DE3030187A1

DE3030187A1 - Verfahren zum herstellen eines querarms einer seitendichtung fuer drehspeicher-waermetauscher

Info

Publication number: DE3030187A1
Application number: DE19803030187
Authority: DE
Inventors: Leonard Carol Davis; Theodore Pacala; George Robert Indianapolis Ind. Sippel
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Rolls Royce Corp
Priority date: 1979-11-23
Filing date: 1980-08-07
Publication date: 1981-05-27
Also published as: JPS6127677B2; CA1135163A; DE3030187C2; GB2064084A; US4284658A; GB2064084B; JPS5674595A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines eine Seitendichtung für Drehspeicher-Wärme^: tauscher bildenden Querarms, der zwischen zwei freien Enden ein von Seitenkanten begrenztes Mittelteil als Substratträger aufweist, dessen eine G-roßfläche mit einer Verschleißschicht versehen ist«,

In dem heißen Bereich der Stirnfläche des Drehspeicherkörpers herrschen Temperaturen bis zu 760 C und mehr, wodurch die Abdichtung Schwierigkeiten bereitet. Die ebene Form der vorgesehenen Seitendichtung muss weitgehend beibehalten bleiben, damit keine wesentliche Umströmung im Bereich der St(rinflächen zwischen dem heissen und kühlen Teil des Wärmetauschers erfolgen kann_o

Die Seitendichtungen sind zwar durch Federkraft gegen die ebenen Stirnflächen des Speicherkörpers gedrückt und ferner in dieser Richtung auch druckbelastet, doch ist eine wesentliche Voraussetzung für eine einwandfreie Abdichtung das Einhalten der ebenen Gestalt der °eitendichtungen, also insbesodnere der Querarme_o Dies hat aber bisher bei der herstellung Schwierigkeiten bereitet, da bei der Wärmebehandlung der Verschleißschicht, um deren Stablität zu erreichen, der diese tragende Wuerarm Spannungen erhält, durch die er verbogen wird, so dass also die genaue Anlage gegen den Drehspeicherkörper nicht erreicht wird₀

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch dass derartige Verformungen

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des Querarms verhindert sind, dieser also bis zu vorgegebenen Betriebstemperaturen im wesentlichen seine ebene Form beibehält und damit dauerndeine einwandfreie Abdichtung gewährleis

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 heraus gestellten Verfahrensschritte gelöst«,

Vorteilhafte weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen„

Das erfindungsgemässe ^erfahren wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläuterte In den Zeichnungen zeigen

Figo 1 eine schematische Seitenansicht eines

Drehspeicher-Wärmetauschers,

Figo 2 ein Fließschema des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Querarm einer

Seitendichtung in eine Halterung eingelegt, Figo 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig_o3, wobei die einzelnen aufgebrachten Schichten vergrössert gezeichnet sind.

In einem Gasturbinentriebwerk 10 ist eine Tragplatte 12 enthalten, die Seitendichtungen 14 eines Drehspeicher-Wärmetauschers halten, der der Gasturbine zugeordnet isto Derartige Dichtungen sind beispielsweise in der

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US-PS 3 542 122 beschriebene Sie weisen einen Querarm 16 auf, dessen einander gegenüberliegende Enden mit im wesentlichen halbkreisförmigen Randteilen 18 bzw«, 20 verbunden sind Das Randteil 20 bildet die Randdichtung im Fiederdruckbereict 64, in dem Abgase der Gasturbine mit niedrigem Druck der heissen ^eite des Wärmetauschers zuströmen, dessen scheibenförmiger Drehspeicherkörper 24 eine ebene Stirnfläche aufweist, gegen die die Seitendichtung 14 abdichtet,, Der Querarm 16 hat eine Versehleißflache 28 und die Randteile 18 und 20 haben Versohleißflachen 30 und 32. Die Anlage wird in üblicher Weise durch Federn zwischen der tragplatte 12 und den Rückflächen des Querarms und der Randteile bewirkte Derartige Anordnungen sind beispielsweise in der US-PS 3 542 122 ebenfalls beschrieben.

