DE60027258T2 - Abreibbare Dichtungsschicht - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Luftdichtungen für Gasturbinenmaschinen, und sie betrifft insbesondere Dichtungen mit verbesserten Eigenschaften bei Betriebsbedingungen, unter denen ungewöhnlich große Mengen an Dichtungsmaterial freigesetzt und in die Maschine aufgenommen werden.
  • Gasturbinenmaschinen sind wohl bekannte Energiequellen, z.B. für Antriebskraft für Flugzeuge oder als Stromerzeuger, und enthalten allgemein Kompressor- (typischerweise mit einer oder mehreren vorgeschalteten Verdichtungsstufen), Brenner- und Turbinen-Abschnitte. Wie in 1 allgemein veranschaulicht ist, enthalten die Kompressor- und Turbinen-Abschnitte (und irgendwelche Verdichterstufen) jeweils an Wellen montierte, rotierende Scheiben 1, von denen jede einen Satz Laufschaufeln 2 trägt, die im Inneren eines hohlen Außenteils oder Gehäuses 3 angeordnet sind, mit dazwischen liegenden Sätzen von stationären Leitschaufeln 5, die an dem Gehäuse montiert sind. Luftdichtungen 4, 7 sind zwischen den Spitzen der Laufschaufeln und dem Gehäuse (äußere Luftdichtungen) und zwischen den Leitschaufeln und den Scheiben (Schneidendichtungen) vorgesehen, um ein Lecken von Luft zwischen diesen Bauteilen zu verhindern.
  • Luft wird durch einen Maschineneinlass aufgenommen und durch rotierende Scheiben und zugehörige Laufschaufeln in dem Kompressor komprimiert. Die komprimierte Luft wird dann mit Brennstoff in dem Brenner verbrannt, um Gase _ von hohem Druck und hoher Temperatur zu erzeugen, die eine Rotation der Turbinen-Abschnitte und zugehörigen Verdichter-Kompressor-Stufen bewirken und dann aus einem Maschinenauslass ausgestoßen werden, um Schubkraft bereitzustellen. Das Gehäuse ist dazu gedacht, ein Lecken von Luft oder Verbrennungsprodukten um die Spitzen der Laufschaufeln herum, d.h. zwischen den Laufschaufel-Spitzen und dem Gehäuse, zu verhindern, wobei das Lecken die Effizienz der Maschine verringert.
  • Trotz der Konstruktion der Bauteile zur Minimierung des Leckens tritt ein wesentlicher Anteil von irgendwelchem Lecken, das in einer normal arbeitenden Gasturbinenmaschine auftritt, zwischen den Spitzen der Laufschaufeln und dem Ge häuse und zwischen den Spitzen der Leitschaufeln und den Scheiben auf. Eine Art zur Beseitigung eines derartigen Leckens ist, alle ineinander greifenden Teile mit extrem genauen Toleranzen herzustellen, was zunehmend kostspielig wird, wenn die Toleranzen verringert werden. Darüber hinaus führen bei den Gegebenheiten der Temperaturbereiche, denen die Teile vor, während und nach dem Betrieb unterzogen werden, und bei der sich ergebenden thermischen Expansion und Kontraktion der Teile derartige genaue Toleranzen bei Zeiten zu einer gegenseitigen Beeinflussung zwischen ineinander greifenden Teilen und zu entsprechendem Bauteil-Verschleiß und anderen Schäden. Dementsprechend haben Gasturbinenmaschinen-Konstrukteure der Entwicklung effektiver Luftdichtungen, und insbesondere aus abreibbaren Materialien bestehender Dichtungen, beträchtliche Mühen gewidmet. Siehe z.B. US-Patent Nr. 4 936 745 von Vine et al. und Nr. 5 705 231 von Nissley et al.
  • Dichtungen erfordern eine Ausgewogenheit mehrerer Eigenschaften, wozu eine relative Abreibbarkeit, wenn sie von einer rotierenden Laufschaufel-Spitze berührt werden, Erosionsbeständigkeit, Haltbarkeit, eine thermische Expansion, die mit derjenigen des darunter liegenden Materials abgeglichen ist, und eine relative Einfachheit und vernünftige Kosten der Herstellung gehören. Siehe z.B. US-Patent Nr. 5 536 022 von Sileo.
