DE2020710A1

DE2020710A1 - Rotationsdichtung mit organischem abschleifbarem Material

Info

Publication number: DE2020710A1
Application number: DE19702020710
Authority: DE
Inventors: Daunt John Edward
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-05-02
Filing date: 1970-04-28
Publication date: 1971-01-21
Also published as: GB1305103A; US3547455A; JPS5022657B1; FR2041798A1; BE749649A; DE2020710C3; DE2020710B2

Description

Rotationsdichtung mit organischem abschleifbarem Material

Bei der Entwicklung von Krafterzeugern, wie z.B. Gasturbinenantrieben, sind Versuche gemacht worden, um eine Mischung von Strömungsmitteln bei unterschiedlichen Druckwerten zu verhindern. Bei Gasturbinenantrieben enthalten diese Strömungsmittel Luft bei verschiedenen Druckwerten, ölnebel und Verbrennungsprodukte, wie sie z.B. in Ausgangsteilen eines Triebwerkes gefunden werden.

Häufig werden zwischen Teilen, die sich relativ zueinander drehen und die direkt zusammenwirken oder nahe beieinander angeordnet sind, Rotationsdichtungen, wie z.B. Labyrinth- oder Honigwabendichtungen, verwendet. Diese Dichtungen werden z.B. zwischen den feststehenden Gasturbinenelementen und einer rotierenden

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Welle oder einem Ring benutzt. Weiterhin finden sie zwischen
den Spitzen oder den äußeren Umhüllungen von radial verlaufenden Blatteilen und einem Gehäuse oder einem Ring Anwendung, der mit diesen Teilen zusammenwirkt.

Die Wirksamkeit der Abdichtung und somit der Wirkungsgrad der mit der Abdichtung arbeitenden Komponente, ist z.T. von den Abmessungstoleranzen abhängig, die zwischen/zusammenwirkenden
Dichtungsteilen eingehalten werden. Zu diesem Zweck sind in Gasturbinentriebwerken abschleifbare Dichtungsmaterialien aus Metall verwendet worden, um eine Strömungsdichtung zu erzeugen,
wobei gleichzeitig eine Beschädigung zwischen den zusammenwirkenden Teilen, wie z.B. den Spitzen der Blatteile, der Verzahnung der Labyrinthstrukturen oder den Honigwabenkammern vermieden wird.

Als abschleifbare Dichtungsmaterialien sind metallische Materialien, beispielsweise in Form netzartiger Drähte oder aus porösem Metall allein oder als Packung für Honigwaben verwendet ; worden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß sich durch die ; Verwendung metallischer Materialien eine gewisse Abnutzung oder ein Verschleiß der zusammenwirkenden Teile eigLbt. Weiterhin
entstehen durch die relativ hohe Verfahrenstemperatur, die zur Herstellung dieser metallischen abschleifbaren Materialien erforderlich ist, Probleme hinsichtlich der Verformung und Abmessungsungenauigkeit des Dichtungsaufbaue». Infolge dieser hohen Anforderungen hinsichtlich der Verfahrenetemperatur ist das abschleifbare Dichtungematerial nach dem Einbau in ein Triebwerk oder in eine Triebwerkskomponente schwierig zu reparieren ode» auszubessern.

Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung_£
Rotationsdichtung mit einem verbesserten abschleifbaren Material zu schaffen, das haltbar und flexibel ist, ein geringes Gewient aufweist und leicht zu reparieren oder auszubessern ist.

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Ferner beinhaltet die Erfindung eine Dichtung, deren abschleifbares Material organischer Natur ist, das die zusammenwirkenden Dichtungsteile nicht abschleift und das verbrennbar ist, so daß es flei durch die Verbrennungszone eines Gasturbinentriebwerkes hindurchtritt, ohne Beschädigungen hervorzurufen.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 ist eine perspektivische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht von Flügelteilen, die mit einer Ummantelung zusammenwirken.

Figur 2 ist eine Textdarstellung einer labyrinthartigen Dichtung.

