DE2339995C3 - Process for the production of anti-graze elements - Google Patents
Process for the production of anti-graze elementsInfo
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Description
den und/oder aufkohlenden Atmosphäre und/oder io möglichst klein zu halten, wurde weiter vorgeschlagenKeeping the and / or carburizing atmosphere and / or io as small as possible was further proposed
die Statorwände innenseitig mit einer relativ weicher Schicht zu überziehen, welche von den streifenden Ro torschaufeln abgetragen wird. Solche Schichten beste hen ζ. B. aus Graphit, aus gespritzten oder gesinterter poiösen Nickelchromlegierungen oder Nickel-Graphit-Werkstoffen, aus Wabenzellen usw. und werden als abreibbare Sireifschutzschichfen bezeichnet. In jedem Falle war man bestrebt, diese Streifschutzschichten möglichst formkonstant zu machen, so daß unter dem Einfluß Jer Umgebungstemperatur und/oder Umgebungsatmosphäre keine Wachstumserscheinungen auftreten. to coat the inside of the stator walls with a relatively soft layer, which is removed by the grazing Ro torschaufeln. Such layers exist ζ. B. from graphite, from injected or sintered poiose nickel-chrome alloys or nickel-graphite materials, from honeycomb cells, etc. and are referred to as abrasive sire protection layers. In any case, efforts were made to make these anti-streak layers as constant as possible in shape, so that no signs of growth occur under the influence of the ambient temperature and / or the ambient atmosphere.
Diese Ausführungen besitzen daher den Nachteil. daß die weichen Schichten oder die angeschärftenThese designs therefore have the disadvantage. that the soft layers or the sharpened ones
unter Wärmeeinfluß wachsenden Werkstoff hergestellt werden und daß sie vor ihrer Verwendung einer Behandlung unter den vorgenannten Bedingungen unterworfen und gegebenenfalls einer abschließenden Maßbearbeitung unterzogen werden.be produced under the influence of heat growing material and that they are before their use subject to a treatment under the aforementioned conditions and, if necessary, a final one To be subjected to customization.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandfung unter hinsichtlich der Wachstumsgeschwindigkeit im Vergleich zu den späteren Betriebsbedingungen intensivierten Wachstumsbedingungen durchgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the pretreatment with regard to the growth rate intensified in comparison to the later operating conditions Growing conditions is carried out.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifschutzelemente schmelzmetallurgisch hergestellt werden.3. The method according to claim 1, characterized in that the anti-slip elements are melt metallurgically getting produced.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-4. The method according to claim 1, characterized
zeichnet, daß die Streifschulzelemente 25 Schaufelenden bei einer Streifung eine irreversibledraws that the Streifschulz elements 25 blade ends an irreversible one in a grazing
Formänderung erfahren, indem sie gebogen oder abgerieben werden. Dazu kommt noch die Korrosion und Erosion der Schaufelenden bzw. der Zellwandenden und der Stalorwand, so daß bei einem langfristigen Betrieb das Spiel zwischen dem Rotor und dem Stator ständig zunimmt und der Wirkungsgrad der Maschine abnimmt.Experienced change in shape by being bent or abraded will. In addition, there is the corrosion and erosion of the blade ends or the cell wall ends and the stator wall, so that in long-term operation the clearance between the rotor and the stator constantly increases and the efficiency of the machine decreases.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe. Streifschutzelemente zu schaffen, welche das durchThe present invention sets itself the task. To create anti-stripe elements, which through
zeichnet, daß die Streifschutzelemente vor der Ver- 35 Streifung, Erosion oder Korrosion entstehende Spiel im wendung bei 600 bis 7000C geglüht werden. Betrieb wieder vermindern, und zwar so, daß das er-characterized in that the protective lining elements before the comparison 35 striation, erosion or corrosion is generated in the game application at 600 to 700 0 C annealed. Reduce operation again in such a way that
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- strebte Gleichgewicht zwischen spielvergrößcrndeni8. The method as claimed in claim 4, characterized in that the balance between the clearance increases
Abrieb und Spielverminderung während einer möglichst langen Betriebsdauer gleichmäßig aufrechterhal-Wear and play reduction evenly maintained over the longest possible operating period.