Der Querarm 16 ist nun so hergestellt, dass die bisherigen Schwierigkeiten vermieden sind, die durch Verwerfen des Querarms beim Aufbringen der Verschleißflächen durch Plasmasprühen bestanden. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht das Aufbringen mehrerer Schichten _mit anschliessender Wärmebhandlung der Stabilität der durch Plasma· sprthen gebildeten S_cni_Chten, ohne dass dabei ein Verwerfen des Querarms eintritt·» Die Temperatur an der heissen Seite des Drehspeicherkörpers kann daher 76O⁰G erreichen, ohne dass Dichtungsschwierigkeiten auftreten.

Die erfindungsgemässe ^erfahrensftihrung ist schematisch in Figo 2 dargestellt., Zunächst wird ein Rohling 36

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aus nickellegiertem Stahl 36 hergestellt, der an seinen freien Enden bogenförmige Segmente 38 und 40 trägt, die je mit einem Zentrierungslappcn 42 und 44 versehen sind, um den Querarm 16 in einer vorgegebenen Lage zur Tragpaltte 12 festlegen zu können. Der Rohling 36 stellt einen Substratträger 36 dar und hat ein erstes Armteil 46, das sich radial vom Mittelpnkt 48 des Querarms zum freien Ende 38 erstreckt, während ein zweites Armteil 50 sich vom Mittelpunkt zum anderen freien Ende 40 erstreckte Beide Armteile 46 und 50 divergieren von den freien Enden 38 bzw_e40 zum Mittelpunkt 48 und weisen Seitenkanten 52, 54 bzw_o 56 ,58 auf. Die Weite der Armteile nimmt von den freien Enden zu einem Mittelteil 60 zu, das einen ^_cheitel 62 hat» Der Querarm hat somit eine etwas komplizierte geometrische Form und es ist bei dem Aufbringen von Schichten durch Plasmasprühen ein thermisches Stabilisieren dieser Schichten erforderliche Hierbei hat man nun festgestellt, dass bei dieser Wärmebehandlung ein Durchbiegen des Querarms 16 zwischen seinen Enden 38 und 40 eintreten kann«, Dieses Durchbiegen wird durch das erfindungsgemässe Verfahren verhindert, so dass die Dichtung im heissen Bereich 64, wie auch im kühlen Bereich 22 des Drehspeicherkörpers gewährleistet ist.

Der Rohling 36 wird zunächst in einem geeigneten Lösungsmittel entfettet, beispielsweise mit Perchloräthylen oder einer Käseschicht, die mit Azeton angefeuchtet ist₀ Es folgt dann eine Oberflächenbehandlung durch Sandstrahlen

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beider &roßflächen mit Partikeln aus Aluminiumoxid (sixtygrit-G-rösse), die mit einem Druck von 413,7 kPa gegen den Rohling 36 aus einer Entfernung von 152,4 nun geblasen werden. Hierdurch wird der Rohling 36 gleichmässig vorgespannt» Danach werden alle losen Partikel durch Druckluft oder einen Käsebelag mit Azeton angefeuchtet entfernt. Danach wird der Rohling 36 mechanisch auf eine vorgegebene Vorspannung gebrachte Hierzu dient eine Halterung 68, die vorzugsweise aus Hastelloy-X-Material besteht und eine gewölbte Fläche 70 aufweist, deren grösste Tiefe 3,175 nun beträgt«, Der Rohling 36 wird dieser Fläähe 70 angepasst verformt (Fig_o4), wobei sein Mittelteil 60 im Bereich . der grössten Tiefe der Fläche 70 liegt. Es werden dann die Seitenkanten 52,54,56 und 58 der Armteile 46 und 50 durch Punktschweißungen 72 mit der Halterung 68 verbunden, so dass die gesamte konvexe Fläche 74 des Rohlings 36 gegen die konkave Fläche 70 satt anliegt» Die Wölbung der Fläche 70 ist so gewählt, dass der Rohling durch die Verformung eine Vorspannung erhält, die der ihm während der späteren Wärmebhandlung erteilten Vorspannung gleich ist aber entgegengerichtet ist_o Diese Vorspannung bleibt während der weiteren ehandlung durch das Verschweissen mit der Halterung erhaltene