Es ist gefunden worden, daß der Einschluß hohler organischer Teilchen, wie z.B. einem Phenolmaterial in einer Menge im Bereich von etwa 12 bis 20 Gew.Jt in einem katalysierten.Epoxyharz oder einem modifizierten Epoxyharz, zu einem Material führt, das eine gute Abschleifbarkeit, ein geringes Gewicht, gute Integrität und gute Bindungseigenschaften in sich vereinigt. Dies gilt selbst dann, wenn es mit einem glatten Stützteil, wie z.B. Metall oder Kunststoff, verbunden werden soll. Ein derartiges organisches Material kann bei Raumtemperatur ausgehärtet werden. Es kann aber auch schneller durch Erwärmung auf eine relativ geringe Temperatur von beispielsweise 65⁰C (150⁰F) gebildet werden. Deshalb wird eine Verformung der Teile, mit denen das Material verbunden ist, tatsächlich vermieden. Zusätzlich haben Versuche gezeigt, daß es bis zu Temperaturen von etwa 175°C (35O⁰F) einsetzbar ist und die Fähigkeit besitzt, sich mit einem Stützmaterial wie z.B. Metall auszudehnen oder zusammenzuziehen. Reparaturen an Bereichen, die durch einen unnormalen Betrieb, einen Betriebsunfall oder bei der Überholung von An^ triebskomponenten beschädigt wurden, können infolge der bei Raumtemperatur oder einer geringen Temperatur erfolgenden Aushärtung

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des katalysierten Kunstharzes an Ort und Stelle in dem Triebwerk oder an den Montagestellen leicht und schnell durchgeführt werden.

Ein spezielles Epoxyharz, das bei der Auswertung der Erfindung als vorteilhaft ausgewählt wurde, ist ein solches vom Epichlorhydrin/Bisphenol Α-Typ, das beispielsweise mit einem Katalysator des Diäthylentriamin-Typs (DETA-Typ) katalysiert ist. Obwohl auch andere Katalysatoren mit dieser Kunstharzart verwendbar sind, ist der DETA-Typ infolge der exothermisehen Reaktion bevorzugt. Dadurch wird die Aushärtung entweder an Luft oder in einem Of£n gestattet. Das Epoxidäquivalent betrug 180 bis 195 mit einer Viskosität im Bereich von 100 bis 160 Poise bei

Die hohlen Teilchen, die in dem abschleifbaren Material der erfindungsgemäßen Dichtungen verwendet wurden, um die verbesserten Eigenschaften zu erzeugen, haben einen Außendurchmesser von etwa 0,0025 bis 0,5 mm (0,0001 bis 0,02 Zoll) und vorzugsweise von 0,005 bis 0,127 mm (0,0002 bis 0,005 Zoll) bei einer Schüttdichte in dem Bereich von 0,016 bis 0,112g£cm (1 bis 7 pounds per cubic foot) und vorzugsweise von 0,048 bis 0,08g/ccm (3 bis 5 pounds per cubic foot). Die Verwendung von hohlen Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 0,0025 mm führte zu einer geringen Abschleifbarkeit; wenn Teilchen mit Durchmessern von mehr als 0,5 mm verwendet wurden, führte dies zu einem zu porösen Material für eine gute Dichtung und für eine gute strukturelle Integrität.

Es wurde gefunden, daß das in der eifLndungs gemäßen Dichtung verwendete abschleifbare Material dadurch hergestellt werden kann, daß 12 bis 20 Gew.% der oben beschriebenen hohlen Teilchen und ein katalysiertes Epoxyharz oder ein modifiziertes Epoxyharz zusammengemischt werden, welches z.B. etwa 70 bis 80 % der Mischung enthält und mit 7 bis 9 % des DETA- oder eines anderen Katalysators katalysiert ist. Geringere Mengen des Katalysators

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führen zu einer ungenügenden Polymerisation, wogegen eine größere als die angeführte Menge eine übermäßige Reaktion an dem Punkt zur Folge hat, an dem das Harz sieden wird. Der Einschluß von hohlen Teilchen in Mengen von weniger als etwa 12 Gew.% führt zu einer unzureichenden Abschleifbarkeit, wogegen Teilchen in Mengen von mehr als etwa 20 Gew.% der Mischung zu einer zu dicken Mischung führen.

Figur 1 zeigt die eifin dungs gemäße Rotationsdichtung in. Form eines ersten Teiles, wie z.B. einer Ummantelung oder eines Abstandshalters 10, der mit einem Flügelteil 12 zusammenwirkt, von denen sich ein Teil gegenüber dem anderen dreht. Beispielsweise kann der Flügelteil 12 an einem rotierenden Kompressorrad angebracht sein. In einem anderen Beispiel kann der Abstandshalter 10 zwischen rotierenden Kompressorrädern angeordnet sein und sich mit diesen gegenüber dem feststehenden Flügelteil 12 drehen. Mit diesem Abstandshalter oder dieser Ummantelung 10 ist das oben beschriebene abschleifbare organische Material 14 verbunden bzw. verklebt, welches sich auf der entgegengesetzten Seite von den Blattspitzen 16 befindet, die sich in Richtung auf das abschleifbare Material 14 erstrecken.