9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 40 ten bleibt, lirfindungsgemäß wird diese Aufgabe dazeichnet, daß die Streifschutzelemente aus Kup- durch gelöst, daß die Streifschutzelemente aus einem9. The method as claimed in claim 4, characterized in that it remains, according to the invention, this object is drawn that the anti-slip elements made of copper solved by that the anti-slip elements from one
an sich bekannten, in einer oxydierenden, aufstickenden, aufschwefelnden und/oder aufrcohlenden Atmo-Sphäre und/oder unter Wärmeeinfluß wachsendenknown per se, in an oxidizing, embroidering, sulfurizing and / or radiant atmosphere and / or growing under the influence of heat
zeichnet, daß die Streifschutzelemente aus Kupfer, 45 Werkstoff hergestellt werden und daß sie vor ihrer Kohlenstoff, Nickel und Zinn hergestellt werden. Verwendung einer Behandlung unter den vorgenanndraws that the anti-stripe elements are made of copper, 45 material and that they are in front of their Carbon, nickel and tin are produced. Using a treatment among the foregoing
ten Bedingungen unterworfen und gegebenenfalls einer abschließenden Maßbearbeitung unterzogen werden.
Dieser Lösung liegt die Tatsache zugrunde, daß das Wachstum der genannten Werkstoffe unter gleichbleibenden
Bedingungen grundsätzlich nach einer anfänglich stärker und dann zunehmend schwächer steigenden
Kurve verläuft, wobei die Krümmung dieser Kurve, d. h. die Abweichung von einem linearen Verlauf,
entsprechend dem gewünschten gleichmäßigen Wachstum, mit fortschreitendem Wachstumsprozeß geringer
wird. Bei sofortiger Verwendung der Streifschutz- bzw. Wachstumselemente würde also anfänglich eine an sich
zu hohe Wachstumsgeschwindigkeit mit entsprechender Gefährdung durch zu starke Pressung zwischen
den gegeneinander bewegten Teilen in Kauf zu nehmen sein, um erst später die für den Dauerbetrieb geeignete
Wachstumsgeschwindigkeit zu erhalten. Umgekehrt würde die Wachstumsgeschwindigkeit im Verlaufsubject to the highest conditions and, if necessary, subjected to a final dimensional processing.
This solution is based on the fact that the growth of the mentioned materials under constant conditions basically follows an initially stronger and then increasingly weaker rising curve, the curvature of this curve, ie the deviation from a linear course, corresponding to the desired uniform growth as the growth process progresses. If the anti-slip or growth elements were used immediately, an excessively high rate of growth would initially have to be accepted with a corresponding risk from excessive pressure between the parts moving against one another, in order to obtain the growth rate suitable for continuous operation only later. The reverse would be the rate of growth in the course
puivermetallurgisch hergestellt weiden.Powder metallurgically produced willows.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifschutzelemente aus nah- oder übereutektischem Gußeisen hergestellt werden. 5. The method according to claim 3, characterized in that that the anti-graze elements are made of near-eutectic or hypereutectic cast iron.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifschutzelemente vor der Verwendung bei mindestens 50O0C geglüht werden.6. The method according to claim 5, characterized in that the anti-slip elements are annealed at at least 50O 0 C before use.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifschutzelemente aus Kupfer. Kohlenstoff und Nickel hergestellt werden. 7. The method according to claim 6, characterized in that the anti-slip elements made of copper. Carbon and nickel are produced.
fer. Kohlenstoff Nickel und Eisen hergestellt werden. fer. Carbon nickel and iron are produced.