  • US 5 434 210 beschreibt abreibbare Verbundbeschichtungen, die unter Verwendung thermischer Spritzprozesse hergestellt werden. Das sich ergebende abreibbare Material weist eine im Wesentlichen kontinuierliche Matrix auf, die aus einem Material gebildet ist, das aus Metallen, Metalllegierungen und Keramiken ausgewählt ist, in der überall Kunststoff-Einschlüsse verteilt sind.
  • Eine typische Kompressor-Luftdichtung umfasst das Dichtungssubstrat, z.B. ein Metallsubstrat, eine optionale Metallschicht, bestehend aus einem auf das Substrat plasmagespritzten Metallpulver, und eine abreibbare Dichtungsschicht, die auf die Metallschicht aufgebracht ist. Typische Dichtungsschichten umfassen eine Metallmatrix aus Aluminium und Silicium mit einer gewissen Menge an eingebetteten Polyester-Pulverteilchen, und sie wird auf das Substrat plasmagespritzt, sowie abreibbare Siliconkautschuk-Schichten, die ein Material wie Visilox V-622 von Rhodin of Troy, NA, und hohle Mikrokugeln beinhalten. Diese Systeme liefern bis zu etwa 260°C (500°F) ein angemessenes Betriebsverhalten. Diese Dichtungssysteme haben zwar bisher ein angemessenes Betriebsverhalten geliefert, aber es bleibt der Wunsch nach einem Dichtungssystem mit einer Brauchbarkeit bei höherer Temperatur, einer mit dem darunter liegenden Substrat verträglichen thermischen Expansion, einer verbesserten Erosionsbeständigkeit, das sich aber doch leicht abreibt, wenn es mit einer Laufschaufel-Spitze oder einer Schneide in Berührung kommt, usw.
  • Darüber hinaus wurde in dem Wunsch, das Gewicht von Gasturbinenmaschinen zu verringern, insbesondere zur Verwendung bei Flugzeugen, die Verwendung von Verbundgehäusen für verschiedene Maschinenstufen vorgeschlagen. In diesem Fall ist die Verwendung von Plasmaspritz-Abscheidungsprozessen unerwünscht, wenn nicht unbenutzbar. Dementsprechend muss eine andere Art von Dichtungssystem eingesetzt werden.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasturbinenmaschinen-Luftdichtung bereitzustellen, die das gewünschte verbesserte Betriebsverhalten gegenüber vorliegenden Luftdichtungen liefert.
  • Es ist eine weitere Aufgabe, eine derartige Dichtung bereitzustellen, die auch kostengünstig ist.
  • Es ist noch eine weitere Aufgabe, eine Dichtung bereitzustellen, die nicht mehr als konventionelles Dichtungsmaterial wiegt und keinen Gewichtsnachteil schafft.
  • Es ist noch eine weitere Aufgabe, eine Dichtung bereitzustellen, die leicht auf Verbundsubstrate angewendet werden kann.
  • Es ist darüber hinaus eine weitere Aufgabe, eine derartige Dichtung unter Verwendung einer konventionellen Ausrüstung bereitzustellen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftdichtung zur Verwendung in einer Gasturbinenmaschine, aufweisend:
    ein Dichtungssubstrat;
    eine abreibbare Dichtungsschicht auf dem Substrat, wobei die abreibbare Schicht ein Bulkmaterial und ein thermoplastisches Bindemittelmaterial aufweist;
    dadurch gekennzeichnet, dass das Bulkmaterial ein wärmehärtbares Polymer-Bulkmaterial ist.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Luftdichtung zur Verwendung in einer Gasturbinenmaschine offenbart. Die Dichtung umfasst ein Dichtungssubstrat und eine abreibbare Dichtungsschicht auf dem Substrat. Die abreibbare Schicht umfasst mindestens ein wärmehärtbares Polymer-Bulkmaterial wie ein phenolisches Pulver und ein thermoplastisches Bindemittelmaterial wie PEEK. Die abreibbare Schicht kann auch einen Füllstoff enthalten, um irgendeine gewünschte Eigenschaft, wie Porosität oder Trockenschmierung, um die Abreibbarkeit zu verbessern, bereitzustellen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Luftdichtung zur Verwendung in einer Gasturbinenmaschine mit verbesserter Haltbarkeit offenbart. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Dichtungssubstrats und das Plasmaspritzen einer abreibbaren Dichtungsschicht auf das Substrat. Die abreibbare Schicht umfasst ein wärmehärtbares Polymer-Bulkmaterial und ein thermoplastisches Bindemittelmaterial.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Luftdichtung zur Verwendung in einer Gasturbinenmaschine mit verbesserter Haltbarkeit offenbart. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Dichtungssubstrats und das Formen einer abreibbaren Schicht, die aus wärmehärtbarem Polymer und thermoplastischem Material besteht; das Entfernen des geformten Dichtungsmaterials; und das Verbinden des geformten Dichtungsmaterials mit dem Dichtungssubstrat.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Dichtung eine verbesserte Haltbarkeit und Abreibbarkeit, insbesondere bei höheren Temperaturen, schafft. Zusätzlich ist die Dichtung der vorliegenden Erfindung kostengünstig herzustellen und wiegt nicht mehr als konventionelle Dichtungsmaterialien.
  • Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 eine Schnittansicht eines Teils einer typischen Gasturbinenmaschine ist.
  • 2 eine schematische Ansicht eines Plasmabrenners zur Herstellung der Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
  • 3a und 3b Mikrofotografien eines abreibbaren Materials gemäß der vorliegenden Erfindung sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Dichtung auf ein Dichtungssubstrat plasmagespritzt. Während das Dichtungssubstrat typischerweise ein Metall ist, wie eine Titanlegierung oder ein Superlegierungsmaterial, kann die vorliegende Erfindung auch auf Verbund-Dichtungssubstrate angewendet werden. Das Dichtungsmaterial umfasst ein wärmehärtbares Polymer als eine Primär- oder Bulk-Phase und ein thermoplastisches Polymer als eine Sekundär- oder Bindemittel-Phase. Bevorzugt besteht die Primär- oder Bulk-Phase aus einem Material, das bis zu einer Temperatur von mindestens 260°C (500°F) stabil ist, und die Sekundär- oder Bindemittel-Phase hat eine Schmelztemperatur oberhalb 315°C (600°F). Optionale Zusätze oder Füllstoffe umfassen Porositäts-Zusätze, beispielsweise mittels Hohlkugeln (Glas- oder Kohlenstoff-Materialien), Trockenschmiermittel wie MoSi2, PTFE oder Graphit. Repräsentative Zusammensetzungen in Volumenprozent sind 40 bis 80% für die Bulk-Phase, 20 bis 60% für die Bindemittel-Phase und 0 bis 30% des Füllstoffs.
  • Das wärmehärtbare Material ist typischerweise beständig, hat aber typischerweise eine obere Temperaturgrenze, bei Verwendung in Masse (Bulk), von beispielsweise weniger als etwa 175 oder 205°C (350°F oder 400°F) während des Aufbringungsprozesses, und daher ist es nicht möglich, das wärmehärtbare Material ausreichend zu erhitzen, um es durch Plasmaspritzen aufzubringen. Dementsprechend wurden wärmehärtbare Materialien bisher nicht in plasmagespritzte abreibbare Beschichtungen inkorporiert. Beim Plasmaspritzen gemäß der vorliegenden Erfindung wird darauf geachtet, sicherzustellen, dass das wärmehärtbare Material nicht zu stark erhitzt wird, da das wärmehärtbare Material brennen wird; wenn jedoch eine zu niedrige Temperatur verwendet wird, erweicht das Material nicht ausreichend, um sich auf dem Substrat aufzubauen. Das thermoplastische Material wird auch ausgewählt, um die Dichtung mit einer ausreichenden Stabilität gegen höhere Temperaturen auszustatten, z.B. bis zu und über 620°C (500°F), abhängig von der (den) erwarteten Gebrauchstemperatur(en) der Dichtung. Das Füllstoffmaterial schafft Porosität oder Schmierung, um die Abreibbarkeit oder irgendeine andere gewünschte Eigenschaft zu verbessern.
