DE3235745A1

DE3235745A1 - Isolierte wabendichtung

Info

Publication number: DE3235745A1
Application number: DE19823235745
Authority: DE
Inventors: Lawrence Theodore 06067 Rocky Hill Conn. Shiembob
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1981-09-29
Filing date: 1982-09-27
Publication date: 1983-04-28
Anticipated expiration: 2002-09-28
Also published as: JPH0340205B2; MX159834A; JPS5867905A; IT1152679B; DE3235745C2; GB2109473B; GB2109473A; CA1190862A; FR2513723A1; FR2513723B1; IT8223499A0; US4433845A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft Dichtungen vom Wabentyp für Gasturbinenmaschinen, in welchen die eine Reihe von Schaufeln in der Maschine unigebende Dichtung wenigsten;? teilweise mit einem isolierenden Material gefüllt ist, um die thermischen Gradienten in dem Turbinengehäuse zu vermindern und um dadurch den Kontakt zwischen den Schaufeln und der Dichtung auf ein Minimum zu bringen.

Zur Verminderung der Gaspfad-Dichtungslücken während Maschinen-übergangszuständen wurden bereits Versuche unternommen, die Dichtungen und ihre Träger zu isolieren, um das thermische Ansprechen der Teile zu vermindern. Wenn die Dichtung ein Wabenmaterial bzw. Bienenwabenmaterial ist, wurde die Wabe mit einer pastenförmigen Isolation gefüllt, die dann verlötet bzw. verschmolzen oder gesintert wird, um das Material auszuhärten und zu binden. Dieser Vorgang ist schwierig zu überwachen, um eine gleichförmige Füllung der Wabe sicherzustellen, so daß sich über die Wabe hinweg eine ungleichmäßige Isolation ergibt. Wenn es erwünscht ist, die Wabe bei gewissen Einsätzen nur teilweise zu füllen, ist die Erzielung einer gleichförmigen Füllung in dem gewünschten Ausmaß sogar noch schwieriger.

Ein Merkmal der Erfindung ist die Anbringung der Beschichtung des isolierenden Materials als Pulver durch Flammspritzen dieses Pulvers bis zur erwünschten Dickenabmessung in den Zellen der Dichtung. Ein weiteres Merkmal besteht in der Verwendung eines NiCrAl/Bentonit-Pulvers als isolierendes Material. Ein weiteres Merkmal ist die Verwendung dieses Pulvers bei Flammspritzanbringungen, welche die erwünschte Verbindung und isolierende Eigenschaften sowie die erwünschte Härte der Beschichtung herbeiführen.

BAD ORiQINAL

Gemäß der Erfindung wird ein geeignetes isolierendes Pulver mit der gewünschten Tiefe oder Dicke in der Wabendichtung abgeschieden, und zwar durch Flammspritzen des Pulvers in die Zellenstruktur der Wabe hinein. Das bevorzugte isolierende Pulver ist ein NiCrAl/Bentonit-Pulver, bei dem die Partikel aus einem Bentonitkern bestehen, der mit einer Mischung von NiCrAl beschichtet ist. Das Hauptmerkmal der Erfindung ist die Anbringung eines isolierenden Pulvers an den Zellen einer Wabe durch einen FlammspritzVorgang, durch welchen eine gleichmäßige Aufbringung der isolierenden Beschichtung mit der gewünschten Tiefe in der Wabe sichergestellt und eine isolierende Struktur erzeugt wird, welche die erwünschten Eigenschaften, aufweist, ohne daß eine weitere Behandlung neben dem Flammspritzen erforderlich ist.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 eine Teilschnittansicht durch eine Tur

bine, wobei die Lage der Wabendichtung dargestellt ist;

Fig. 2 - eine vergrößerte Schnittansicht der

an der Dichtung vorgenommenen Beschichtung; und

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht der

Dichtung.

