DE2131509B2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Dicritlager für Wärmetauscher von Gasturbinen, wbDei der relativ zur Dichtung bewegte, abzudichtende Körper aus keramischem Material besteht und die Gleitschicht des Dichtlagers in ihr Material eingebettet ist, der Schmierung dienendes Material enthält

Es sind Dichtungen für die Verwendung bei hohen Temperaturen für Wärmetauscher von Gasturbinen bekannt bei denen die eigentliche Abdichtschicht aus einem einheitlichen Glasurmaterial besteht das auf einem Trägermaterial aufgebracht ist. Diese Anordnungen besitzen gute Verschleiß- und Reibungseigenschaften, wenn sie zusammen mit keramischen Materialien bei hohen Temperaturen eingesetzt sind. Diese Schichten sind jedoch äußerst schwierig herzustellen und machen es erforderlich, daß auch an den Stellen, an denen ein geringer Verschleiß vorliegt, eine Mindestdikke der Reibschicht aufgebracht werden muß.

Auch ist durch die GB-PS 6 79 169 bekannt, das der Schmierung dienende Material in die Wärmetauscherdichtung einzubetten. Hier wird eine Gleitschicht für Wärmetauscher von Gasturbinen beschrieben, die in Form von Platten oder Taschen abwechselnd tragende Metallteile und Schmiermittel, und zwar Kohlenstoff zu Verbundsystemen vereinigt. Diese Anordnung ist sehr aufwendig. Sie erfordert das Bereitstellen von ganzen Verbundsystemen, die durch gesonderte Mittel miteinander verbunden werden müssen. Auch ist die Gleitschicht dieser bekannten Lageranordnung sehr dick, was zu einem hohen Materialverbrauch führt Außerdem ist bei der bekannten Anordnung die Anzahl der aufeinanderliegenden Platten pro Flächeneinheit naturgemäß sehr begrenzt, was zur Folge hat, daß relativ große Bereiche der Lagerfläche, soweit sie kein Schmiermittel enthalten, ungeschmiert sind.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, die bekannten

Einrichtungen dadurch zu verbessern, daß in einfacher Weise und mit geringen Aufwand eine Lösung für ein Dichtlager vorgeschlagen wird, das einfacher herzustellen ist und es erlaubt, an den Stellen, an denen ein größerer Verschleiß auftritt, auch eine dickere Schicht innerhalb des Dtchtlagers vorzusehen und zudem eine größere Homogenität der Dichtfläche zu erreichen.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß die Gleitschicht aus einer Vielzahl von Partikeln besteht, deren

ίο Metallschalen durch Schweißen miteinander verbunden sind, wobei jede Metallschale einen Kern aus dem der Schmierung dienenden Material umschließt und aus einem solchen Material besteht, das bei der am Dichtlager herrschenden Temperatur oxydiert und vom Keramikkörper abgerieben wird, ohne diesen selbst abzureiben.

In Ausgestaltung der Erfindung kann abhängig von der herrschenden Temperatur die Metallseele aus Nickel, Kupfer oder Kobalt und der Kern aus Kalziumfluorid, Bariumfluorid, Lithiumfluorid, Natriumfluorid, Molybdändisulfid oder Wolframselenid bestehen.

Auch kann gemäß der Erfindung die Anordnung so vorgenommen werden, daß die Partikel durch Plasmasprühen auf einem Trägerkörper aufgebracht sind, wobei während dieses Vorganges eine Verschweißung der Metallschalen π Heinander eintritt

Das Aufsprühen der Dichtlager kann auf Metalle erfolgen, die geeignete thermische Eigenschaften besitzen. Als geeignet haben sich erwiesen Nickelchromstähle sowie andere Stähle, wie sie handelsüblich sind unter der Bezeichnung Incoloy 600 oder 750, ein Produkt der International Nickel Company oder Hastalloy X, ein Produkt der Union Carbide Company.