  • Zu beispielhaften wärmehärtbaren Materialien gehören Fina met phenolisches Pulver (von Mark V Laboratories aus East Granby, CT), wobei zu Anwendungen bei höherer Temperatur Materialien wie Polyimide (Vespel® SP21 von DuPont aus Wilmington, DE), fluorierte Polyimide (Avimid®N von Cytec aus Havre de Grace, MD) und Polybenzimidazole (Celazole® U-60 von Celanese Ltd. aus Dallas, TX) gehören. Andere wärmehärtbare Materialien können ebenfalls verwendet werden.
  • Zu beispielhaften thermoplastischen Materialien gehören Polyarylether (z.B. PEK [Polyetherketon], PEKK (Polyetherketonketon], UltrapekTM [z.B. Polyaryletherketon, erhältlich von BASF] oder PEEKTM [Polyetheretherketon], von Victrex USA aus York, PA), Polyetherimid (Ultem®) PEI von GE Polymerland aus Huntersville, NC) und Polyamidimid (z.B. Torlon® von BP Amoco Chemicals aus Greenville, SC).
  • Zu beispielhaften Hohlkugeln gehören Glas-Mikrokugeln (Q-Cell 2135 von PQ Corporation aus Philadelphia, PA) und Kohlenstoff-Mikrokugeln (Carbosphere Type D von Carbosphere, Inc. aus Fredericksburg, VA).
  • Wendet man sich nun 2 zu, umfasst eine Plasmaspritzvorrichtung einen Brenner 20 (der eine Energiequelle und einen Spritzkopf umfasst, die beide nicht getrennt von der allgemeinen Vorrichtung gezeigt sind), und mindestens zwei Pulver-Zuführleitungen 22, 24. Der Brenner ist bevorzugt in der Lage, gleichzeitig mindestens zwei getrennte Pulver zuzuführen und in eine Flamme 21 zu spritzen, siehe z.B. das US-Patent Nr. 4 696 855 von Pettit, Jr. et al. mit gleicher Inhaberschaft hinsichtlich weiterer Details. Die Leitungen 22, 24 sind jeweils an Pulvermaterial-Behälter 26, 28, die das auf einem Substrat 30 abzuscheidende Pulver enthalten, und an jeweilige Quellen 32, 34 für Trägergas wie Argon, die das Pulver aus den Behältern in die Plasmabrenner-Fahne führen, gekoppelt. Zu typischen Substratmaterialien gehören Titanlegierungen sowie Superlegierungen auf Nickelbasis, Cobaltbasis und Eisenbasis, und Kombinationen dieser Materialien, obwohl die vorliegende Erfindung auch mit Verbund-Substratmaterialien verwendet werden kann, und sie soll nicht auf derartige Materialien beschränkt sein. Die Dichtung kann eine Bindungsschicht 36 enthalten (in 2 veranschaulicht, enthält aber bevorzugt keine solche Schicht). Die Schicht 36 könnte beispielsweise in Verbindung mit einem Metallsubstrat verwendet werden, um von dem Metall zu einer Zusammensetzung, die derjenigen der auf das Substrat aufzubringenden abreibbaren Schicht ähnlich ist, abzustufen. Plasmaspritzvorrichtungen sind in der Technik allgemein bekannt und wurden dementsprechend hierin nicht detailliert beschrieben. Wir haben ein von Sulzer-Metco hergestelltes Modell 7MB3 verwendet, um Dichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen. Die vorliegende Erfindung wird zwar in Verbindung mit einer äußeren Luftdichtung beschrieben, aber sie kann gleichermaßen auf eine Schneidendichtung (z.B. 1 bei 7, 8) oder eine andere geeignete Anwendung angewendet werden.
  • Das Pulvermaterial, das eine abreibbare Schicht 38 bildet, wird bevorzugt gemeinsam abgeschieden, z.B. getrennt in das Plasma eingeführt, aber wir haben auch vermischte Pulver verwendet. Eine gemeinsame Abscheidung ermöglicht es, dass die relativen Mengen an Bulk, Bindemittel und Füllstoff wie gewünscht eingestellt werden. Bevorzugt wird eine Kombination von Argon und Wasserstoff als das Bogengas verwendet.