Gemäß der Fig. 1 sind die Wabendichtungen 2 und 4 von einem Dichtungsring 6 getragen, der innerhalb des Turbinengehäuses 8 angeordnet ist. Die Dichtung 2 weist einen kleineren Durchmesser auf als die Dichtung 4 und steht mit den Deckbändern 10 der Turbinenschaufel 12 im Bereich der voreilenden Ränder

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dieser Deckbänder im Eingriff.. Die Dichtung 4 weist einen größeren Durchmesser auf und umgibt in enger Nachbarschat"L eine zentrale Rippe 14 dieser Deckbänder. Vorzugsweise weisen die Dichtungen zu den Deckbändern ein minimales Spiel auf, um die Leckage von Gas an diesen Dichtungen vorbei zu vermindern; das Wabenmaterial ist als Dichtung ausgewählt, da es sich bei einem Kontakt mit den Schaufeldeckbändern während Motor- bzw. Maschinen-Ubergangszuständen rasch abnutzt, ohne auf die Turbine nachteilige Einflüsse auszuüben.

Es ist wünschenswert, die Wärmeübertragung van dem durch die Turbine durchtretenden Gas auf die Dichtungen zu vermindern, so daß die Veränderungsrate des Durchmessers dor Dichtungen während der Waschinen-Ubergangszustände vermindert wird. Wie vorstehend ausgeführt, erfolgt dies dadurch, daß ein isolierendes Material in Pasten- bzw. Breiform manuell in die Wabendichtungen eingepackt wird. Ein derartiger Vorgang ist zeitraubend und führt nicht zu einer gleichförmigen Verteilung der Paste in den öffnungen der Dichtung, insbesondere wenn die Dichtungsöffnungen nur teilweise gefüllt werden sollen. Zur Herbeiführung einer besseren und verlässlicheren Isolierung wurde gefunden, daß geeignete IsoLierpulver in die Dichtung hinein flammgespritzt werden können und den erwünschten gleichförmigen Isoliereffekt mit der erwünschten Tiefe der Isolation in den Wabenräumen oder -zellen herbeiführen. Überdies bewirkt das Flammspritzen eine bessere Haftung des Isoliermaterials mit gleichmäßigeren Isolationseigenschaften. Das Material wird durch das Flammspritzen überdies mit der erwünschten Härte ausgehärtet, so daß eine weitere Wärmebehandlung ,der Dichtung mit der darin befindlichen Isolation vermieden wird.

Wie in der Fig. 2 gezeigt ist, weist die bienenwabenartig gestaltete Dichtung 2 öffnungen oder Hohlräume 16 auf, die sich in ihr radial erstrecken, wobei die äußeren Enden dieser

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Hohlräume oder Zellen durch den umgebenden Dichtungsring 18 geschlossen sind. Zur Erzielung der erwünschten Isolation dieser Dichtung wird ein geeignetes isolierendes Pulver mit den erwünschten isolierenden Eigenschaften mit der erwünschten Tiefe in die Hohlräume oder Zellen hinein flammgespritzt. Bei der speziell dargestellten Dichtung beträgt die Zellenabmessung 1,59 mm und die Höhe der Wabe beträgt 2,54 mm. Das Pulver wird in die Zellen hinein flammgespritzt, um eine Isolation 28 mit einer Tiefe von 1,27 + O,5 mm innerhalb der Zelle zu bilden. Es ist anzumerken,· daß diese Abmessungen nur beispielsweise angegeben werden und daß die Zellengröße oder die Isolationstiefe im Rahmen der Erfindung nicht kritisch sind.

Das bevorzugte Pulver besteht aus Partikeln von Bentonit, mit normalerweise 70 Gew.-% SiO„ und 20 Gew.-% Al„0,; diese Partikel sind mit einer Mischung aus NiCrAl beschichtet, um eine Zusammensetzung in dem Pulver von 1,5 bis 6,5 % Chrom, 1,0 bis 6,0 % Aluminium, 18 bis 24 % Bentonit und dem Rest Nickel zu erzeugen. Es ist anzumerken, daß ein beliebiges isolierendes Pulver, das durch Flammspritzen aufgebracht werden kann, anstelle dieses speziellen Pulvers verwendet werden kann, obgleich bekanntermaßen dieses spezielle Pulver eine sehr zufriedenstellende isolierende Beschichtung liefert. Die Dichtungen werden vorzugsweise vor dem Flammspritzen gereinigt, um eine gute Verbindung mit dem isolierenden Material sicherzustellen; danach wird das Pulver mit einer herkömmlichen Spritzausrüstung versprüht, die die erwünschte Beschichtungsdichte erzeugen kann.