10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn-10. The method according to claim 4, characterized
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifschutzelemente vor der Verwendung bei mindestens 250°C geglüht werden.11. The method according to claim 9 or 10, characterized characterized in that the anti-slip elements are annealed at at least 250 ° C before use will.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verhren zur Herstellung von Streifschul/.elementen für orrichtungen mit zwei relativ zueinander bewegten jilen, insbesondere einem rotierenden Teil und einem atorteil.The present invention relates to a Verhren for the production of Streifschul / .elemente for devices with two jilen moved relative to one another, in particular one rotating part and one ator part.
Der Wirkungsgrad von Turbinen, Kompressoren, ruLkwclenmaschinen usw. sinkt mit zunehmendem )iel zwischen Rotor und Stator. Es wird daher stets :rsucht, das Spiel zwischen dem Rotor einerseits undThe efficiency of turbines, compressors, ruLkwclenmaschinen etc. decreases with increasing ) iel between rotor and stator. It is therefore always: r seeks the play between the rotor on the one hand and
:m Stator andererseils möglichst gering zu halten. Die 65 des Dauerbetriebes unerwünscht absinken, wenn sie im Mimalc Spielgröße wird auf Grund von Materialei- Anfangsstadium auf optimale Werte eingestellt würde.: m to keep the stator as small as possible on the other hand. The 65 of continuous operation drop undesirably if they are in Mimalc game size is set to optimal values based on the material in the initial stage.
Dabei kommt es für die Wirkung in der Maschine auf die absolute Wachstumsgeschwindigkeit in der Dirnen-The effect in the machine depends on the absolute speed of growth in the prostitute
pgpg
•nschaften, der Hcrstellungstechnologie und der Grö-■ des Rotors und des Stators, sowie auf Grund der• the size, the manufacturing technology and the ■ of the rotor and the stator, as well as due to the
sion Länge/Zeit an. die durch Dickenbimessung der Streifschutzelemente einstellbar, im übrigen aber jeweils proportional zur relativen Wachstumsgeschwindigkeit in %/Zeit mit ihrem werksioffbedingten Sättigungsverlauf ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es also, die absolute Wachstumsgeschwindigkeit auf einen gewünschten Dauerbetriebswen gemäß der bekannten relativen Wachstumskurve des betreffenden Werkstoffs einzustellen und die sich damit ergebende höhere und sich stark verändernde Anfangs-Wachstumsgeschwindigkeit In einem Voralterungsprozeß - vorzugsweise unter forcierten Wachstumsbedingungen — vorwegzunehmen.sion length / time. by dimensioning the thickness of the Anti-slip elements adjustable, but otherwise proportional to the relative growth rate in% / time with their factory-related saturation curve is. The method according to the invention thus enables the absolute growth rate to a desired continuous operation according to the known relative growth curve of the material in question and the resulting higher and strongly changing initial growth rate in an aging process - preferably under forced growth conditions - to be anticipated.
An Hand der schematischen Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigt )5 The invention is explained by way of example with the aid of the schematic drawings. It shows ) 5
Fig.! einen Ausschnitt aus dem Längsschnitt durch eine Turbine mit einem Streifschutzelemtnt,Fig.! a section of the longitudinal section through a turbine with a protection element,
F i g. 2 einen Ausschnitt aus dem Längsschnitt durch eine Druckwellenmaschine mit einem Streifschutzelement, F i g. 2 shows a detail from the longitudinal section a pressure wave machine with a streak protection element,
F 1 g. 3 zwei Wachstumskurven von zwei Graphit-Metallsintermaterialien undF 1 g. 3 two growth curves of two graphite metal sintered materials and
F 1 g. 4 die Wachstumskurven von drei Graugußsorten. F 1 g. 4 the growth curves of three types of gray cast iron.
