DE2131509C3 - Dichtlager fur Wärmetauscher von Gasturbinen - Google Patents
Dichtlager fur Wärmetauscher von GasturbinenInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D19/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
- F28D19/04—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier
- F28D19/047—Sealing means
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Description
Die Erfindung betrifft ein 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 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 Dichtlagers 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 Metallschale 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 miteinander 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 gemäß 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 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.
Fig.3 einen vergrößerten Längsschnitt durch die Tragschicht eines der Dichtlager.
Wie aus der F i 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-förmigc 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 Dichtung 26, die an dem Keramikwärmetauscher 24
anliegen, besitzt eine Kontaktschicht, die aus einer Vielzahl von miteinander verschweißten Partikeln 28
besteht
In F i g. 2 ist der Querschnitt durch eine solche Schicht gezeigt Eine Vielzahl von Einzelschichten, 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 aufeinanderliegender! Schichten von Partikeln
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 760° C; 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; diese 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
ι ο 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 Plasmasprühen 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 und die Reibwirkung
eine Oxydation des Metalles der Metallschalen, wobei diese Oxyde dann abgetrieben werden und das Material
der Kerne freigeben. Das Material der Kerne 30 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)
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
selDSt abzureiben.
2. Dichtlager nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,
daß abhängig von der herrschenden Temperatur die Metallschale (32) aus Nickel, Kupfer
oder Kobalt und der Kern (30) aus 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 Metalischalen (32) miteinander eintritt.
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