DE102007032707A1 - Run-in coating producing method for tip of rotating blade of turbo machine i.e. gas turbine, involves diffusion-heat treating component i.e. stator-sided housing section, in region of surface and hollow balls to connect balls with surface - Google Patents

Run-in coating producing method for tip of rotating blade of turbo machine i.e. gas turbine, involves diffusion-heat treating component i.e. stator-sided housing section, in region of surface and hollow balls to connect balls with surface Download PDF

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Abstract

The method involves providing a component i.e. stator-sided housing section of turbo machine i.e. gas turbine, to be provided with a run-in coating, and providing multiple metallic hollow balls. The metallic hollow balls are arranged on a surface of the component to be provided with the run-in coating. The component is diffusion heat treated in the region of the surface and hollow balls for interconnecting the hollow balls to consolidate the hollow balls and for connecting the hollow balls with the surface of the component for connection of the run-in coating to the component.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Einlaufbelags einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine.The The invention relates to a method for producing an inlet lining a turbomachine, in particular a gas turbine.

Turbomaschinen, wie zum Beispiel Gasturbinen, umfassen in der Regel mehrere rotierende Laufschaufeln sowie mehrere feststehende Leitschaufeln, wobei die Laufschaufeln zusammen mit einem Rotor rotieren, und wobei die Laufschaufeln sowie die Leitschaufeln von einem feststehenden Gehäuse umschlossen sind. Zur Leistungssteigerung ist es von Bedeutung, alle Komponenten und Subsysteme zu optimieren. Hierzu zählen auch die sogenannten Dichtsysteme.Turbomachinery such as gas turbines, typically include multiple rotating ones Blades and several fixed vanes, wherein the Rotate blades together with a rotor, and with the blades and the vanes enclosed by a fixed housing are. It is important to increase the performance of all components and subsystems to optimize. These include the so-called sealing systems.

Besonders problematisch ist bei Turbomaschinen die Einhaltung eines minimalen Spalts zwischen den rotierenden Laufschaufeln und dem feststehenden Gehäuse eines Hochdruckverdichters. Bei Hochdruckverdichtern treten nämlich die größten absoluten Temperaturen sowie Temperaturengradienten auf, was die Spalthaltung der rotierenden Laufschaufeln zum feststehenden Gehäuse erschwert. Dies liegt unter anderem auch darin begründet, dass bei Verdichterlaufschaufeln auf Deckbänder, wie sie bei Turbinenlaufschaufeln verwendet werden, verzichtet wird.Especially The problem with turbomachinery is the maintenance of a minimum Gaps between the rotating blades and the fixed one Housing of a high pressure compressor. At high pressure compressors namely, the largest absolute Temperatures and temperature gradients on what the gap attitude the rotating blades to the fixed housing difficult. This is partly due to the fact that that with compressor blades on shrouds, as in Turbine blades are used, is omitted.

Wie bereits erwähnt, verfügen Laufschaufeln im Verdichter über kein Deckband. Daher sind Enden bzw. Spitzen der Laufschaufeln beim sogenannten Anstreifen in das feststehende Gehäuse einem direkten Reibkontakt mit dem Gehäuse ausgesetzt. Ein solches Anstreifen der Spitzen der Laufschaufeln in das Gehäuse wird bei Einstellung eines minimalen Radialspalts durch Fertigungstoleranzen hervorgerufen. Da durch den Reibkontakt der Spitzen der Laufschaufeln an denselben Material abgetragen wird, kann sich über den gesamten Umfang von Gehäuse und Rotor eine unerwünschte Spaltvergrößerung einstellen. Um dies zu vermeiden ist es aus dem Stand der Technik bereits bekannt, die Enden bzw. Spitzen der Laufschaufeln mit einem harten Belag oder mit abrasiven Partikeln zu panzern.As already mentioned, blades in the compressor have over no shroud. Therefore, tips or tips of the blades are at so-called rubbing into the fixed housing one exposed to direct frictional contact with the housing. Such Rubbing the tips of the blades into the housing when setting a minimum radial gap by manufacturing tolerances caused. Because of the frictional contact of the tips of the blades is removed to the same material, can over the entire circumference of housing and rotor an undesirable Adjust gap enlargement. To avoid this it is already known from the prior art, the ends or Tips of the blades with a hard surface or with abrasive To panzern particles.

