxel làgtrycksturbinen 14 med. làgtryckskompressorn. 10, för att blida en lágtrycksrotor. 11, brännkammaren 12 och högtrycksturbinen 13 refereras kollektivt åtminstone delvis roterbart anordnad koaxiellt med och Till högtryckskompressorn som en kärnmotor. Làgtrycksaxeln är radiellt inát om högtrycksrotorn.

En belastningsbärande motorstruktur 15, refererad till som en statisk komponent, är arrangerad mellan làgtryckskompressorn 10 och högtryckskompressorn 11 i motorns 1 axiella riktning. Den belastningsbärande statiska komponenten är också känd som en kapsel, ett i det följande 528 006 _ 7 _ hus, struktur eller ram. Komponenten 15 är högt belastad under vissa perioder av motorns normala driftscykel.

Figur 2 illustrerar en. perspektivistisk vy över den belastningsbärande statiska komponenten 15. Den statiska komponenten 15 innefattar ett ringformat mellanliggande, eller delande, element 16, vilket definierar inre och yttre ringformade passager 17, 18.

Den inre passagen 17 bildar en del av flygplansmotorns inre primära gaskanal 6, och den yttre passagen 18 bildar en del av den sekundära kanalen 7, i vilken motorförbiledningsluft strömmar.

Det ringformade mellanliggande elementet 16 är mellan ett stödelement 19 ringformat stödelement 20 stöttat genom ett flertal inre ringformat och ett yttre runt omkretsen med mellanrum anordnade radiella inre 22, och yttre stödelementen 19, och yttre stöttor 21, eller statorplattor. De inre och det ringformade mellanliggande elementet 16 är koannulära.

Motsatta ändar av de inre stöttorna 21 är stelt förbundna med det inre ringformade elementet 19 och det att nämnda element. stöttorna 22 är stelt förbundna med det mellanliggande elementet 16 och det att strukturella belastningar mellan nämnda element. mellanliggande elementet 16, för överföra strukturella belastningar mellan Motsatta ändar av de yttre yttre för överföra ringformade elementet 20, Luften tvingas bakåt genom öppningar mellan angränsande stöttor 21, 22. har, Var och en av de yttre stöttorna 22 längs sin längd, ett bäryteformat tvärsnitt, se Figur 3, sà att luften tvingad bakàt genom öppningarna mellan angränsande stöttor pà ett konventionellt sätt flödesförstärks före nedströmskomponenter i motorn. axiellt dess inträde i 528 006 Figur 3 illustrerar en av nämnda yttre belastningsbärande stöttor 22 i tvärsnitt. Stöttan 22 kärna 24, ett som omger kärnan, belastningsbärande skal 25, energiabsorberande material 26 En framkant 27 pä innefattar en anslagsmotständskraftigt Samt ett mellan kärnan 24 och skalet 25. arrangerat stöttan innefattar en metallisk del 28, sàsom en beläggning, för förbättrad anslags- och erosionsmotstàndskraft. Nämnda del 28 kan som ett alternativ bestå av ett icke-metalliskt material.

Den belastningsbärande kärnan 24 är formad av ett làngsträckt balkelement som utsträcker sig i stöttans Kärnan 24 har en med en väsentligt längre 22 longitudinella riktning. lángsträckt tvärsnittsform, utsträckning i riktningen fran framkanten 27 pà stöttan 22 mot dess bakkant 29 än i. en, riktning tvärs över stöttan. Kärnan är väsentligen rektangulär i tvärsnitt. stelt fastsatt vid bade det ringformade stödelementet 20 och det mellanliggande vilket bildar en enhetlig stomme med Med endelskonstruktion.

Kärnan 24 är yttre elementet 16, elementen. andra ord är stommen av en Det kontinuerlig struktur runt kärnan 24 och är i kontakt energiabsorberande materialet 26 bildar en med bade kärnan 24 och skalet 25 i en radiell riktning för stöttan 21. Nämnda material 26 skapas företrädesvis av ett polymerskum. Det energiabsorberande skummet 26 bör ha höga termiska egenskaper och vara lättviktigt.