  • Das Pulver der Bulk-Phase wird in einem Behälter 26 aufbewahrt, und ein Trägergas wie Argon oder Stickstoff wird von einer Quelle wie der Quelle 32 bereitgestellt, um das Pulver durch eine Leitung wie die Leitung 22 zu tragen, um das Pulver in den Brenner 20 einzuführen. Das Pulver der Bindemittel-Phase wird in einem Behälter 28 aufbewahrt, und ein Trägergas wie Argon oder Stickstoff wird von einer Quelle wie der Quelle 34 bereitgestellt, um das Pulver durch eine Leitung wie die Leitung 24 zu tragen, um das Pulver in den von dem Brenner 20 erzeugten Spritzstrom stromab von dem Bulk-Pulver einzuführen. Die Bulk-Phase und die Bindemittel-Phase werden auf dem Substrat abgeschieden, um die abreibbare Schicht 38 bis zu einer gewünschten Dicke (bevorzugt gleichmäßig) plus etwas überschüssige Dicke (typischerweise mindestens 0,64 mm [0,025 inch]), um eine nachfolgende mechanische Bearbeitung der Dichtung zu erlauben, zu bilden.
  • Ein optionaler, zusätzlicher Schritt ist, einen Füllstoff (oder irgendein anderes Material wie ein Schmiermittel) in die abreibbare Schicht 38 aufzunehmen, um eine Dichtung mit Porosität herzustellen.
  • Als ein Beispiel wurden mehrere Versuche unter Verwendung eines Plasmaspritzbrenners 7MB3 von Sulzer Metco mit einer GP-Elektrodenanordnung bei 500 A und 60 bis 70 V, mit einem Primärgas aus Argon bei einer Strömungsrate von etwa 87 Standardlitern/min (SLPM), einem Sekundärgas aus Wasserstoff bei einer Strömungsrate von etwa 2 bis 3 SLPM, und einem Abstand von Spritzappa rat zu Werkstück von etwa 1,4 cm [3,5 inch] durchgeführt. Für Abreibbares aus reinem Polymer (keine Hohlkugeln) haben wir Gemische variiert, die zu Verhältnissen von PEEK/Phenolharz zwischen etwa 60:40 und 90:10 führten. Zwar wurde jede der Proben für annehmbar gehalten, aber verschiedene Anwendungen könnten verschiedene Zusammensetzungen erfordern. Reibprüftest (rub rig test)-Ergebnisse zeigten an, dass die Proben mit mehr PEEK annehmbar waren, aber die Laufschaufel-Beladung erhöhten. Beispielhafte Mikrostrukturen von plasmagespritzten Materialien sind in den 3a und 3b veranschaulicht, wobei 3a ein Dichtungsmaterial mit niedrigerer Dichte zeigt und 3b ein Dichtungsmaterial mit höherer Dichte zeigt.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann die vorliegende Erfindung getrennt geformt und dann mit dem Dichtungssubstrat verbunden werden. Die Pulver, einschließlich Füllstoff(e) wie gewünscht, werden vermischt und in einen Form-Hohlraum, der im Wesentlichen die Gestalt der abreibbaren Schicht definiert, eingebracht. Die Form und die vermischten Pulver werden erhitzt, und die Formen werden zusammengebracht, um die abreibbare Schicht zu bilden. Die Temperatur und der Druck werden so gewählt, dass die Polymermaterialien erweicht, aber nicht verbrannt oder beschädigt werden. Alternativ können die Pulver in eine Form plasmagespritzt werden, wie oben, um die Dichtung in der Form aufzubauen, wobei die Form mit einem Entformungsmittel wie einem Salz, z.B. Natriumchlorid oder Bornitrid, um die Entfernung der Dichtung zu erleichtern, behandelt wurde. Im Falle eines Salzes wird eine konzentrierte Rezeptur gemischt und auf ein Substrat aufgebracht. Auf der Formoberfläche wird eine sehr raue Oberfläche aus reinem Salz erhalten, und plasmagespritzte Beschichtungen neigen dazu, sehr gut an dem Salz zu haften. Die Beschichtung wird aufgebracht und aufgebaut, z.B. durch Plasmaspritzen. Die Dichtung und die Form werden dann in sich bewegendem Wasser untergetaucht – was das Salz auflöst und die geformte Dichtung freigibt.