Eine andere Möglichkeit, den Verschleiß an den Spitzen der Laufschaufeln zu vermeiden und für eine optimierte Abdichtung zwischen den Enden bzw. Spitzen der Laufschaufeln und dem feststehenden Gehäuse zu sorgen, besteht in der Beschichtung des Gehäuses mit einem sogenannten Einlaufbelag. Bei einem Materialabtrag an einem Einlaufbelag wird der Radialspalt nicht über den gesamten Umfang vergrößert, sondern in der Regel nur sichelförmig. Hierdurch wird ein Leistungsabfall des Triebwerks vermieden. Gehäuse mit einem Einlaufbelag sind aus dem Stand der Technik bekannt.A another way, the wear on the tips avoid the blades and for an optimized Sealing between the ends or tips of the blades and To provide the fixed housing, consists in the coating the housing with a so-called inlet lining. At a Material removal on an inlet lining, the radial gap is not over the entire scope enlarged, but in the Usually only sickle-shaped. This will cause a drop in performance of the engine avoided. Housing with an inlet lining are known from the prior art.

Aus der EP 1 013 890 B1 ist ein Einlaufbelag einer Gasturbine bekannt, der aus vorgefertigten, metallischen Hohlkugeln hergestellt ist. Durch die Verwendung solcher metallischer Hohlkugeln wird ein Einlaufbelag geschaffen, der eine vornehmlich geschlossenporige Struktur aufweist.From the EP 1 013 890 B1 an inlet lining of a gas turbine is known, which is made of prefabricated, metallic hollow balls. Through the use of such metallic hollow balls an inlet lining is created, which has a predominantly closed-pore structure.

Ein weiterer Einlaufbelag einer Gasturbine ist aus der EP 1 244 605 B1 bekannt, wobei der dort offenbarte Einlaufbelag aus keramischen Hohlkugeln gebildet ist, die in einer Matrix aus Bindemittel eingelagert sind.Another inlet lining of a gas turbine is from the EP 1 244 605 B1 known, wherein the inlet lining disclosed there is formed of ceramic hollow spheres, which are embedded in a matrix of binder.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde ein neuartiges Verfahren zum Herstellen eines Einlaufbelags zu schaffen. Dieses Problem wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zumindest folgende Schritte: a) Bereitstellen eines mit einem Einlaufbelag zu versehenden Bauteils; b) Bereitstellen metallischer Hohlkugeln; c) Anordnen der metallischen Hohlkugeln auf einer mit dem Einlaufbelag zu versehenden Fläche des Bauteils; d) Diffusionswärmebehandeln des Bauteils zumindest im Bereich der Fläche und der auf der Fläche des Bauteils angeordneten Hohlkugeln, um einerseits die Hohlkugeln untereinander zur Konsolidierung des Einlaufbelags zu verbinden, und um andererseits die Hohlkugeln mit der Fläche des Bauteils zur Anbindung des Einlaufbelags an das Bauteil zu verbinden.Of these, Based on the present invention, the problem is based to provide a novel method for producing an inlet lining. This problem is solved by a method according to claim 1 solved. According to the invention that includes Process at least the following steps: a) providing a with an inlet covering to be provided component; b) providing metallic Hollow spheres; c) arranging the metallic hollow spheres on a with the inlet lining to be provided surface of the component; d) Diffusion heat treatment of the component at least in the area the surface and the surface of the component arranged hollow balls, on the one hand, the hollow balls with each other to consolidate the inlet lining, and on the other hand the hollow spheres with the surface of the component for connection of the inlet lining to connect to the component.

Die hier vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen eines Einlaufbelags bereit, bei welchem metallische Hohlkugeln auf einer mit dem Einlaufbelag zu versehenden Fläche des Bauteils angeordnet werden, und wobei anschließend das Bauteil zumindest im Bereich der Fläche und der auf der Fläche angeordneten Hohlkugeln einer Diffusionswärmebehandlung unterzogen wird.The The present invention provides a method for producing a Einlaufbelags ready, in which metallic hollow balls on a with the inlet lining to be provided surface of the component are arranged, and wherein then the component at least in the area of the area and arranged on the area Hollow spheres is subjected to a diffusion heat treatment.

