DE3316535A1 - Turboverdichter mit einlaufbelag - Google Patents

Turboverdichter mit einlaufbelag

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Description

hk/ba/fr
MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH
München, 4. Mai 1983
Turboverdichter mit Einlaufbelag
Die Erfindung betrifft einen Turboverdichter mit Rotor, Stator und Gehäuse, wobei zwischen Rotorschaufeln und Gehäuse bzw. Statorschaufeln und Rotor ein Einlaufbelag vorgesehen ist, in den sich die Schaufeln bei Erstberührung eingraben und ein Minimalspiel erzeugen.
Der Spitzenspalt zwischen Rotorschaufeln und Gehäuse bzw. Statorschaufeln und Rotor ist von entscheidender Bedeutung für den Wirkungsgrad und das Betriebsverhalten eines Turboverdichters. Der Spalt sollte möglichst klein gehalten werden. Dies geschieht üblicherweise mit Hilfe sogenannter Einlaufbeläge, in die sich die Schaufeln bei Berührung eingraben und so ein minimales Spiel erzeugen. Hierbei müssen aber die Beläge bestimmte Voraussetzungen erfüllen:
Die Schaufelspitzen dürfen zum einen keinen unzulässig ' großen Abrieb erfahren. Außerdem ist zu vermeiden, daß sich die Schaufeln insgesamt beim Einlaufen überhitzen und daß bei Titan-Schaufeln "Titanfeuer" entsteht. Beim AnstreifVorgang bzw. EinlaufVorgang darf ferner kaine
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überbeanspruchung des Materials der Schicht unter der Schaufel durch Schwinganregung auftreten. Um ein "Schmieren" zu vermeiden, muß ein Materialaufbau sowohl auf der Anstreiffläche des Belags als auf den Schaufelspitzen verhindert werden. Die Abriebprodukte dürfen in den dahinterliegenden Stufen keine Erosion erzeugen oder unzulässige Beläge bilden. Die Heißteile eines Turbinenverdichteraggregats, insbesondere Brennkammer und Turbinenschaufeln dürfen nicht beeinträchtigt werden, d. h. der Belagabrieb darf keine Reaktionen mit dem Grundwerkstoff oder Verstopfungen von Kühlluftbohrungen zeitigen. Giftige Abriebprodukte sind wegen der Kabinenluftentnahme unter allen Umständen zu vermeiden. Darüber hinaus müssen die Beläge die Voraussetzung erfüllen, ausreichende Erosions- und Korrosionsfestigkeit zu besitzen. Auch müssen sie hinreichend oxidationsbeständig und warmfest sein. Schließlich muß ein leichtes Entfernen eines Einlaufbelags bei Überholung und/oder Reparatur eines Aggregats möglich sein.
Die bisher üblichen sich abreibenden Anstreifbeläge für erhöhte Temperaturen (bis ca. 450 0C) bestehen aus Nickel/ Graphit-Spritzbelägen und sind für die hinteren (heißen) Verdichterstufen nicht ausreichend erosions- und oxidationsbeständig. Abriebprodukte dieser Beläge verstopfen die Kühlluftbohrungen der Heißteile und können damit zu umfangreichen Folgeschäden durch überhitzung führen. Darüber hinaus ist das entstehende Nickeloxid giftig.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Turbover-■ dichters mit Einlaufbelag der eingangs genannten Art, bei dem vorgenannte Nachteile weitgehend verhindert sind
und insbesondere auf einfache Weise sichergestellt ist, 35
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daß Folgeschäden durch den Einlaufvorgang praktisch ausgeschlossen sind.
Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch, daß der Einlaufbelag aus einer ersten Schicht aus C-Faser verstärktem Graphit im.Befestigungsbereich des Belags am Gehäuse bzw. am Rotor sowie aus einer zweiten Schicht aus Graphit im Anstreifbereich der Schaufelspitzen besteht.
10
Insbesondere sind erste und zweite Graphitschicht integriert bzw. homogen miteinander verbunden.
Der Einlaufbelag weist bevorzugt Segment- oder Ringform auf.
Zweckmäßigerweise umfaßt die zweite Graphitschicht eine bürstenartige Graphit-Faserverstärkung mit radial ausgerichteten Fasern, oder sie ist durch eine Faserver-Stärkung ersetzt.
Die Dicke der zweiten Graphitschicht beträgt bevorzugt ca. 1 mm.
Für eine Befestigung des Einlaufbelags ist insbesondere die erste Graphitschicht in einer ringförmigen gehäusefesten Metallstruktur formschlüssig eingebracht, beispielsweise nach Art einer Schwalbenschwanzhalterung.
3^ In alternativer Weise kann die erste Graphitschicht in der ringförmigen gehäusefesten Metallstruktur materialschlüssig in fester Weise verbunden sein, insbesondere durch Kleben.
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Mithin steht durch die Erfindung ein Einlaufbelag für einen Turboverdichter zur Verfügung, der im Anstreifbereich keine den Abriebvorgang störende Faserverstärkung aufweist, und zwar durch Einrichtung einer zweiten Schicht aus unverstärktem Graphit in diesem Bereich. Die zweite Graphitschicht kann eine vorzugsweise radial stehende bürstenartige Graphitfaserverstärkung aufweisen, die beim EinlaufVorgang nicht hinderlich ist. Im letztgenannten Fall kann auch die zweite Graphitschicht beim Einlaufbelag vollständig entfallen: der Einlaufbelag besteht dann aus der vorerwähnten ersten Graphitschicht im Befestigungsbereich des Belags mit radial sich erstreckenden bürstenartigen Graphitfaserverstärkungen. Beide vorgenannten Materialien sind artgleich ausgebildet (C-Faser verstärkt).
Der Einlaufbelag nach der Erfindung weist ausreichende mechanische Festigkeit auf. Der Abrieb verbrennt ferner in vorteilhafter Weise schadstofffrei, d. h. nicht giftig. Darüber hinaus ist keine Verstopfungsgefahr an den Heißteilen des Verdichteraggregats gegeben, und es treten keine unzulässigen Reaktionen mit den Heißteilen auf. Bei Titanbeschaufelung ist eine Abschirmung gegen Titanfeuer vorhanden. Der Einlaufbelag weist insgesamt ein gutes Anstreifverhalten auf, und es findet kein Materialaufbau im Spitzenspalt statt, der zu einem Schmieren führen könnte. Die Wärmedehnung ist gering (bis gegen Null). Dadurch ergibt sich eine gute Spalteinhaltung bei Temperaturänderungen. Der Einlaufbelag ist gut spanend bearbeitbar und weist insgesamt ein geringes Gewicht auf. Als weiterer Vorteil ergibt sich eine gleichmäßig gute Qualität eines einzigen Einlaufbelags längs des Umfangs sowie sämtlicher Einlaufbeläge eines Turboverdichteraggregats. Besonderer Vorteil ist, daß bei der Überholung bzw. Reparatur eines
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Turboverdichters eingeklebte oder formschlüssig aufgenommene Einlaufbeläge durch Verbrennen einfach entfernt werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung ist schematisch der Schaufelspitzenbereich eines Turboverdichters mit der Erfindung dargestellt.
Die Schaufelspitze 4 liegt einem Einlaufbelag 1 gegenüber/ der formschlüssig nach Art einer Schwalbenschwanzhalterung in einer gehäusefesten Metallstruktur 5 aufgenommen ist. Die Metallstruktur 5 ist hierbei insgesamt ringförmig ausgebildet und besteht aus zwei Hälften, die miteinander verschraubt sind. Die Verschraubung gestattet die formschlüssige Aufnahme des Einlaufbelags ' in der Metallstruktur 5 beim Montagevorgang. Gleichermaßen kann durch Lösen der Verschraubung der Einlaufbelag wieder entfernt werden.
Der Einlaufbelag 1 besteht aus einer ersten Schicht 2 aus C-faserverstärktem Graphit sowie aus einer zweiten Schicht 3 aus unverstärktem Graphit. Die erste Graphitschicht 2 befindet sich hierbei im eigentlichen gehäusenahen Befestigungsbereich, während die zweite Graphitschicht 3 im Anstreifbereich zu den Schaufelspitzen 4 gelegen ist. Beide Graphitschichten 2, 3 sind integriert bzw. homogen miteinander verbunden und weisen Segment- oder Ringform auf. Für ein einwandfreies Minimalspiel zwischen den Schaufelspitzen 4 und dem benachbarten Einlaufbelag 1 genügt es, wenn die zweite Graphitschicht 3 eine Dicke von ca. 1 mm besitzt. Beim Ein-
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3316535 -δι laufvorgang wird allenfalls die zweite Graphitschicht 3 teilweise durch Abrieb entfernt. Eine Zerstörung der ersten Graphitschicht 2 tritt nicht auf. Damit ist zuverlässig Sorge getragen, daß der Einlaufbelag insgesamt hinreichende mechanische Festigkeit besitzt und gleichwohl Abriebprodukte der zweiten Graphitschicht keine Folgeschäden verursachen.
In der Zeichnung ist formschlüssige Aufnahme des Einlaufbelags 1 in der Metallstruktur 5 gezeigt. Die Befestigung des Belags an der Metallstruktur kann auch materialschlüssig sein. Beispielsweise kann der Einlaufbelag an der Metallstruktur verklebt sein. In diesem Fall wird bei erforderlichen Überholungsarbeiten der eingeklebte Belag durch Verbrennen entfernt.
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Claims (8)