Dichtlager gemäß der Erfindung kommen mit einem relativ geringen Materialverbrauch aus. So ist es möglich, eine Schichtdicke von nur zwei oder drei aufeinanderliegenden Schichten von Partikeln zu verwenden. Auch können bei einer Ausführung nach der Erfindung wesentlich mehr abwechselnde Lagen von Trägermaterial und Schmiermaterial pro Flächeneinheit angeordnet werden. Dadurch, daß dünnere Schichtdikken verwendet werden können, reduzieren sich auch die Probleme bezüglich einer ausreichenden Wärmeabfuhr in diesen Bereichen. Dazu kommt, daß gemäB der Erfindung als Schmiermittel auch die Stoffe verwendet werden können, die für bestimmte Temperaturbereiche und Betriebsdaten optimal sind, während bei plattenförmiger Anordnung gemäß dem Stand der Technik die

so Verwendung dieser Schmiermittel Schwierigkeiten bereiten würde oder aber gänzlich unmöglich ist

Die Erfindung wird näher erläutert anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigt

F i g. 1 in Explosionsdarstellung die wesentlichen Teile eines Wärmetauschers für eine Gasturbine, die Erfindung beinhaltend;

F i g. 2 einen Schnitt durch eines der Dichtlager;
Fig.3 einen vergrößerten Längsschnitt durch die

Tragschicht eines der Dichtlager.

Wie aus der F ί g. 1 hervorgeht, enthält das Gehäuse einer Gasturbine einen im wesentlichen runden Wärmetauscher 10. Eine Trennwand 12 teilt den Durchgang, der im wesentlichen kreisförmig ist, in zwei im Querschnitt halbkreisförmige Gaskanäle 14 und 16. Die heißen Gase fließen nach oben durch einen der Kanäle und kühleres Gas fließt nach unten durch den anderen der Kanäle.

Eine Trennwanddichtung 18 ist auf der Trennwand 12 angeordnet und setzt sich in Randdichtungen 20 und 22 Fort. Die Trennwanddichtung 18 sowie die Randdichtungen 20 und 22 sind nicht drehbar an der Trennwand 12 durch bekannte, nicht dargestellte Mittel gehalten.

Ein scheibenförmiger Keramikwärmetauscher 24 ist drehbar auf den Dichtungen 18,20 und 22 angeordnet Der Keramikwärmetauscher 24 dreht sich relativ zu den Dichtungen durch Einrichtungen des Motors. Eine D-förmige Dichtung 26 ist über dem Keramikwärmetauscher 24 angeordnet, wobei eine nicht dargestellte Kappe auf dem Gehäuse des Wärmetauschers 10 sitzt und durch entsprechende Einrichtungen dort gehalten wird.

Jede der Dichtungen 18, 20 und 22 sowie auch die is Dichtung 26, die an dem Keramikwärmetauscher 24 anliegen, besitzt eine Kontaktschicht, die aus einer Vielzahi von miteinander verschweißten Partikeln 28 besteht

In F i g. 2 ist der Querschnitt durch eine solche Schicht gezeigt Eine Vielzahl von Einzeischichten, jeweils bestehend aus Partikeln 28, kann auf dem eigentlichen Dichtkörper angeordnet werden. Es hat sich herausgestellt, daß jede Schicht mindestens die Dicke von zwei oder drei aufeinanderliegenden Schichten von Partikeln 2s haben sollte.

Wie aus der F i g. 3 hervorgeht, besteht jede Partikel aus einem Kern 30, der durch eine Metallschale 32 umhüllt wird. Der Kern 30 besteht aus einem Material, das eine Schicht erzeugen kann, die einen niedrigen Reibungskoeffizienten besitzt, wenn sie eine Relativbewegung zu einem Keramikmaterial bei der dort herrschenden Betriebstemperatur ausführt