Über die Diffusionswärmebehandlung werden einerseits die Hohlkugeln miteinander verbunden, um den Einlaufbelag zu konsolidieren, andererseits werden die Hohlkugeln mit der Fläche des Bauteils verbunden, um den Einlaufbelag an das Bauteil anzubinden. Die Konsolidierung und Anbindung des Einlaufbelags werden demnach gleichzeitig mit der Diffusionswärmebehandlung durchgeführt.about the diffusion heat treatment on the one hand, the hollow spheres interconnected to consolidate the intake lining, on the other hand the hollow spheres are connected to the surface of the component, to connect the inlet lining to the component. The consolidation and connection of the inlet lining are therefore simultaneously with the diffusion heat treatment performed.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, nachfolgend näher erläutert.preferred Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. Embodiments of the Invention are, but are not limited to, below explained in more detail.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Einlaufbelags für Schaufelspitzen rotierender Laufschaufeln einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine. Ein solcher Einlaufbelag ist auf einen statorseitigen Gehäuseabschnitt aufgebracht, wobei die Laufschaufeln mit Ihren Schaufelspitzen im Betrieb in diesen Einlaufbelag anstreifen können.The invention relates to a method for producing an inlet lining for blade tips of rotating blades of a turbomachine, in particular a gas turbine. Such inlet lining is applied to a stator housing portion, the blades can rub with your blade tips in operation in this inlet lining.

Zur Herstellung eines Einlaufbelags wird in einem ersten Schritt ein mit einem Einlaufbelag zu versehendes Bauteil bereitgestellt. Bei dem bereitzustellenden Bauteil handelt es sich vorzugsweise um einen statorseitigen Gehäuseabschnitt einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine.to Production of an enema flooring is in a first step provided with a Einlaufbelag to be provided component. at the component to be provided is preferably a stator-side housing portion of a turbomachine, in particular a gas turbine.

In einem zweiten Schritt werden metallische Hohlkugeln bereitgestellt. Hierbei kann es sich um Hohlkugeln aus einem Eisenbasiswerkstoff oder einem Nickelbasiswerkstoff oder einem Kobaltbasiswerkstoff handeln, wobei es sich bei diesen Werkstoffen insbesondere um Legierungswerkstoffe handelt.In In a second step, metallic hollow spheres are provided. These may be hollow spheres of an iron-based material or a nickel base material or a cobalt base material These materials are in particular alloy materials is.

In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die metallischen Hohlkugeln auf einer mit dem Einlaufbelag zu versehenden Fläche des Bauteils angeordnet. Das Anordnung bzw. Applizieren der Hohlkugeln auf der mit dem Einlaufbelag zu versehenden Fläche des Bauteils kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. So ist es möglich, die metallischen Hohlkugeln auf der mit dem Einlaufbelag zu versehenden Fläche des Bauteils als Loseschüttung anzuordnen. Alternativ ist es möglich, die metallischen Hohlkugeln auf der mit dem Einlaufbelag zu versehenden Fläche des Bauteils über ein Bindemittel zu fixieren. Nach einer weiteren Alternative ist es möglich, dass ein elastischer, tapeartiger Vorformling aus den metallischen Hohlkugeln und aus Bindemittel auf der mit dem Einlaufbelag zu versehenden Fläche des Bauteils angeordnet wird.In a third step of the method according to the invention The metallic hollow spheres are on one with the inlet lining arranged to be provided surface of the component. The arrangement or applying the hollow balls on the with the inlet lining to The surface of the component can vary Way done. So it is possible the metallic ones Hollow balls on the surface to be provided with the inlet lining to arrange the component as a loose bed. Alternatively it is It is possible to use the metallic hollow balls on the with the Overlay to be provided surface of the component over to fix a binder. After another alternative is It is possible that an elastic, tape-like preform from the metallic hollow balls and from the binder on the with arranged the inlet lining to be provided surface of the component becomes.

Als Bindemittel wird vorzugsweise Celluloseether oder Polyvinylalkohol verwendet. Dem Bindemittel können weiterhin metallische Partikel beigefügt werden, die eine an die metallischen Hohlkugeln angepasste Werkstoffzusammensetzung aufweisen. Dann, wenn die Hohlkugeln aus einem Eisenbasiswerkstoff bestehen, sind die dem Bindemittel beigefügten metallischen Partikel vorzugsweise auch aus einem Eisenbasiswerkstoff gebildet. Dann hingegen, wenn die metallischen Hohlkugeln aus einem Nickelbasiswerkstoff oder einem Kobaltbasiswerkstoff gebildet sind, sind die dem Bindemittel beigefügten metallischen Partikel aus einem Nickelbasiswerkstoff oder Kobaltbasiswerkstoff gebildet.When Binder is preferably cellulose ether or polyvinyl alcohol used. The binder may further metallic Particles are attached, one to the metallic one Hollow spheres adapted material composition. Then, if the hollow balls are made of an iron-based material, are preferably the metallic particles added to the binder also formed from an iron base material. Then, on the other hand, if the metallic hollow spheres of a nickel base material or a cobalt base material are those of the binder attached metallic particles of a nickel base material or Cobalt base material formed.