  1. hk/ba/fr
    MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
    MÜNCHEN GMBH
    München, 4. Mai 1983
    Patentansprüche
    M J Turboverdichter mit Rotor, Stator und Gehäuse, wobei zwischen Rotorschaufeln und Gehäuse bzw. Statorschaufeln und Rotor ein Einlaufbelag vorgesehen ist, in den sich die Schaufeln bei Erstberührung eingraben und ein Minimalspiel erzeugen, dadurch gekennzeichnet,, daß der Einlaufbelag (1) aus einer ersten Schicht (2) aus C-Faser verstärktem Graphit im Befestigungsbereich des Belags am Gehäuse, bzw. am Rotor sowie aus einer zweiten Schicht (3) aus Graphit im Anstreifbereich
    der Schaufelspitzen (4) besteht. 25
  2. 2. Turboverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Graphitschicht (2, 3) integriert bzw. homogen miteinander verbunden sind.
  3. 3, Turboverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Einlaufbelag (1) Segment- oder Ringform besitzt.
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  4. 4. Turboverdichter nach den Ansprüchen .1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Graphitschicht (3) eine bürstenartige Graphit-Faser-Verstärkung mit radial ausgerichteten Fasern aufweist oder durch die · vorgenannte Faserverstärkung ersetzt ist.
  5. 5. Turboverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Graphitschicht (3) eine Dicke bis zu ca. 1 mm aufweist.
    .
  6. 6. Turboverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Graphitschicht (2) in einer ringförmigen gehäusefesten Metallstruktur (5) formschlüssig eingebracht ist.
  7. 7. Turboverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Graphitschicht (2) in einer ringförmigen gehäusefesten Metallstruktur (5) materialschlüssig eingebracht ist.
  8. 8. Turboverdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Graphitschicht (2) mit der Metallstruktur (5) verklebt ist.
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    04.05..1983
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