F 1 g. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Axialschnitt ?$ durch eine Turbine, bestehend aus einem Stator 1 und einem Rotor 2, der auf seinem Umfang Rotorschaufeln 3 aufweist Der Stator 1 und der Rotor 2 bestehen aus einem volumenbeständigen Material, /.. B. Stahl. Um die Entfernung 4 zwischen den Enden der Rotorschaufeln 3 und dem Stator 1 möglichst gering zu halten, ist auf der Innenfläche des Stators 1 und den Rotorschaufelenden gegenüberliegend ein aus Segmenten bestehender Ring 5 aus einem wachsenden Werkstoff, vorzugsweise Grauguß, mechanisch befestigt. Streifen die Rotorschaufelenden den Ring 5, so werden sie, sofern sie mit einer Anschärfung versehen sind, verbogen, oder die .Segmente, sofern sie weich sind, werden rotorseitig abgetragen. Bedingt durch die oxydierende Betriebsatmosphäre einerseits und durch die Betriebstemperatur andererscits wachsen die Ringsegmente 5 auch in Richtung Rotorachse. Hierbei wird das durch Streifen und die Korrosions-/Erosionswirkung entstandene Spiel 6 verkleinert. Dadurch werden der Korrosions- und Erosionsabtrag sowie der Abrieb bei unvorhersehbaren Vibrationen und Temperaturanstiegen eliminiert.F 1 g. 1 shows a detail of an axial section? $ Through a turbine, comprising a stator 1 and a rotor 2, which on its periphery rotor blades 3 comprises the stator 1 and the rotor 2 consist of a volume-resistant material, / .. as steel. In order to keep the distance 4 between the ends of the rotor blades 3 and the stator 1 as small as possible, a segmented ring 5 made of a growing material, preferably gray cast iron, is mechanically attached to the inner surface of the stator 1 and opposite the rotor blade ends. If the rotor blade ends streak the ring 5, they will be bent if they are sharpened, or the segments, if they are soft, will be worn away on the rotor side. Due to the oxidizing operating atmosphere on the one hand and the operating temperature on the other hand, the ring segments 5 also grow in the direction of the rotor axis. Here, the play 6 created by stripes and the corrosion / erosion effect is reduced. This eliminates corrosion and erosion as well as abrasion in the event of unpredictable vibrations and temperature increases.
F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Druckwellenmaschine mit einem Stator 7 aus Gußeisen mit Kugelgraphit und einem Rotor 8 aus Ni-Legierung. Bei derartigen Maschinen ist stirnseitig zwischen dem Rotor 8 und dem Stator 7 die Entfernung 9 bzw. das Spiel 10 möglichst klein zu halten. Zu diesem Zweck ist im Stator 7 eine Platte 12 aus einem wachsenden Werkstoff, vorzugsweise aus einem weichen Grauguß, eingegossen. Auch hier wächst die Platte 12, bedingt durch die oxydierende Betriebsatmosphäre einerseits und die Betriebstemperatur andererseits, gegen den Rotor 8.F i g. 2 shows a cross section through a pressure wave machine with a stator 7 made of spheroidal graphite cast iron and a rotor 8 made of Ni alloy. In machines of this type, the front side is between the rotor 8 and the stator 7 to keep the distance 9 and the game 10 as small as possible. For this purpose, im Stator 7 has a plate 12 made of a growing material, preferably made of a soft gray cast iron. Here, too, the plate 12 grows, due to the oxidizing operating atmosphere on the one hand and the Operating temperature on the other hand, against the rotor 8.
Im Unterschied zum Anwendungsbeispiel nach F i g. 2 kann die Platte 12 beispielsweise fest mit der Stirnseite des Rotors 8 verbunden sein, so daß sie in <k> Richtung der Rotorachsc gegen den Stator 7 wächst. Grundsätzlich ist man frei, am Rotor und/oder am Sta tor ein wachsendes F.lcmcnt anzubringen. Da die Rotorteile in der Regel einer starken mechanischen Bean spruchung unterworfen sind, erscheint es zweckmäßig. (>:·, nur die Statorteile mit wachsenden Elementen zu versehen. In contrast to the application example according to FIG. 2, the plate 12 can, for example, firmly with the Front side of the rotor 8 be connected so that they are in <k> Direction of the Rotorachsc against the stator 7 grows. Basically you are free to work on the rotor and / or on the Sta tor to attach a growing F.lcmcnt. Because the rotor parts are usually a strong mechanical bean are subject to a claim, it seems appropriate. (>: ·, to provide only the stator parts with growing elements.