Nach dem Anordnen der metallischen Hohlkugeln auf der mit dem Einlaufbelag zu versehenden Fläche des Bauteils erfolgt in einem vierten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Diffusionswärmebehandlung des Bauteils zumindest im Bereich der Fläche und der auf der Fläche des Bauteils angeordneten Hohlkugeln, wobei vorzugsweise das gesamte Bauteil der Diffusionswärmebehandlung unterzogen wird. Mit Hilfe der Diffusionswärmebehandlung werden einerseits die Hohlkugeln untereinander zur Konsolidierung des Einlaufbelags miteinander verbunden, andererseits werden die Hohlkugeln mit der Fläche des Bauteils zur Anbindung des Einlaufbelags an das Bauteil verbunden. Eine Konsolidierung und Anbindung des Einlaufbelags erfolgt demnach gleichzeitig mit Hilfe der Diffusionswärmebehandlung.To arranging the metallic hollow balls on the with the inlet lining to be provided surface of the component takes place in a fourth Step of the method according to the invention Diffusion heat treatment of the component at least in the area the surface and arranged on the surface of the component Hollow balls, wherein preferably the entire component of the diffusion heat treatment is subjected. With the help of diffusion heat treatment On the one hand, the hollow spheres with each other for consolidation the inlet lining connected to each other, on the other hand, the Hollow balls with the surface of the component for connecting the Inlet lining connected to the component. A consolidation and Connection of the inlet lining thus takes place simultaneously with help the diffusion heat treatment.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der hier vorliegenden Erfindung wird gleichzeitig mit der Diffusionswärmebehandlung ein Alitieren und/oder Inchromieren und/oder Silizieren durchgeführt, um durch Erhöhen des Anteils an Aluminium und/oder Chrom und/oder Silizium die Werkstoffzusammensetzung des Einlaufbelags, nämlich die Legierungszusammensetzung desselben, einzustellen. Hierdurch kann die Oxidationsbeständigkeit sowie Heißgaskorrosionsbeständigkeit des Einlaufbelags optimiert werden.To an advantageous development of the present invention becomes simultaneously with the diffusion heat treatment Alitating and / or chromating and / or silicating carried out, by increasing the proportion of aluminum and / or chromium and / or silicon the material composition of the inlet lining, namely, the alloy composition thereof. As a result, the oxidation resistance and hot gas corrosion resistance the run-in flooring are optimized.

Dann, wenn gleichzeitig mit der Diffusionswärmebehandlung ein Alitieren und/oder Inchromieren und/oder Silizieren durchgeführt wird, erfolgt gleichzeitig zur Konsolidierung und Anbindung des Einlaufbelags auch eine Beschichtung desselben mit einer Oxidationsschutzschicht bzw. Heißgaskorrosionsschutzschicht.Then, when simultaneously with the diffusion heat treatment Alitating and / or chromizing and / or silicating performed is done at the same time for the consolidation and connection of the inlet lining also a coating thereof with an oxidation protection layer or hot gas corrosion protection layer.

Dann, wenn das mit dem Einlaufbelag versehene Bauteil nach der Diffusionswärmebehandlung noch nicht die gewünschte Endkontur aufweist, erfolgt im Anschluss an die Diffusionswärmebehandlung eine mechanische Bearbeitung des Bauteils um dasselbe auf Endmaß zu bearbeiten. Hierzu kommt vorzugsweise eine Schleifbearbeitung zum Einsatz.Then, if the component provided with the inlet lining is still after the diffusion heat treatment does not have the desired final contour, takes place afterwards to the diffusion heat treatment, a mechanical processing of the component to work the same to final dimensions. For this preferably an abrasive machining is used.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - EP 1013890 B1 [0006] - EP 1013890 B1 [0006]
  • - EP 1244605 B1 [0007] - EP 1244605 B1 [0007]

Claims (11)