Während des Betriebes, beispielsweise in einem Gasturbinentriebwerk, versuchen sich die Teile/infolge der Hitze schneller auszudehnen als die Ummantelung oder der Abstandshalter 10« Dann nähern sich die Spitzen 16 und häufig schleifen sie das Material 14 ab. Diese Anordnung bildet eine Rö&tionsdichtung und verhindert eine Strömung des unter Druck stehenden Strömungsmittels, beispielsweise von Stufe zu Stufe, über die Spitzen der Flügelteile in einem Axialkompressor.

Eine weitere Aueführungsform der erfindungsgemäßen Rotationsiichtung ist in Figur 2 in Form einer Labyrinthdichtung darge-•teilt. Die Labyrinthverzahnung 18, die neben dem Teil 20 angeordnet ist und im wesentlichen mit diesem Teil zusammenwirkt, wobei sich eine dieser Teile gegenüber dem anderen dreht, bildet

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eine labyrinthartige Abdichtung, welche zahlreiche Druekabfallkammern bildet, um eine Strömung durch die Dichtung hindurch zu vermeiden. Eine derartige Abdichtung wird beippielsweise häufig in der Verbindung mit rotierenden Turbinenrädern in Gasturbinen·?· triebwerken verwendet.

Wenn sich die Teile 18 und 20 in einer erhitzten Atmosphäre befinden, bewegen sich diese Teile aufeinander zu,-was teilweise zu einer Berührung führt. Das äbschleifbar© Material 3Λ, das mit dem Teil 20 verbunden bzw. verklebt ist und gegenüber der vorstehenden Verzahnung i8 angeordnet ist, gestattet» daß sich diese: Vorsprünge nähern und_s im Falle einer Berührung, das Material 14.abschleifen. Dies führt ssu ©in@r wirksameren Rotationsdichtung ohne Beschädigung der vorstehenden Versahnung 18.

Somit kann die erfindungsgemäße Rcfcationsdichtung in verschiedenen Formen ausgeführt werden, die einen rotierenden Teil .und einen feststehenden Teil 'aufweisen, von denen einer das oben beschrieben© abschleifbar@_s. organische Material und der andere einen Vorsprung aufweist, der im größen und ganzen auf das abschleifbare Material gerichtet ist. Wie bereits dargelegt wurde, ist das neu® abschleifbare Material, dessen Verwendung zu der verbesserten Rotationsdiehtung geiaäß der Erfindung führt, ein nicht-metallisches organisches Material, das etwa 12 bis 20 Gew.% der hohlen organischen Teilchen in einem katalysierten Epoxy- oder einem modifizierten Epoxyharz enthält. Die besonders bevorzugte Zusammensetzung dieses afesshleifbaren Materials besteht im wesentlichen aus 15 bis 20 Gew.% hohlen organischen; Teilchen ₉7 bis 8 Gsw.J Katalysator und der Rest ist das Epoxy- oder das modifizierte Epoxyharz.

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Claims

- 7 Ansprüche

Rotationsdichtung mit einem rotierenden Teil, einem feststehenden Teil und einem abschleifbaren organischen Material, . das auf einen der Teile aufgeklebt ist, dadurch ge k e η η ze lehnet ,daß das abschleifbare Material das Produkt einer Mischung ist, die 12 bis 20 Gew.? hohler oganischer Teilchen enthält, die*jeweils einen Außendurchmesser von etwa 0,0025 bis 0,5 mm (0,0001 bis 0,02 Zoll) haben und in einer Schüttdichte von etwa 0,016 bis 0,112 g/ ecm (1 bis 7 lb/euft.) vorliegen, wobei der Rest der Mischung ein Epoxy- oder ein modifiziertes Epoxyharz ist, und daß der nicht geklebte Teil einen Vorsprung (12, 18) aufweist, der auf· eine Oberfläche des abschleifbaren organischen Mateials^% (I¹I) gerichtet ist und mit dieser Oberfläche zusammen arbeitet, so daß zwischen den zwei Teilen (10, 12;18, 20) eine Dichtung für einen Strömungsdruckabfall erzeugbar ist.
2. Rotationsdichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ eic h η e t , daß das abschleifbare organische Material das Produkt einer Mischung ist, die 12 bis 20 Gew.? hohle organische Teilchen, 70 bis 80 Gew.? Epoxy- oder modifiziertes Epoxyharz und 7 bis 9 Gew.? eines Katalysators für einen derartigen Kunstharz enthält.
3. Rotationsdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zusammensetzung der Mischung 15 bis 20 Gew.? hohle organische Teilchen, 7 bis 8 ? eines Diäthylentriamin-Katalysators und als Rest Epoxyharz mit einem Epoxidäquivalent von 180 bis 195 enthält.

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