DE4432685C1 - Anlaufbelaf für das Gehäuse einer Turbomaschine und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

Anlaufbelaf für das Gehäuse einer Turbomaschine und Verfahren zur Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft einen Anlaufbelag für das Gehäuse einer Turbomaschine ge­ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Anlaufbelages.
Anlaufbeläge sind zwischen den freien Enden von Laufschaufeln und einem Gehäuse eines Verdichters oder einer Turbine einer Turbomaschine angeordnet. Die Anlauf­ beläge sind im Betrieb von Triebwerken hohen spezifischen Belastungen ausgesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Anlaufbelag für Turbomaschinen zu schaffen, der kostengünstig und einfach in der Herstellung und effizient und verschleißarm ist. Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Montage von derartigen Anlaufbelägen für Turbomaschinen zu schaffen.
Die Lösung der Aufgaben erfolgt mit einem Anlaufbelag für Turbomaschinen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren zur Herstellung von derartigen Anlaufbelägen für Turbomaschinen mit den Merkmalen des Anspruchs 4.
Der erfindungsgemäße Anlaufbelag für Turbomaschinen kann aus einfachen und kostengünstigen Elementen, wie einem Träger und Faserbündeln aus SiC-Schlaufen außerhalb eines Gehäuses der Turbomaschine vorgefertigt und anschließend im Ge­ häuse befestigt werden. Die Ausrichtung von Faserenden der Faserbündel auf Lauf­ schaufeln führt zu einer effektiven Abdichtung der Laufschaufeln, ohne die Drehung der Laufschaufeln nennenswert zu behindern. Der erfindungsgemäße Anlaufbelag für Turbomaschinen ist sehr verschleißfest.
Aus der älteren deutschen Patentanmeldung DE 43 10 104 A1 ist ein Belag an der Innenseite eines Turbomaschinengehäuses bekannt, der als Ringteppich am Umfang gegenüber Laufschaufeln eines Rotors ausgebildet ist. Aus der vorbekannten Druck­ schrift DE 36 06 283 A1 ist eine Bürstendichtung zur Abdichtung von Umfangsspal­ ten aus Siliziumkarbidfasern bekannt, bei der als Borstenmaterial Keramikfasern verwendet werden. Ein Hinweis auf einen voll aus Keramikmaterial aufgebauten Anlaufbelag und dessen Gestaltung, so daß er mit geringem Aufwand herstellbar ist, kann diesen Druckschriften nicht entnommen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse der Turbo­ maschine zur Verbesserung der Unterbringung und für verbesserte Haltbarkeit des Anlaufbelags für Turbomaschinen mit einer oder mehreren Nuten in Umfangsrich­ tung versehen.
Die Montage des erfindungsgemäßen Anlaufbelags in einem Stück oder abschnitt­ weise erlaubt die Berücksichtigung spezifischer Verhältnisse der Turbomaschine.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Herstellung von Anlaufbelägen für Turbomaschinen vorgeschlagen, mit dem der erfindungsgemäße Anlaufbelag für Turbomaschinen besonders vorteilhaft in Gehäuse von Turbomaschinen eingearbeitet werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen in einem Gehäuse angeordneten Anlaufbelag für Turbomaschinen, und
Fig. 2 eine Ansicht eines Trägers mit Faserbündeln.
Fig. 1 ein Anlaufbelag für Turbomaschinen ist in einem Gehäuse 1 einer Turbomaschine (nicht dargestellt) mit einer eingedrehten Nut 2 in Umfangsrichtung vorgesehen. Eine Laufschaufel 3 dreht sich um eine Längsachse (nicht dargestellt) der Turbomaschine.
Die Nut 2 weist eine Schicht 4 auf, die eine Wärmedämmung aus gespritztem ZrO2 enthält. Die Schicht 4 kann eine Dicke von ca. 0,7 cm aufweisen. An der Schicht 4 liegen Faserbündel 5 aus SiC-Schlaufen mit oder ohne Kern oder entsprechend den Temperaturanforderungen Kunststoff-Fasern mit Scheiteln 6 an. Die Scheitel 6 der Faserbündel 5 sind von einem Träger 7 in der Nut 2 gehalten. Träger 7 ist ein Sieb aus metallischem Werkstoff, wie z. B. X-10, oder Inconel R oder eine SiC-Gewebematte. Es können aber auch Waben (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
Der Träger 7 ist in eine Schicht 8 mit Kleber, z. B. keramischem Kleber, der verträglich ist mit der ZrO2-Spritzschicht oder in gesintertes Pulvermetall oder in Kunststoff eingebettet. An die Schicht 8 schließt eine Schicht 9 des Trägers 7 an. Die Dicke der Schichten 4, der Scheitel 6 der Faserbündel 5, der Schichten 8 und 9 ergibt insgesamt ca. 1,5 cm.
Die freien Enden 10 der Faserbündel 5 sind auf die Längsachse der Turbomaschine gerichtet und ragen mit 0,7 cm über die Schicht 9 hinaus bis an das Profil 11 der Nut 2. Die freien Enden 10 der Faserbündel 5 sind frei von Kleber, gesintertem Pulvermetall oder Kunststoff und dichten die Laufschaufeln 3 gegenüber dem Gehäuse 1 ab.
Verfahren zur Montage von Anlaufbeläge für Turbomaschinen
Fig. 2 für identische Merkmale werden in Fig. 2 die Bezugszeichen aus Fig. 1 verwendet. Der Träger 7 bildet zunächst eine ebene Matte 13 in Streifenform, in die die Faserbündel 5 aus SiC-Schlaufen eingesetzt werden. Stränge 12 der Matte 13 kreuzen sich rechtwinklig an Knotenpunkten 14. Jeweils zwei freie Enden 10 der Faserbündel 5 sind mit einem Scheitel 6 verbunden, der sich an einem der Knotenpunkte 14 von jeweils zwei Strängen 12 der Matte 13 abstützt. Die Faserbündel 5 überkreuzen sich an den Knotenpunkten 14. Der Träger 7 wird auf der Seite, auf der die Scheitel 6 der Faserbündel 5 angeordnet sind mit Keramikkleber beschichtet und in der Nut 2 des Gehäuses 1 auf die bereits aufgebrachte ZrO2-Schicht 4 aufgeklebt, so daß sich die Matte 13 der zylindrischen Form des Gehäuses 1 anpaßt, und Träger 7 und Faserbündel 5 einen Ringteppich mit minimaler Höhe bilden. Alternativ kann die ebene Matte 13 ringförmig geformt und anschließend zu zwei Halbringen oder gekrümmten Segmenten (nicht dargestellt) gesintert werden. Einzelne Segmente können anschließend auf die bereits gespritzte ZrO2-Schicht 4 in der Nut 2 des Gehäuses 1 aufgelötet oder geklebt werden.
Keramik-Binder können vorzugsweise Al-, Mg-, K-, Na-Silicat oder bei 1400°C Cr-, bei 1200°C Al-, bei 350°C Mg-Phosphat enthalten, das zur Härtung mit SiO₂ kombiniert werden kann. Geeignet sind aber auch organische Binder, wie z. B. Alcyl-Silicate. Eine Pigmentierung kann wahlweise mit Cr₂O₃, Al₂O₃, ZrO₂, Mg-Oxyd, Fe₂O₃ oder Silicate, Bentone oder Kadin erfolgen.