Die Trennwanddichtung 18 arbeitet normalerweise bei einer Betriebstemperatur von 760⁰C; für diesen Zweck bestehen die Kerne vorteilhafterweise aus Kalziumfluorid mit Metallschalen aus Nickel. Die Dichtung, die den Kanal umgibt, der die heißen Gase befördert, arbeitet bei einer Betriebstemperatur von 425° C; drse Dichtung besitzt Partikel, die aus Lithiumfluorid oder Natriumfluorid bestehen, wobei die Kerne von Metallschalen aus Kupfer umschlossen werden. Der andere Kanal, der bei einer niedrigen Temperatur von etwa 370° C arbeitet, besitzt eine Dichtung, bei der die Partikel Kerne aus einer ähnlichen Zusammensetzung besitzen. Die Dichtung 26 arbeitet bei einer relativ niedrigen Temperatur von 315° C; hier können die Partikel aus Kernen aus Molybdändisulfid bestehen, die durch Metallschalen aus Kobalt umschlossen werden.

Jede Metallschale 32 besteht aus einem Metall, das in der Lage ist, bei der herrschenden Betriebstemperatur zu oxydieren und somit ein Oxyd zu bilden, das nicht das keramische Material des Keramikwärmetauschers 24 abreibt, sondern selbst einem Verschleiß unter der Reibwirkung des Keramikwärmetauschers unterliegt Die Partikel können durch PJasmasprühen auf eine Metallunterlage aufgebracht sein; auf diese Weise werden auch die Metallschalen 32 miteinander verschweißt, so daß sie eine zusammenhängende Abdeckschicht bilden, die eine Vielzahl von entsprechend verteilten Kernen 30 enthält

Während des Betriebes der Maschine entsteht durch die Einwirkung der Temperatur unj die Reibwirkung eine Oxydation des Metalles der Metarfschalen, wobei diese Oxyde dann abgetrieben werden und das Material der Kerne freigeben. Das Material der Kerne 3C bildet sodann sofort eine Gleitschicht die einen niedrigen Reibungskoeffizienten besitzt

Anstelle des Plasmasprühens können die Partikel auch auf andere Weise auf die Metallunterlage aufgebracht werden. So ist es beispielsweise möglich, die Partikel in einer gesonderten Schicht herzustellen. Diese Schicht kann dann mechanisch, etwa durch Nieten, auf der Unterlage befestigt werden. Durch diese Art der Herstellung werden mögliche Reparaturkosten herabgesetzt; die Anlage wird auch bezüglich der Wärmeschockempfindlichkeit verbessert

Durch die erfindungsgemäße Dichtlageausführung wird eine Verbesserung gegenüber bekannten Einrichtungen erreicht Darüber hinaus besitzt das erfindungsgemäße Dichtlager auch die Eigenschaft daß es weitgehend unempfindlich ist gegen den Angriff von Salz, das infolge der Anwesenheit in der Luft und auf den Straßen in den Motor gelangen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Dichtlager für Wärmetauscher von Gasturbinen, wobei der relativ zur Dichtung bewegte, abzudichtende Körper aus keramischem Material besteht und die Gleitschicht des Dichtlagers in ihr Material eingebettetes, der Schmierung dienendes Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht aus einer Vielzahl von Partikeln (28) besteht, deren Metallschalen (32) durch Schweißen miteinander verbunden sind, wobei jede Metallschale (32) einen Kern (30) aus dem der Schmierung dienenden Material umschließt und aus einem solchen Material besteht, das bei der am Dichtlager herrschenden Temperatur oxydiert und vom Keramikkörper abgerieben wird, ohne diesen selbst abzureiben.

2. Dichtlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der herrschenden Temperatur die Metallschale (32) aus Nickel, Kupfer oder Kobalt und der Kern (3C) ε-JS Kalziumfluorid, Bariumfluorid, Lithiumfluorid, Natriumfluorid, Molybdändisulfid oder Wolframselenid besteht

3. Dichtlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (28) durch Plasmasprühen auf einem Trägerkörper aufgebracht sind, wobei während dieses Vorganges eine Verschweißung der Metallschalen (32) miteinander eintritt