  • Es wurden mehrere Proben hergestellt, indem die obigen PEEK- und Fina-met-Phenolharz-Pulver und Hohlkugeln in Formen eingebracht wurden und die Formen und Pulver auf etwa 357°C (675°F) erhitzt wurden und die Pulver bei etwa 0,69 MPa (100 psi) 15 min lang verfestigt wurden.
  • Figure 00090001
  • Alternativ können die Dichtungen in einem Autoklaven geformt werden oder in situ unter Verwendung von Druckwalzen auf dem Dichtungssubstrat geformt werden. Erforderlichenfalls wird eine Wärmequelle wie ein externer Heizer oder ein Plasmabrenner vorgesehen.
  • Die geformte abreibbare Schicht wird dann aus den Formen entfernt und wird bevorzugt durch eine Klebebindung unter Verwendung von solchen beispielhaften Klebstoffen wie Epoxyharzen (FM300 von Cytec aus Havre de Grace, MD), Nitril-Phenolharzen (AF 30 von 3M Aerospace Materials aus St. Paul, NM) und Silikonen (RTV159 von GE Silicones aus Waterford, NY) an dem Dichtungssubstrat befestigt. Der Klebstoff wird so ausgewählt, dass er für die Gebrauchstemperatur des beabsichtigten Dichtungssystems passend ist, und so, dass die Aushärt-Temperaturen und/oder -drücke die Unversehrheit der geformten abreibbaren Dichtung nicht gefährden. Die Oberflächen-Vorbereitung des Dichtungssubstrats zum Verbinden wird durch ein oder mehrere Verfahren erreicht, wozu abrasives Aufrauen (Schleifen von Hand, Sandstrahlen), gefolgt von Reinigen mit nicht verunreinigendem, rückstandsarmem Lösungsmittel (Aceton, Ethylalkohol und Isopropylalkohol) gehören. Die Verbindung kann durch die Verwendung verschiedener elektrochemischer Ätzverfahren (Chromsäure oder Phosphorsäure) verbessert werden, wobei davon ausgegangen wird, dass die Verfahren typischerweise Industrienormen folgen.
  • Die Tests der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der oben beschriebenen Proben, wie plasmagespritzt und auch wie geformt und wie durch Klebebindung an ein Dichtungssubstrat gebunden, waren günstig. Beide Versionen der erfindungsgemäßen Dichtung zeigen eine Erosionsbeständigkeit, die mindestens so gut ist wie bei konventionellen metallischen abreibbaren Dichtungen, die aus Aluminium und Silicium mit Polyester bestehen. Die Dichtungen zeigen auch eine Ab reibbarkeit, die mindestens so gut ist wie bei konventionellen Dichtungen mit poröser Siliconkautschuk-Dichtung.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Dichtung sowohl eine annehmbare Haltbarkeit als auch eine annehmbare Abreibbarkeit bereitstellt, und diese Merkmale auch bei höheren Temperaturen bereitstellt. Zusätzlich ist die Dichtung der vorliegenden Erfindung kostengünstig und wiegt nicht mehr als konventionelle Dichtungsmaterialien. Die Dichtung der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung einer konventionellen Plasmaspritzvorrichtung und des Prozesses zur Bereitstellung einer derartigen Dichtung, der die Einstellung des Verhältnisses von Metall und von Füllstoff ermöglicht, aufgebracht werden, um eine optimale Dichtung bereitzustellen, die für unterschiedliche Betriebsbedingungen angepasst ist. Alternativ kann die erfindungsgemäße Dichtung durch Formen der Dichtung und dann Verbinden der Dichtung mit dem Substrat, oder durch Formen der Dichtung in situ aufgebracht werden.

Claims (25)

  1. Luftdichtung (4, 7) zur Verwendung in einer Gasturbinenmaschine, aufweisend: ein Dichtungssubstrat; und eine abreibbare Dichtungsschicht auf dem Substrat, wobei die abreibbare Schicht ein Bulkmaterial und ein thermoplastisches Bindemittelmaterial aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass das Bulkmaterial ein wärmehärtbares Polymer-Bulkmaterial ist.