Drr Wachsnumsvcrlusi von drei verschiedenen Graugußsorten beim Glühen bei einer Temperatur von 6500C an der Luft ist in F i g. 4 dargestellt. Das Wachsen des zur Herstellung der Platte 12 bzw. des Segnientringes 5, nachfolgend Element genannt, verwendeten Graugusses kann in weiten Grenzen variiert werden, z. B. durch die Wahl seiner Zusammensetzung, durch die Änderung der Abkühlungsgesehwindigkeit beim Gießen des Elementes, durch eine Wärmebehandlung des Elementes nach dem Gießen usw Außerdem ist das Wachstum eines aus Grauguß hergestellten Elementes von seiner Form, von der Art der Befestigung am Grundmaterial, von der Beanspruchung, von der Betriebstemperatur und der Betriebsatmosphäre abhängig, jedenfalls hat aber die Wachstumskurve den angedeuteten Verlauf mit abnehmender Krümmung, d. h. zunehmender Annäherung an einen linearen Verlauf mit annähernd konstanter Wachstumsgeschwindigkeit. Drr Wachsnumsvcrlusi of three different gray cast iron during annealing at a temperature of 650 0 C in air is g i in F. 4 shown. The growth of the gray cast iron used to manufacture the plate 12 or the segment ring 5, hereinafter referred to as the element, can be varied within wide limits, e.g. B. by the choice of its composition, by changing the cooling rate during casting of the element, by a heat treatment of the element after casting, etc. In addition, the growth of an element made of gray cast iron is of its shape, of the type of attachment to the base material, of the Stress, dependent on the operating temperature and the operating atmosphere, but in any case the growth curve has the indicated course with decreasing curvature, ie increasing approximation to a linear course with an approximately constant growth rate.
An Stelle von Grauguß können zur Herstellung eines FJemenies auch andere Gußeisensorten, wie ζ Β. Temperguß. Gußeisen mit teilweise globularem und teilweise lamellarem Graphit usw. verwende' werden, je nachdem, welche Eigenschaften vom Element gewünscht werden.Instead of gray cast iron, other types of cast iron, such as ζ Β. Malleable cast iron. Cast iron with partly globular and partly lamellar graphite etc. will be used, depending on which properties are required of the element.
Die Befestigung der Elemente am tragenden Grundmaterial des Stators oder des Rotors erfolgt durch übliche Verbindungstechnik wie z. B. mechanisch, durch Löten, Schweißen, Eingießen, Aufsintern usw.The elements are fastened to the supporting base material of the stator or the rotor using conventional methods Connection technology such. B. mechanically, by soldering, welding, pouring, sintering, etc.