Der Rand der freiliegenden Fläche 66 des Rohlings 36 ist maskiert, so dass nur der innerhalb der begrenzung 76 liegende Teil beschichtet werden kann_o Nach dem Festlegen des Rohlings 36 in der Halterung

68 erfolgt ein Aufwärmen auf 79,4 "bis 93,3°C, worauf auf die Fläche 66 eine Haftschicht 78 durch Plasmasprühen aufgebrach wird«, Geeignet ist hierfür ein Chrom-Nickelüberzug (Metco 44 der in gleichmässiger Dicke zwischen 0,10 "bis 0,15 mm aufgebracht wirdo Der Plasmastrahl sollte in einem Winkel von 90° + 15° aus einer Entfernung zwischen 101,6 und 127 mm auftreffen. Als Sprühkanone kann das Modell SG1B mit einer Düse S1-3-F und einer Elektrode S1-3-R der Plasmadyne Corp_o verwendet werden» Das ^'rägergas ist Argon mit einer Menge von 1840,6 l/h und Helium mit einer Menge von 424,7 l/h„ Die Sprühkanone ist mit einem Strom vom 45 Volt und 500 Amp. gespeiste

Zum Aufsprühen wird das Pulver 1000A der Plasmadyn^ Corp«, benutzte Das Zuteilrad hat 30 Zähne, ist auf den Wert 30 einzustellen,, Argon als '-^rägergas für die Pulverzuspeisung wird in einer ^enge von 424«7 l/h an einer äusseren Zufuhrstelle zugeleitet»

Es wird danach durch Plasmasprühen eine Schutzschicht 80 auf die freiliegende Fläche 82 der Haftschicht 78 aufgebrachte Diese besteht zweckmässig aus 100$ Nickeloxid und wird in gleichmässiger Dicke von O₀254 mm aufgebracht« Die Schutzschicht 80 hat eine chemische Reaktivität, die das Einwandern von Fremdstoffen zwischen die Haftschicht und die noch aufzubringende Verschleißschicht verhindert»

Für das Aufbringen der S_chutzschicht 80 können die gleichen Geräte verwendet werden, die für die Bildung der Haftschicht geeignet sin

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Auf die äussere Fläche 86 der Schutzschicht 80 wird dann durch Plasmasprühen eine erschleißschicht 84 auf· gebracht, die zweckmässig aus einer Mischung von Nickeloxid und Galciumfluorid besteht, wobei ersteres einen Anteil Won 60 bis 85 Gw$ und letzteres einen Anteil von 40 bis 15 Gew$ hatο Beide Bestandteile werden in einem Zweihüllenmischer innig gemischt und dann mit der bereits erwähnten Sprüheinrichtung versprühte

Die Verschleißschicht 84 erhält eine gleichmässigi Dicke von 0,762 mm₀

Zur thermischen Stabilisierung der plasmagesprühten erschleißschicht für den späteren Einsatz in Dirrehspei· eher—Wärmetauschern ,ist anschliessend eine Wärmebehandlung in Luft bei einer Temperatur von 871⁰G für 16 Stunden erforderliche Hierbei ist es zweckmässig, wenn die obere Fläche 88 der Verschleißschicht 84 thermisch isoliert ist, um Überhitzen der Schicht durch übermässige Abstrahlung des 0-fens zu verhindern, die den beschichteten ^eil des Querarms 16 treffen könnte«.

