DE3704197C1 - Demontierbarer Berstschutzring - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Berstschutzring für Gehäuse von Turbotriebwerken in von Schaufelbruch gefährdeten Bereichen.

Beim Betrieb von Turbotriebwerken besteht die Gefahr, daß Schaufeln von Turbinen oder Verdichtern brechen. Bei einem Schaufelbruch haben diese Bruchstücke aufgrund der üblicherweise hohen Rotordrehzahl erhebliche Energie, wodurch sie im wesentlichen tangential nach außen geschleu­ dert werden. Dabei besteht die Gefahr, daß die Bruchstücke das Triebwerksgehäuse durchschlagen und erheblichen Scha­ den anrichten. Insbesondere bei Flugtriebwerken können lebensnotwendige Treibstoff- oder Hydraulikleitungen beschädigt werden, wodurch es zu einem Absturz des Flug­ gerätes kommen kann, oder Bruchstücke dringen in den Fluggastraum ein und verletzen Flugzeuginsassen.

Zur Vermeidung dieser Folgen werden üblicherweise die Turbinengehäuse an den gefährdeten Stellen ausreichend verstärkt. Infolge der zunehmenden Schaufelblattenergie in neuzeitlichen Triebwerken aufgrund der immer mehr zunehmenden Drehzahlen müßten jedoch die Gehäusewandstär­ ken und damit das Triebwerksgewicht immer mehr erhöht werden, um ausreichenden Schutz zu gewährleisten. Ins­ besondere für moderne Fan-Triebwerke sind daher Berst­ schutzringe bekannt, die zumindest teilweise aus leichten Materialien mit hoher Festigkeit und Energieaufnahme wie z. B. Aramidfasern bestehen. Hierdurch läßt sich eine hohe Schutzwirkung mit geringem Berstschutzring­ gewicht vorteilhaft vereinen.

Bei Überholung oder Reparaturen an Triebwerksgehäusen müssen jedoch vielfach Maßnahmen wie Rißprüfung oder galvanische Verfahren durchgeführt werden, die eine vor­ übergehende Entfernung des Berstschutzringes erfordern. Häufig ist die Entfernung des Berstschutzringes durch axiales Verschieben problematisch, da die Gehäuseringe beidseitige Verschraubungsflansche aufweisen, die ein Verschieben des Berstschutzringes wesentlich erschweren.

Die fasertechnische Fertigungstechnologie von Berstschutz­ ringen erfordert andererseits ein Warmaushärten der Harz­ matrix. Dabei entstehen bei einem fest aufgewickelten Berstschutzring veränderliche Eigenspannungen im Ring und Gehäuse aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungen und Schrumpfungen, die unerwünscht sein können bzw. nach dem Abkühlen zu Spalten zwischen Ring und Gehäuse führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Berstschutzring für Turbotriebwerke zu schaffen, der auf einfache Weise be­ schädigungsfrei angebracht und entfernt werden kann und bei dem die Verspannung definiert einstellbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß er an mindestens einer Stelle seines Umfangs in triebwerksaxialer Richtung geschlitzt ist und an dieser Stelle lösbare Verspannvorrichtungen vorgesehen sind, über welche die Umfangsspannung einstellbar ist.

Der erfindungsgemäße Berstschutzring hat den Vorteil, daß nach Lösen der Verspannvorrichtungen der Berstschutz­ ring aufgeweitet werden und auf einfache Weise auch über etwaige Hindernisse wie Flansche hinweg vom Triebwerks­ gehäuse gezogen werden kann. Vorteilhafterweise ist der Berstschutzring zumindest teilweise in fasertechnischer Bauweise hergestellt, so daß dieser bei hoher Schutzwir­ kung niedriges Gewicht aufweist.

In verschiedenen Ausführungsformen können eine oder meh­ rere Verspannvorrichtungen an der geschlitzten Stelle des Berstschutzringes vorgesehen werden, welche die Enden der Ringsegmente gegeneinander verspannen. Dabei ist eine Verspannung der Segmente gegeneinander notwendig, um eine gleichmäßige Verspannung zu erreichen, die bei Befestigung eines Segmentendes mit dem Gehäuse nicht gewährleistet wäre. Bei nur einer Verspannvorrichtung ist eine einfache Montage möglich, während mehrere Ver­ spannvorrichtungen geringe Baugröße und gut verteilte Verspannkräfte gewährleisten.

Die Verspannvorrichtung ist in einer Ausführung als Schraub­ verbindung ausgeführt. Vorteilhafterweise ist dabei eine Spannfeder vorgesehen, wodurch eine definierte Verspann­ nung des Berstschutzringes zu erzielen ist.