Det lättviktiga materialet kan vara ett cellskum. Som ett specifikt exempel kan det lättviktiga materialet vara ett polymetakrylamidhàrdskum. skalet 25 som omger kärnan 24 bildar en och det Det anslagsmotstándskraftiga kontinuerlig struktur 528 006 energiabsorberande materialet 26. Skalet 25 innefattar en polymerkomposit. Polymerkompositskalet 25 innefattar en fiberstruktur som innefattar ett flertal fibrer 27 inbäddade i ett polymermatrismaterial 28, se Figur 4.

Fiberstrukturen 27 löper igenom matrismaterialet 28 i stöttans 22 longitudinella riktning. Matrismaterialet skapas företrädesvis i en härdbar polymer, ett härdplastmaterial och lämpligen en epoximatris.

Nämnda fibrer 27 bildas företrädesvis av kolfibrer, alternativt av glasfibrer. speciellt Enligt ett alternativ eller komplement till utföringsformen beskriven ovan, har de inre ringformade runt omkretsen med mellanrum anordnade stöttorna 21 designen visad i Figur 3 och beskriven ovan.

Uppfinningen avser också ett förfarande för reparation av den statiska gasturbinkomponenten 15. Efter användning av komponenten 15, avlägsnas det begagnade anslagsmotstándkraftiga skalet 25 och det begagnade energiabsorberande materialet 26 i varje stötta 21 frän varje kärna 24 i den enhetliga stommen, och därefter ett nytt anslagsmotstàndskraftigt skal och ett nytt energiabsorberande material pà den begagnade anbringas enhetliga stommens kärnor.

Enligt ett första exempel pà reparationsförfarandet bildas åtminstone semistyv icke-kontinuerlig' omkretsstruktur. det nya energiabsorberande materialet av en Strukturen innefattar en öppning för mottagning av kärnan, och det nya energiabsorberande materialet flyttas relativt kärnan, sä att kärnan mottas i öppningen. Den energiabsorberande strukturen kan ha en skära vid sin bakre ände för mottagning av kärnan, genom att sektionerna som definierar skaran tvingas isär. Efter' positionering' av det nya semistyva icke- kontinuerliga energiabsorberande materialet runt 528 006 _10.. kärnan, anbringas skalet runt det energiabsorberande materialet.

Enligt ett andra exempel pà reparationsmetoden bildas det nya skalet av en àtminstone semistyv icke- kontinuerlig omkretsstruktur. Kärnan positioneras inuti den semistyva strukturen och fixeras i den önskade positionen i förhållande till strukturen. Det nya energiabsorberande materialet i form av skum injiceras in i den styva strukturen, vilket fyller upp utrymmet mellan kärnan och den styva strukturen.

Enligt ett tredje exempel pà reparationsmetoden kan skalet bildas av tvà delar. En första relativt stel men flexibel del i form av en icke-kontinuerlig' struktur positioneras runt kärnan. Den första delen kan ha en skära vid sin bakre ände för mottagning av kärnan genom att armarna som definierar skàran tvingas isär. En andra skaldel positioneras därefter utanför den första delen, vilket bildar en stel, kontinuerlig struktur.

Den andra delen kan anbringas i form av en tejp eller en film. Det nya energiabsorberande materialet i form av skum injiceras därefter in i skalstrukturen, vilket fyller upp utrymmet mellan kärnan och skalstrukturen.

Kompositstrukturen härdas därefter.

Enligt ett alternativt exempel positioneras ett gjutverktyg med en inre form som väsentligen motsvarar skalets inre form runt den blottade, begagnade kärnan, och det energiabsorberande materialet gjuts i utrymmet definierat av kärnan och verktyget. Därefter avlägsnas gjutverktyget, och skalet arrangeras därefter runt det energiabsorberande materialet och förbinds med det energiabsorberande materialet genom att tryck och/eller värme appliceras pà skalet.

Uppfinningen är inte pà nàgot sätt begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna, i stället är ett 528 006 _ 11 _ antal alternativ och modifikationer möjliga utan att frångå de följande patentkravens omfattning.