Claims (6)

1. Anlaufbelag für das Gehäuse (1) einer Turbomaschine, welcher als Ringtep­ pich am Umfang des Gehäuses gegenüber den Laufschaufeln (3) eines Turbo­ rotors ausgebildet ist mit einem Träger, in dem Keramikfasern gehalten sind, wobei die freien Faserenden (10) radial nach innen gerichtet aus dem Träger ragen, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine SiC-Gewebematte mit sich im wesentlichen rechtwinkelig kreuzenden Gewebesträngen ist und die Keramikfasern jeweils in den Knotenpunkten beide sich kreuzende Gewebe­ stränge unter Ausbildung eines Scheitels (6) umschlingen.
2. Anlaufbelag für Turbomaschinen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ringteppich an einer oder mehreren Nuten (2) in Umfangsrich­ tung des Gehäuses (1) festgelegt ist.
3. Anlaufbelag für Turbomaschinen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ringteppich aus gleichmäßig über den Umfang des Gehäuses (1) verteilten Segmenten zusammengesetzt ist.
4. Verfahren zur Herstellung eines Anlaufbelages für das Gehäuse einer Turbo­ maschine, der als im Gehäuse angeordneter Ringteppich mit nach radial innen ragenden Fasern ausgebildet ist, gekennzeichnet durch
  • a) Einlegen von Faserbündeln (5) in einen Träger (7) so, daß die Faser­ bündel (5) mit ihren freien Enden (10) radial nach innen gerichtet sind,
  • b) Befestigen der Faserbündel (5) im Träger (7),
  • c) Befestigen der Träger (7) im Gehäuse (1).
5. Verfahren zur Herstellung eines Anlaufbelages für Turbomaschinen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigen der Faserbündel (5) im Träger (7) durch verkleben, Sintern in Pulvermetall oder Einbetten in Kunststoff erfolgt.
6. Verfahren zur Herstellung eines Anlaufbelages für Turbomaschinen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Befestigen des Trägers (1) mit den Faserbündeln (5) eine Schicht (4) zur Wärmedämmung aus ZrO₂ am Gehäuse (1) aufgespritzt wird.
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