  2. Luftdichtung nach Anspruch 1, bei der die abreibbare Schicht in Vol.-% zwischen etwa 40 bis 80% des wärmehärtbaren Materials und etwa 20 bis 60% des thermoplastischen Materials aufweist.
  3. Luftdichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die abreibbare Schicht eine Mikrostruktur hat, die durch aufeinander aufgebaute Spritzer gekennzeichnet ist.
  4. Luftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die abreibbare Schicht außerdem bis zu etwa 30 Vol.-% Füllstoffmaterial aufweist.
  5. Luftdichtung nach Anspruch 4, bei der das Füllstoffmaterial Porosität schafft.
  6. Luftdichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der der Füllstoff Hohlkugeln mit einem Schmelzpunkt oberhalb der geplanten Gebrauchstemperatur der Dichtung aufweist.
  7. Luftdichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der das Füllstoffmaterial für Schmierung sorgt.
  8. Luftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Luftdichtung eine äußere Luftdichtung ist.
  9. Luftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Luftdichtung eine Schneidendichtung ist.
  10. Luftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Luftdichtung eine Bindungsschicht hat.
  11. Luftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das wärmehärtbare Polymer-Bulkmaterial phenolisches Pulver, ein Polyimid, ein Polyimidazol, ein fluoriertes Polyimid oder ein Polybenzimidazol ist.
  12. Luftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der das thermoplastische Material ein Polyarylether, ein Polyetherimid oder ein Polyamidimid ist.
  13. Luftdichtung nach Anspruch 12, bei der das thermoplastische Material PEEK, PEK, PEKK oder UltrapekTM ist.
  14. Luftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der das wärmehärtbare Material bis zu mindestens 260°C (500°F) stabil ist.
  15. Luftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der das thermoplastische Material eine Schmelztemperatur über etwa 315°C (600°F) hat.
  16. Gasturbinenmaschinen-Dichtungssystem, aufweisend: eine Luftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15; und ein Maschinen-Bauteil, das für eine Bewegung relativ zu der Luftdichtung geeignet ist und einen Schleifbereich hat, der mit der abreibbaren Dichtungsschicht wechselwirkt, wobei der Schleifbereich des Bauteils und die abreibbare Schicht der Dichtungsanordnung zusammenwirken, um für eine Abdichtung zu sorgen.
  17. Verfahren zur Herstellung einer Luftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, aufweisend: Bereitstellen des Dichtungssubstrats (30); und Aufbringen der abreibbaren Dichtungsschicht (38) auf das Substrat, mit gemeinsamer Abscheidung des wärmehärtbaren Polymer-Bulkmaterials und des thermoplastischen Bindemittelmaterials.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Schritt des Aufbringens durch Plasmaspritzen des thermoplastischen Materials und des wärmehärtbaren Materials auf das Dichtungssubstrat durchgeführt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Schritt des Aufbringens durch thermisches Spritzen des thermoplastischen Materials und des wärmehärtbaren Materials auf das Substrat durchgeführt wird.
  20. Verfahren zur Herstellung einer Luftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, aufweisend: Bereitstellen des Dichtungssubstrats; und Formen der abreibbaren Schicht, die aus wärmehärtbarem Polymer und thermoplastischem Material besteht; Entfernen des geformten abreibbaren Materials aus der Form; und Verbinden des geformten Dichtungsmaterials mit dem Dichtungssubstrat.
  21. Verfahren zur Herstellung einer Luftdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, aufweisend: Bereitstellen des Dichtungssubstrats; und Formen der abreibbaren Schicht, die aus wärmehärtbarem Polymer und thermoplastischem Material besteht, in situ; und Entfernen der Form.
  22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, bei dem der Schritt des Formens folgende Schritte aufweist: Einbringen des Pulvers in eine Form; Erwärmen der Form; und Komprimieren des Pulvers in der Form unter Druck.
  23. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, bei dem der Schritt des Formens ein Plasmaspritzen des Pulvers in eine Form zum Aufbauen der abreibbaren Schicht aufweist.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, außerdem aufweisend den Schritt des Anwendens eines Entformungsmittels auf die Form.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem das Entformungsmittel Bornitrid oder ein Salz aufweist.
DE60027258T 1999-12-17 2000-12-04 Abreibbare Dichtungsschicht Expired - Lifetime DE60027258T2 (de)

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