Verfahren zum Herstellen eines Einlaufbelags für Schaufelspitzen rotierender Laufschaufeln einer Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine, mit zumindest folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines mit einem Einlaufbelag zu versehenden Bauteils; b) Bereitstellen metallischer Hohlkugeln; c) Anordnen der metallischen Hohlkugeln auf einer mit dem Einlaufbelag zu versehenden Fläche des Bauteils; d) Diffusionswärmebehandeln des Bauteils zumindest im Bereich der Fläche und der auf der Fläche des Bauteils angeordneten Hohlkugeln, um einerseits die Hohlkugeln untereinander zur Konsolidierung des Einlaufbelags zu verbinden, und um andererseits die Hohlkugeln mit der Fläche des Bauteils zur Anbindung des Einlaufbelags an das Bauteil zu verbinden.Method for producing an inlet lining for Blade tips of rotating blades of a turbomachine, in particular a gas turbine, with at least the following steps: a) Provide a component to be provided with an inlet lining; b) Provide metallic hollow spheres; c) arranging the metallic hollow spheres on a surface of the component to be provided with the inlet lining; d) Diffusion heat treatment of the component at least in the area the surface and the surface of the component arranged hollow balls, on the one hand, the hollow balls with each other to consolidate the inlet lining, and on the other hand the hollow spheres with the surface of the component for connection of the inlet lining to connect to the component. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) metallische Hohlkugeln aus einem Eisenbasiswerkstoff oder einem Nickelbasiswerkstoff oder einem Kobaltbasiswerkstoff bereitgestellt werden.Method according to claim 1, characterized in that that in step b) metallic hollow spheres of an iron-based material or a nickel base material or a cobalt base material to be provided. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die metallischen Hohlkugeln auf der mit dem Einlaufbelag zu versehenden Fläche des Bauteils als Loseschüttung angeordnet werden.Method according to claim 1 or 2, characterized that in step c) the metallic hollow balls on the with the inlet lining to be provided surface of the component as a loose bed to be ordered. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die metallischen Hohlkugeln auf der mit dem Einlaufbelag zu versehenden Fläche des Bauteils über ein Bindemittel angeordnet werden.Method according to claim 1 or 2, characterized that in step c) the metallic hollow balls on the with the inlet lining to be provided surface of the component via a binder to be ordered. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) ein elastischer, tapeartiger Vorformling aus den metallischen Hohlkugeln und aus Bindemittel auf der mit dem Einlaufbelag zu versehenden Fläche des Bauteils angeordnet wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in step c), an elastic, sheet-like preform the metallic hollow balls and of binder on the with the Inlet covering to be provided surface of the component is arranged. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel Celluloseether oder Polyvinylalkohol verwendet wird.Method according to claim 4 or 5, characterized that used as binders cellulose ether or polyvinyl alcohol becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bindemittel metallische Partikel beigefügt werden, die eine an die metallischen Hohlkugeln angepasste Zusammensetzung aufweisen, insbesondere aus einem Eisenbasiswerkstoff oder einem Nickelbasiswerkstoff oder einem Kobaltbasiswerkstoff gebildet sind.Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that the binder metallic particles which are attached to the metallic hollow spheres have adapted composition, in particular of an iron-based material or a nickel base material or a cobalt base material are formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) gleichzeitig mit der Diffusionswärmebehandlung ein Alitieren und/oder Inchromieren und/oder Silizieren durchgeführt wird, um durch Erhöhen des Anteils an Aluminium und/oder Chrom und/oder Silizium die Werkstoffzusammensetzung des Einlaufbelags einzustellen.Method according to one of claims 1 or 7, characterized in that in step d) simultaneously with the Diffusion heat treatment, alitizing and / or chroming and / or silicating is performed to increase the proportion of aluminum and / or chromium and / or silicon the material composition of the inlet lining. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) das gesamte Bauteil einer Diffusionswärmebehandlung unterzogen wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that in step d) the entire component subjected to a diffusion heat treatment. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an Schritt d) das Bauteil im Bereich des Einlaufbelags durch insbesondere Schleifen auf Endmaß bearbeitet wird.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that following step d) the component processed in the area of the inlet lining by particular grinding to final dimensions becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) als mit dem Einlaufbelag zu versehendes Bauteil ein statorseitiger Gehäuseabschnitt bereitgestellt wird.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that in step a) as with the inlet lining To be provided component a stator-side housing portion provided.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1244605B1 (en) 1999-12-20 2003-06-04 Siemens Westinghouse Power Corporation High temperature erosion resistant coating and material containing compacted hollow geometric shapes
EP1013890B1 (en) 1998-12-16 2004-02-04 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG Abradable seal for turbomachines

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