An Stelle von Gußeisen können die Elemente 5 und 12 aus anderen Materialien bestehen, die bei höheren Temperaturen durch Oxydation ein Wachstum aufweisen. Hierzu eignen sich besonders gesinterte Graphit-Metall-Werkstoffe, wobei die Mctallphase, Nickel. Kupfer, Eisen, Zinn, Blei, Antimon und/oder Zink aufweist. Wie die Wachstuniskurven in F i g. 3 zeigen, erfolgt das Wachstum an Luft um so schneller, je mehr die Metallphase leicht oxydierbare Elemente wie Kupfer und Zinn enthält. Im Prinzip können zur Herstellung der Elemente 5, 12 alle Materialien verwendet werden, die unter dem Einfluß von chemischen Elementen oder Verbindungen der Umgebung z. B. durch Aufkohlen. Aufstickung, Aufschwefelung, Oxydation usw. oder durch eine Gefügeveränderung unter der Wirkung der Umgebungstemperatur wachsen.Instead of cast iron, the elements 5 and 12 can consist of other materials, which are higher Temperatures due to oxidation show growth. Sintered graphite-metal materials are particularly suitable for this purpose, the metal phase being nickel. Comprises copper, iron, tin, lead, antimony and / or zinc. As the growth curves in FIG. 3 show, the more growth occurs in air, the faster the metal phase contains easily oxidizable elements such as copper and tin. In principle, can be used to manufacture of elements 5, 12 all materials are used that are under the influence of chemical elements or connections of the environment z. B. by carburizing. Nitrification, sulphurisation, oxidation, etc. or grow through a structural change under the effect of the ambient temperature.
Wie die F i g. 3 und 4 zeigen, weisen die Wachstumskurven zu Beginn der Glühbehandlung ein stärkeres Wachstum pro Zeiteinheit auf, als dies bei fortgeschrittener Glühzeit der Fall ist. Ferner tritt mit steigender Glühtemperatur ein stärkeres Wachstum auf. Um während des Betriebes wenigstens eine angenähert konstante Wachstumsgeschwindigkeit der Elemente zu erreichen, ist daher vorgesehen, nur jenen Wachstumsbereich auszunutzen, der sich durch eine angenähert konstante Wachstunisgeschwindigkeit auszeichnet und in den F i g. 3 und 4 jenem Kurvenasl entspricht, der sich von einer Glühzeit von etwa 250 Stunden bis zu einer Glühzeit von etwa 1000 Stunden erstreckt. In jedem Falle sind, je nach dem verwendeten Werkstoff, die Cilühtemperatur und die Glühzeit so aufeinander abzustimmen, daß die Wachstumsgeschwindigkeit am End;: der Wärmebehandlung angenähert konstant ist oder doch eine geringere Änderung als in der Anfangspreise aufweist. Wird zur Herstellung der Elemente Gußeisen verwendet, so sind Glühtemperaturen von mindestens .1JOOT zweckmäßig, um die Voralterung im Interesse der Wirtschaftlichkeit abzukürzen. Bei der Verwendung eines Materials auf Kupferbasis, entsprechend den in F i g. 3 angegebenen, ist die Anwendung vonAs the F i g. 3 and 4 show, the growth curves at the beginning of the annealing treatment show a stronger growth per unit of time than is the case with an advanced annealing time. Furthermore, the higher the annealing temperature, the stronger the growth. In order to achieve at least an approximately constant growth rate of the elements during operation, provision is therefore made to utilize only that growth area which is characterized by an approximately constant growth rate and which is shown in FIGS. 3 and 4 correspond to that curve which extends from an annealing time of about 250 hours to an annealing time of about 1000 hours. In any case, depending on the material used, the annealing temperature and the annealing time must be coordinated so that the growth rate at the end of the heat treatment is approximately constant or shows a smaller change than in the initial price. If cast iron is used to manufacture the elements, annealing temperatures of at least are required. 1 JOOT is useful to shorten the aging process in the interests of economy. When using a material based on copper, in accordance with the procedures shown in FIG. 3 is the application of
Glühteniperaturen von mindestens 250"C geeignet. Durch geeignete, aggressive Atmosphäre, deren Zusammensetzung gegebenenfalls von derjenigen der Betriebsbedingungen in Richtung forcierter Wachstumsgeschwindigkeit abweichen kann, läßt sich der Zeitaufwand für die Voralterung weiter vermindern.Glow temperatures of at least 250 "C are suitable. Through a suitable, aggressive atmosphere, its composition can possibly deviate from those of the operating conditions in the direction of the accelerated growth rate, the time required can be reduced further reduce for aging.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (1)
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