In einer anderen Ausführungsform ist die Verspannvorrich­ tung hydraulisch ausgeführt. Dies hat den Vorteil, daß sich die Verspannung des Berstschutzringes im Betrieb verändern läßt. Da die darunterliegende Triebwerksgehäuse­ wand vergleichsweise dünn ist, wird diese bei Verspannung des Berstschutzringes derart elastisch verformt, daß der Spalt zwischen der Gehäusewand und den Spitzen der radial inneren Rotorschaufeln abnimmt. Kurz nach dem Anlassen von Turbotriebwerken ist die Wärmedehnung des Rotors geringer als die des Gehäuses, da ersterer eine große Masse aufweist und nicht direkt mit dem Heißgas­ strom in Berührung kommt. Dadurch nimmt die Spaltweite zwischen Schaufelspitzen und Gehäuse zu, wodurch in die­ ser Phase der Wirkungsgrad aufgrund von Leckströmen ab­ nimmt. Es kommt zum sogenannten "Schubloch". Durch eine hydraulische Beeinflussung der Berstschutzringdehnungen läßt sich die erforderliche Dehnung des Gehäuses nach den Erfordernissen eines minimalen Spaltes optimieren und so der Wirkungsgrad verbessern.

Vorzugsweise ist dabei der Berstschutzring an zwei gegen­ überliegenden Stellen geschlitzt und mit Verspannvorrich­ tungen versehen, um ausgeglichenere Belastungen im Ge­ häuse und Berstschutzring zu erhalten. Dabei ist der Berstschutzring derart zu plazieren, daß außerhalb der Verschlußbereiche, die möglicherweise geringere Schutz­ wirkung haben, keine gefährdeten Triebwerks- oder Zellen­ teile liegen.

Vorteilhafterweise sind Mittel vorgesehen, welche die Reibung zwischen Gehäuse und Berstschutzring verringern, wodurch eine gleichmäßigere Kraftverteilung erreicht wird. Diese Mittel können in Form von Gleitbeschichtun­ gen, Gleitzwischenlagen, Rollgliedern oder Kombinationen dieser Mittel vorliegen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Turbotriebwerk in Höhe einer Rotorbeschaufelung,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Triebwerkausschnittes mit Berstschutzring,

Fig. 3 eine Teilseitenansicht eines Berstschutzringes mit hydraulischer Spannvorrichtung,

Fig. 4 den Querschnitt eines Ausschnittes des Trieb­ werksgehäuses mit Berstschutzring und hydrauli­ scher Spannvorrichtung.

Wie in Fig. 1 zu sehen, ist auf dem Rotor 10 eines Turbo­ triebwerkes 2 ein Kranz von Schaufeln 11 angeordnet. Radial außerhalb der Schaufelspitzen 12 ist durch einen Spalt 13 beabstandet, das Gehäuse 1 des Turbotriebwerks 2 angeordnet. Dieses ist von einem Berstschutzring 4 umge­ ben. Der Berstschutzring 4 ist an einer Stelle 5 axial geschlitzt und durch Verspannvorrichtungen 3 zusammen­ gehalten. Die Verspannvorrichtungen 3 sind über Bolzen 14 mit den Enden des Berstschutzringes 4 verbunden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der das Gehäuse 1 umschließende Berstschutzring 4 über drei mit Spannfeldern 16 versehene Schraubverbindungen 8 zusammen­ gehalten wird.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Verspannvor­ richtung 3, bei der diese einen Hydraulikkolben 9 auf­ weist.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform sind zwischen Gehäuse 1 und Berstschutzring 4 beispielhaft verschiedene Mittel zur Reibungsreduzierung gezeigt. Diese können als Gleitzwischenlage 7 oder Rollen 6 ausgeführt sein. Der Hydraulikkolben 9 ist über eine Hydraulikleitung 15 mit einer nicht gezeigten hydraulischen Steuervorrichtung verbunden.

Claims (9)

1. Berstschutzring für Gehäuse von Turbotriebwerken in von Schaufelbruch gefährdeten Bereichen, dadurch gekennzeichnet, daß er an mindestens einer Stelle (5) seines Umfanges in triebwerksaxialer Richtung geschlitzt ist und an dieser Stelle lösbare Verspannvorrichtun­ gen (3) vorgesehen sind, über welche die Umfangsspan­ nung einstellbar ist.

2. Berstschutzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß dieser teilweise aus faserverstärkten Werk­ stoffen hergestellt ist.

3. Berstschutzring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verspannvorrichtung (3) aus einer Schraubverbindung (8) mit Spannfeder (16) be­ steht.

4. Berstschutzring nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verspannvor­ richtung (3) hydraulisch ausgeführt ist.

5. Berstschutzring nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er an zwei diametral gegenüber­ liegenden Stellen (5) geschlitzt ist und an beiden Stellen Verspannvorrichtungen (3) vorgesehen sind.

6. Berstschutzring nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche die Reibung zwischen Gehäuse (1) und Berstschutzring (4) verringern.

7. Verspannvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Reibungsreduzierung durch eine Gleitlackbeschichtung auf dem Berstschutzring (3) und/oder auf dem Gehäuse (1) erreicht wird.

8. Berstschutzring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Reibungsreduzierung durch eine Gleit­ zwischenlage (7), vorzugsweise aus Teflonfolie er­ reicht wird.

9. Berstschutzring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Reibungsreduzierung über Rollreibungs­ glieder, vorzugsweise Kugeln oder nadelartige Rol­ len (6) erreicht wird.