Es werden abschliessenddie Punkt schweißungen 72 entfernt, so dass der fertig beschichtete Querarm nunmehr seine ebene spannungsfreie G-estalt wieder annehmen kann, so dass er in den Drehspeicher-Wärmetauscher eingebaut in guter Anlage gegen dessen Drehspeicherkörper ist«,

In der Praxis wurde eine Genauigkeit der ebenen Fläche zwischen 0,254 und 0,381 mm bei leicht konvexer Krüm-

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mung ermittelt, die ausreicht, um wesentliche Leckverluste zwischem dem heissen Bereich 64 und dem kühleren Bereich 22 des Drehspeicher-Wärmetauschers zu verhindern«,

■a-

Leerseite

Claims

7οAugust 1980 W~w-3445

General Motors Corporation, Detroit, Michigan, V₀St₀A₀

Verfahren zum Erstellen eines Querarms einer Seitendichtung für Drehspeicher-Wärmetauscher

Patentansprüche :

ι 1 ο Verfahren zum ⁿerstellen eines eine Seitendichtung für Drehspeicher-Wärmetauscher bildenden Querarms (16), der zwischen zwei freien Enden (38,40) ein von Seitenkanten (52,54,56,58) "begrenztes Mittelteil (60) als Substrat· träger (36) aufweist, dessen eine ^roßfläche mit einer Verschleißschicht (84) versehen ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Der Substratträger (36) wird in ebenem Zustand gleichmassig vorgespannt;

b) der Substratträger wird dann in eine Halterung (68) mit einer konkaven Krümmung zwischen seinen freien Enden eingelegt und mit einer vorgegebenen Vorpannung festgelegt;

c) die konkave Großflache (66) wird mit einer Haftschicht (78) versehen, die eine oxidationsfreie Oberfläche (82) hat;

d) auf diese Oberfläche (82) wird durch Plasmasprühen eine Schutzschicht (80) aus Nickeloxid aufgebracht;

e) auf deren Oberfläche wird durch Plasmasprühen die Verschleißschicht (84) in gleichmässiger Dicke aufgebracht,

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die aus Nickeloxid und Calciumfluorid "besteht;

f) es erfolgt dann eine Wärmebehandlung zur Vergleichmässi— gung der Spannung in der erschleißschfcht;

g) der Substratträger wird dann aus der Halterung entfernt und nimmt unter Entspannung wieder die ebene Gestalt an, die er nach Einbau in einen Drehspeicher-Wärmetauscher bei Temperaturen bis zu 76O⁰C beibehalte

2o Verfahren nach Anspruch 1, geknnzeichnet durch

folgende weitere Merkmale:

al) Beide Großflächen des Substratträgers(36) werden sandgestrahlt, um ihn zu reinigen und in der ebenen Gestalt gleichmässig vorzuspannen;

bi) die Seitenkanten (52,54,56,58) des Substratträgers (36) werden mit der Halterung (68) verbunden, um ihn mit konkaver Wölbung seiner oberen Fläche (70) zwischen seinen freien Enden (38,40) zu halten, während die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden,,

3o Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

h) Der Substratträger (36) wird aus nickellegiertem Stahl mit unterschiedlicher Weite zwischen seinen S_eitenka_nten (52,54»56,58) gebildet; a2) das Sandstrahlen beider G"roßflachen erfolgt

durch Aluminiumoxidpartikel (sixty grit-Grösse) mit einem Druck von 413,7 kPa;

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b2) die Seitenkanten (52,54_f56,58) des Substratträgers (36) werden mit der Halterung (68) durch Punktschveißungen (72) verbunden;

el) die Haftschicht (78) wird als Nickel-Chrom-Überzug einer Dicke zwischen 0,10 bis 0,15) gebildet;

d1) die Schutzschicht (80) ist aus Nickeloxid mit einer Dicke von 0,254 mm durch Plasmasprühen gebildet;

el) die "Verschleißschicht (84) wird aus einer Mischung von 60 bis 85 aew# Nickeloxid und 40 bis 15 Gew# Calciumfluorid in einer Dicke XSIXXOX von 0,762 mm durch Plasmasprühen gebildete

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