Nämnda energiabsorberande material 26 kan, som ett alternativ, ett icke-injicerbart lättviktigt material, såsom balsaträ. bildas av annat Enligt en alternativ utföringsform är inte alla stöttor i den inre och/eller yttre följden av över omkretsen med mellanrum anordnade stöttorna designade på det ovan beskrivna sättet. En eller flera stöttor i en följd kan ha en annorlunda design, så ihålig för såsom mædel för påfyllning och som vara husservicekomponenter, urtappning av olja och/eller luft, för husinstrument, såsom elektriska och nætalliska kablar för överföring uppmätt och/eller kan ha en symmetrisk av information som avser tryck temperatur etc. Stöttorna bäryteform i tvärsnitt för att påverka gasflödet så lite som möjligt. följd av över StÖtt0r I en komponent som innefattar en omkretsen med mellanrum anordnade med annorlunda design, säkerställer således stöttorna med den uppfinningsenliga designen en belastningsbärande designade stöttor funktion medan andra, annorlunda enbart kan ha en aerodynamisk funktion. Åtminstone vissa av dessa aerodynamiska stöttor kan vara solida.

Kärnan är i den visade utföringsformen utformad av ett solitt balkelement med ett väsentligen rektangulärt tvärsnitt. Som ett alternativ kan balkelementet ha en annorlunda tvärsnittsform, såsom elliptiskt eller bäryteformad. Som ett ytterligare alternativ kan balkelementet vara ihåligt.

Enligt en alternativ utföringsform finns det inte något mellanliggande element arrangerat mellan de inre och yttre ringformade elementen. I denna utföringsform är 528 006 _ 12 _ enbart en följd av över omkretsen med mellanrum anordnade radiella stöttor arrangerad mellan. de inre och yttre ringformade elementen. Motstàende ändar av stöttorna förbinds sedan stelt med bade de inre och de yttre ringformade elementen.

Enligt en ytterligare alternativ utföringsform innefattar komponenten visad i Figur 2 tvà separata första enhet det inre ringformade elementet, en inre del av det ringformade enheter. En innefattar mellanliggande elementet och den inre följden av över omkretsen med mellanrum anordnade stöttor. En andra enhet innefattar en yttre del av det ringformade mellanliggande elementet, det ringformade yttre elementet och den yttre följden av över omkretsen med stöttor. I innefattar den första enheten en första stomme som mellanrum anordnade denna utföringsform innefattar kärnorna i de inre stöttorna, och den andra stomme som innefattar Den andra enheten, är radiellt utanför den första enheten innefattar en andra kärnorna i de yttre stöttorna. förbunden enheten som bildar komponenten.

Enligt ett ytterligare alternativ till den sistnämnda enbart de bàda enheterna designad med de uppfinningsenliga stöttorna utföringsformen är en av separata visade i Figur 3 och beskrivna ovan. Den andra enheten innefattar stöttor med en konventionell design.

Den statiska kan naturligtvis till exempel i turbinsektionen, mellan högtrycksturbinen och gasturbinkomponenten också anbringas vid andra positioner i motorn, làgtrycksturbinen. En ytterligare alternativ' position för komponenten är fläkten. vid motorintaget uppströms om Designen pà kompositskalet kan vara skild fràn designen visad i ritningarna. Till exempel kan 528 006 _13- fiberarrangemanget vara annorlunda. Till exempel kan flera lager av flera fibrer vara arrangerade.

Claims (19)

10 15 20 25 30 35 528 006 _ 14 _ PATENTKRAV

1. Statisk gasturbinkomponent (15) innefattande ett inre och ett yttre ringformat stödelement (16, 19, 20) samt ett flertal över omkretsen med mellanrum anordnade radiella stöttor (21, 22) arrangerade mellan nämnda stödelement (16, 19, 20) för överföring av strukturella belastningar, kánnetecknad av' att var och. en av ett flertal av nämnda stöttor (21, 22) innefattar (24) som är inre och det och bildar en enhetlig fast yttre - en belastningsbärande kärna förankrad vid bade det stödelementet (16, 19, 20) stomme med stödelementen, - ett anslagsmotstándskraftigt skal (25) som omger kärnan (24), och - ett energiabsorberande material (26) arrangerat mellan kärnan (24) och skalet (25).

2. Statisk gasturbinkomponent enligt patentkrav 1, kännetecknad av att det energiabsorberande materialet (26) bildar en kontinuerlig struktur runt kärnan (24).

