DE3424661C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Einlaufbelag für eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Gasturbine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In Strömungsmaschinen sind Wirkungsgrad und Betriebsver­ halten in hohem Maße davon abhängig, ob es gelingt, den Radialspalt zwischen Rotorschaufeln und Gehäuse so gering wie möglich zu halten. Will man den Radialspalt minimieren, so ist es möglich, durch Abrieb an einem Gehäusebelag (Einlaufbelag) beim Anstreifen diesen Spalt einzustellen, wobei die Schaufeln möglichst wenig abgerieben werden sollen.

Aus der DE-AS 22 39 840 ist ein Einlaufbelag für eine Strömungsmaschine bekannt, der zur Verringerung des Radialspaltes zwischen Rotorschaufeln und Gehäuse dient. Dieser Belag besteht aus Kugel­ teilchen, die einen Graphitkern und eine dünnwan­ dige Hülle aus Nickel oder aus einer Nickel­ legierung besteht. Wie aus der DE-OS 21 13 588 (S. 1, 1. Absatz der Beschreibung), auf die in der DE-AS 22 39 840 hingewiesen ist, hervorgeht, werden solche Teilchen im Flammsprühverfahren zur Herstellung abtragbarer Spaltdichtungen verwendet. Hierdurch entsteht ein poröser Einlaufbelag.

Aus der DE-OS 28 33 012 ist ein Gehäuse für eine Strahl­ triebwerksturbine mit einem abriebfähigen Einlaufbelag bekannt, der auch aus durchgängig porösem Sintermaterial besteht und eine Effusionskühlung ermöglicht. Die Porösität wird dadurch erreicht, daß Kugelteilchen mit einer galvanisch aufgebrachten Schicht gesintert werden und danach aufgelöst werden, so daß Zellen entstehen.

Aufgrund der Porösität sind solche Einlaufbeläge erosionsempfindlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen relativ weichen Ein­ laufbelag zu schaffen, der die Minimierung des Radial­ spaltes zwischen Rotorschaufeln und Gehäuse einer Strömungsmaschine gestattet und zugleich geringe Temperatur- und Erosionsempfindlichkeit aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Kugelteilchen, da deren Hüllen aus Metall bestehen, leicht zu verbinden und zu verdichten sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die Kern- und Hüllenausbildung der Teilchen der metallische Anteil am Verbundwerkstoff insgesamt niedriger gehalten werden kann als bei bekannten Einlaufbelägen, was den schädlichen Einfluß abgeriebenen Materials in der Turbine (z. B. Zusetzen von Kühlluftbohrungen, Erosion nachfolgender Turbinenstufen, Umweltbelastung) vermindert.

Schließlich liegt ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Einlaufbelags darin, daß geringer Schaufelspitzenverschleiß am Rotor bei gleichzeitig geringer Temperaturempfindlichkeit erreichbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden anhand derselben erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Teilchen des Einlaufbelages,

Fig. 2 ein Schliffbild eines Einlaufbelages,

Fig. 3 einen Einlaufbelag mit einer einseitigen trägerbandartigen Oberfläche.

In Fig. 1 ist ein kugelförmiges Teilchen mit einem Graphitkern und einer metallischen Hülle 2 aus Nickel oder einer Nickellegierung dargestellt. Die Hülle wird durch Beschichten des Kerns auf galvanischem Wege (elektro­ lytisch) oder nach dem CVD-Verfahren (chemisch = stromlos) erzeugt. Auch andere phyisikalische (PVD-Ver­ fahren) sind anwendbar.

Als Hüllwerkstoff wird Nickel oder eine Nickellegierung verwendet, weil die Einsatztemperatur ohne schädigende Oxidation sehr hoch liegt (im Bereich um etwa 500°C). Ein Graphit­ kern wird wegen der guten Gleiteigenschaften verwendet. Die Teilchen nach Fig. 1 können einen Durchmesser zwischen etwa 50 und 150 µm aufweisen. Die Härte des im Sinterverfahren hergestellten Belags ist hauptsächlich von Größe und Menge des Graphits des Kerns sowie dem verwendeten Hüllwerkstoff und dessen Menge bzw. Dicke abhängig. Wird eine hohe Temperaturbeständig­ keit des Einlaufbelags gefordert so kann das Nickel höher legiert werden. Liegen die Einsatztemperaturen gering, kann Nickel auf elektrolytischem Wege mit Aluminium oder mit Kupfer legiert, als Hüllwerkstoff aufge­ bracht werden. Mit Vorteil ist der Vo­ lumenteil des Kerns 1 im Teilchen etwa 75%. Die Dicke der Hülle 2 beträgt etwa 1-5 µm auf dem Kern, jedoch nur etwa ¹/₃ des Gewichtsanteils. Die Teilchen wer­ den vorteilhafterweise bei geringem Druck von ≦ 10^-1 M Pa und einer Temperatur von 1000°C bis etwa 1500°C und einer Zeit von einigen Stunden im Vakuum-Ofen gesintert.

Bevorzugt ist der metallische Hüllwerkstoff in seiner Legierung danach auszu­ wählen, daß er sich von einer Verdichter- oder Turbinen­ schaufel eines Triebwerks leicht abschälen läßt. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die meisten bekannten Schaufel­ werkstoffe bei hoher Temperatur d. h. beim Anstreifen der Schaufelspitzen ihre Härte verlieren.

Durch Walzen oder Rollen kann der Einlaufbelag noch verdichtet werden.

Ein Schliffbild durch einen gesinterten Einlaufbelag aus Verbundwerkstoff zeigt Fig. 2. Durch die innige Ver­ bindung der Teilchen untereinander ist eine etwa durch agressives Gas einer Gasturbine ver­ ursachte Erosion nicht möglich. Fig. 2 zeigt, daß die reine Kugelform im wesentlichen nur beim Ausgangsmaterial (Pulver) vorliegt. Nach dem Sintern kann eine beliebige Kornform vorliegen. Die Fig. 2 zeigt außerdem deutlich das Aneinanderlagern d. h. die gute Verbindung der Teilchen untereinander nach dem Sintern mit Hilfe der Hüllwerkstoffe.

Ein Belag kann, wie Fig. 3 zeigt, durch Aneinanderlagern von Teilchen 3 des Verbundwerkstoffs schichtartig gebildet werden, wobei die Gefügestruktur durch die Sinterbedingungen in gewünschter Weise beeinflußt werden kann. Fig. 3 zeigt eine auf einer Folie 4 als Träger, z. B. einer 0,2 mm dicken Metallfolie, aufge­ sinterte Schicht, die ein gut kleb- bzw. lötbares Band bildet.

Claims (3)

1. Einlaufbelag für eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Gasturbine, zur Verringerung des Radialspaltes zwischen Rotorschaufeln und Gehäuse, mit Kugelteilchen, welche einen Graphitkern und eine dünnwandige Hülle aus Nickel oder einer Nickellegierung mit Chrom, Aluminium oder Kupfer aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer dichtgesinterten Schicht dieser Kugelteilchen besteht.

2. Einlaufbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte Belag durch Walzen nachverdichtet ist.

3. Einlaufbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er gehäuseseitig eine trägerbandartige zusammenhängende Schicht mit glatter Außenfläche aufweist.