Das isolierende Pulver kann beispielsweise mit einer Flammspritzeinrichtung 20 aufgesprüht werden, die eine Düse 22 aufweist, welche eine Flamme 24 gegen die Dichtung abgibt. Das Pulver wird über ein Rohr 26 zugeführt, und durch die Düse zum Eintritt in die Flamme und zur Ablagerung auf der Dichtung abgegeben. Die Düse wird axial relativ bezüglich der

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Dichtung und parallel zu deren Oberfläche bewegt, während der Teil zur Ablagerung des Materials rotiert. Die Düse wird auch vorzugsweise axial an der Dichtung vorbei während der Umfangsbewegung vorbeibewegt, um eine gleichförmige Ablagerung in allen Zellen der Dichtung sicherzustellen. Die normale Flammspritz-Abscheidung überdeckt einen verhältnismäßig kleinen Bereich und wäre normalerweise nicht weit genug, um die Zellen über die gesamte Breite der Dichtung ohne diese axiale Bewegung zu füllen. Gemäß der Darstellung wird die Isolation nur von dem unteren Teil der Zelle bis hinauf zur erwünschten Tiefe angebracht. Es wurde gefunden, daß durch Flammspritzen in der beschriebenen Weise im wesentlichen nichts von dem isolierenden Pulver an den Seitenwänden der Dichtung zwischen der Isolation und dem offenen Ende der Dichtung anhaftet.

Ein kritischer Zeitpunkt beim Turbinenbetrieb tritt während der Verzögerung auf, wenn das kühlere Gas über die Dichtungen und die Tragstruktur hinweg tritt und bewirkt, daß diese Strukturen rascher schrumpfen als der Rotor, so daß sich die Möglichkeit ergibt, daß sich die Dichtung und das Deckband berühren. Diese besondere Anordnung der Isolation vermindert die Schrumpfungsrate der Dichtung, um diese Berührung zwischen der Dichtung und dem Deckband zu verhindern. Da die Abstände bzw. Spielräume der Maschine für diesen Zustand eingestellt sind, ermöglicht die Verwendung dieser Isolierung eine Verminderung der Maschinen-Konstruktionsspiele an diesem Punkt und es ergibt sich eine Maschine höherer Leistung wegen der verminderten Leckage an der Dichtung vorbei.

Leersei te

Claims

Patentansprüche

Ί./verfahren zur Herstellung einer Dichtung für eine Keine von Turbinenschaufeln, bei dem eine Wabendichtung vorgesehen wird, in welcher die Zeilen im wesentlichen radial verlaufen, dadurch g e kenn ?. c ich net, daß ein isolierendes Material in die Zellen hinein flammgespritzt wird, um die Zellen radial einwärts von den äußeren Enden wenigstens teilweise zu füllen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die äußeren Enden der Zellen vor dem Flammspritzen durch einen umgebenden Ring verschlossen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als isolierendes Material Tonpartikel mit einer Legierungsbeschxchtung verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als das flammzuspritzende isolierende Material ein Pulver verwendet wird, dessen Partikel aus NiCrAl/Bentonit bestehen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Partikel in. Form eines Kerns aus Bentonit mit einer darauf befindlichen NiCrAl-Beschichtung vorliegen.
6. Turbinendichtung für eine Reihe von Turbinenschaufeln, dadurch gekennzeichnet , daß sie einen Wabendichtungsring (2,4) umfaßt, in welchem sich die Zellen der Waben radial erstrecken, daß ein umgebender Ring (18) die äußeren Enden der Zellen verschließt, und daß ein isolierendes Material dadurch in den Zellen anaeord-

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net wird, daß ein isolierendes Pulver in die Zellen hinein flammgespritzt ist.
7. Turbinendichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material eine Tonbasis ist, die mit einer metallischen Legierung kombiniert ist.
8. Turbinendichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das flammgespritzte Material die
Form von Partikeln aufweist, welche einen Bentonitkern und. eine NiCrAl-Beschichtung haben.
9. Turbinendichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material HiCrAl/
Bentonit ist.

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