3. Statisk gasturbinkomponent enligt patentkrav 1 eller 2, kânnetecknad av att det energiabsorberande materialet (26) är i kontakt med både kärnan (24) skalet (25) i en radiell riktning av stöttan (21, 22). och

4. Statisk gasturbinkomponent enligt nagot av föregående patentkrav, kännetecknad av att det energiabsorberande materialet (26) är bildat av ett skum.

5. Statisk gasturbinkomponent enligt nagot av föregående patentkrav, kännetecknad av att det anslagsmotstándskraftiga skalet (25) innefattar en polymerkomposit.

6. Statisk föregående gasturbinkomponent enligt kännetecknad av något av patentkrav, att det 10 15 20 25 30 35 528 006 _ 15 _ anslagsmotstàndskraftiga skalet (25) bildar en kontinuerlig struktur runt kärnan (24).

7. Statisk gasturbinkomponent enligt något av föregående patentkrav, kännetecknad av att kärnan (24) är bildad av en lángsträckt balk som sträcker sig i en longitudinell riktning för stöttan (21, 22).

8. Statisk gasturbinkomponent enligt patentkrav 7, kännatecknad av att stöttan (21, 22) har en làngsträckt tvärsnittsform, och att balken (24) har en lángsträckt tvärsnittsform som utsträcker sig i den längsgående riktningen för stöttans làngsträckta tvärsnittsform. nágot av att ett är arrangerat mellan de inre och yttre stödelementen (19, 20), och att det mellanliggande elementet (16) mellan nämnda element (19, 20) är stöttat av tva följder av radiella yttre och inre stöttor (21, 22).

9. Statisk föregående gasturbinkomponent enligt kânnetecknad av (16) patentkrav, ringformat mellanliggande element statisk enligt nàgot av föregående

10. Gasturbin (1) innefattande en gasturbinkomponent (15) patentkrav. statisk gasturbinkomponent (15) enligt nàgot av patentkraven 1- 9.

11. Flygplansmotor (1) innefattande en

12. Förfarande för statiska gasturbinkomponenten 1-9, komponenten reparation av den (15) kfinnetecknat av (15) anslagsmotstándskraftiga skalet enligt nàgot av patentkraven att avlägsnas (25) energiabsorberande materialet (26) 22) fràn varje kärna (24) i den enhetliga stommen, av att ett nytt anslagsmotstándskraftigt skal och ett efter användning av det och det begagnade (21, och begagnade i varje stötta 10 15 20 25 30 35 528 006 _ 16 _ nytt energiabsorberande material anbringas pà den begagnade enhetliga stommens kärnor.

13. Förfarande enligt patentkrav 12, kännetecknat av att det nya skalet bildas av en. ätminstone semistyv icke-kontinuerlig omkretsstuktur, att kärnan positioneras i den semistyva strukturen och fixeras i den önskade positionen i förhållande till strukturen, samt att det nya energiabsorberande materialet positioneras i utrymmet mellan kärnan och den styva strukturen.

14. Förfarande enligt patentkrav 12 eller 13, kännetecknat av att det nya energiabsorberande materialet bildas av en åtminstone semistyv icke- kontinuerlig omkretsstruktur, att strukturen innefattar en öppning för nmttagning av kärnan, och att det nya energiabsorberande materialet flyttas relativt kärnan, sà att kärnan mottas i öppningen.

15. kânnetecknat av att efter positionering av det nya semistyva icke- Förfarande enligt patentkrav 14, kontinuerliga energiabsorberande materialet runt kärnan anbringas skalet runt det energiabsorberande materialet. kännetecknat av att det nya energiabsorberande materialet, vilket fyller upp utrymmet mellan kärnan och den styva strukturen.

16. Förfarande enligt patentkrav 13, i form av skum, injiceras i. den styva strukturen, kännetecknat av med en inre form som väsentligen

17. Förfarande enligt patentkrav 12, att ett gjutverktyg, motsvarar skalets inre form, positioneras runt kärnan, att det utrymmet definierat av kärnan och verktyget. och energiabsorberande materialet gjuts i 528 006 _17..

18. Förfarandet enligt patentkrav 17, kännetecknar. av gjutverktyget avlägsnas, och att skalet därefter arrangeras runt det energiabsorberande materialet.

19. Förfarande enligt patentkrav 18, kännetecknat av skalet förbinds med det energiabsorberande materialet genom att tryck och/eller värme appliceras pá skalet.