DE602004005779T2

DE602004005779T2 - Verfahren zur Herstellung einer Wellendichtung, Wellendichtung, Wellendichtungselemente und mit dieser Dichtung ausgestattete Maschine

Info

Publication number: DE602004005779T2
Application number: DE602004005779T
Authority: DE
Inventors: Hidekazu Uehara; Tanehiro Sinohara; Takasi Nakano; Sin Nisimoto; Takayuki Kurimura; Yuichi Hirakawa; Tatsuji Takahasi; Sin Koga
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2024-06-19
Also published as: CN1573180A; JP2005009618A; CN100343556C; EP1489340A1; DE602004005779D1; US7334328B2; US20050125983A1; EP1489340B1; JP3993536B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Achsdichtungen, die einen Fluidfluss in Richtung der Rotationsachse einer Rotationsmaschine wie beispielsweise einer Gasturbine und dergleichen, Achsdichtungen, Achsdichtungselementen und Achsdichtungen verwendende Rotationsmaschinen zurückhalten.
Beschreibung des Stands der Technik
Eine Gasturbine, die ein Hochtemperatur- und Hochdruckgas an eine Turbine leitet und dieses so dekomprimiert, dass es durch Konvertieren der thermischen Energie des Gases in eine kinetische Rotationsenergie eine Antriebsenergie erzeugt, weist einen zwischen den stationären Schaufelrädern und der Rotationsachse montierten Dichtmechanismus (eine Achsdichtung) auf, um die Menge an Hochtemperatur- und Hochdruckgas, welches von der Hochdruckseite in die Niedrigdruckseite entweicht, zu reduzieren. Gewöhnlicherweise werden Labyrinthdichtungen des kontaktlosen Typs als Dichtmechanismus verwendet.
Bei den Labyrinthdichtungen ist die Menge an entweichendem Gas groß, da der Abstandsraum an der Spitze einer Schaufel bis zu einem bestimmten Ausmaß vergrößert werden muss, damit die Spitze der Schaufel während der Vibration der Welle in der vorübergehenden Phase der Rotation oder während der vorübergehenden Zeit der thermischen Deformation nicht in Kontakt kommen. Als Ersatz für die oben erwähnten Labyrinthdichtungen wurden Schaufeldichtungen entwickelt, die eine Reduzierung der Verlustmenge erzielen.
18 ist eine perspektivische Ansicht einer Achsdichtung (im Folgenden als „Schaufeldichtung" bezeichnet). Die in 18 gezeigte Schaufeldichtung 9A besteht aus einem Gehäuse 92, welches außerhalb der Rotationsachse 91 angeordnet ist, um die Rotationsachse 91 zu ummanteln; aus einer Niedrigdruck-Seitenplatte 93, die an der unteren Gasdruckseite des Gehäuses 92 befestigt ist; aus einer Hochdruck-Seitenplatte 94, die gegenüber der Niedrigdruck-Seitenplatte 93 und an der höheren Gasdruckseite montiert ist; sowie dünnen Metallplatten 95.
Die dünnen Metallplatten 95 sind angepasst und greifen in das Gehäuse 92 ein, wobei sie ringförmig an das Gehäuse 92 laminiert sind. Die dünnen Metallplatten 95 trennen durch ein Abdichten der Umgebung der Rotationsachse zusätzlich den die Rotationsachse 91 umgebenden Abstandsraum in einen Hochdruckbereich und einen Niedrigdruckbereich. An beiden Seiten der dünnen Metallplatten 95 sind außerdem die Hochdruck-Seitenplatte 94 in dem Hochdruckbereich und die Niedrigdruck-Seitenplatte 93 in dem Niedrigdruckbereich befestigt, wobei jede von ihnen in einer Druckwirkenden Richtung als Führungsplatte montiert ist.
Die dünnen Metallplatten sind derart gestaltet, dass sie eine vorab bestimmte Festigkeit aufweisen, die durch die Dicke der Platte in einer umfänglichen Richtung der Rotationsachse 91 festgelegt ist. Die dünnen Metallplatten sind außerdem auf eine derartige Weise an dem Gehäuse 92 angebracht, das ein zu der umfänglichen Oberfläche der Rotationsachse 91 bestehender Winkel gegen die Rotationsrichtung der Rotationsachse 91 ein spitzer Winkel sein muss. Wenn die Rotationsachse 91 stoppt, stehen die Spitzen der dünnen Metallplatten 95 durch eine vorab bestimmte Vorspannung mit der Rotationsachse 91 in Kontakt. Wenn die Rotationsachse 91 jedoch rotiert, stehen die dünnen Metallplatten 95 und die Rotationsachse 91 nicht in Kontakt miteinander, weil die Spitzen der dünnen Metallplatten 95 durch den Effekt eines dynamischen Drucks, der durch die Rotation der Rotationsachse 91 verursacht wird, angehoben werden.
Die 19A und 19B zeigen jeweils eine Vorder- und eine Seitenansicht der dünnen Metallplatten 95. Der in 19B anhand einer Rasterpunktung indizierte Abschnitt 95d ist ein Abschnitt, der mittels Ätzung eliminiert wird, wenn die Metallplatte 95 hergestellt wird. Wenn die dünnen Metallplatten 95 laminiert werden, werden die mittels Ätzung zu eliminierenden Abschnitte 95d zu einem Abstandsraum zwischen den dünnen Metallplatten 95. Anders ausgedrückt sind die Endabschnitte 951 an der Peripherie der dünnen Metallplatten 95 derart angeordnet, dass sie miteinander in Kontakt stehen, während die Endabschnitte 952 an den gegenüber liegenden Seiten der Endabschnitte 951 so angeordnet sind, dass sie nicht miteinander in Kontakt stehen.
In einem Achsdichtmechanismus und einer Gasturbine, die wie oben beschrieben konstruiert sind, weisen die dünnen Metallplatten 95 in axialer Richtung der Rotationsachse 91 eine Breite auf, da sie mit einer Vielzahl von Schichten in umfänglicher Richtung der Rotationsachse 91 laminiert sind, wobei die dünnen Metallplatten 95 eine leichte Flexibilität in umfänglicher Richtung der Rotationsachse 91 aufweisen und ein eine hohe Festigkeit aufweisender Achsdichtmechanismus in axialer Richtung konstruiert ist.
Aufgrund des von den Abschnitten 95d, an denen die dünnen Metallplatten eliminiert sind, zwischen den dünnen Metallplatten 95 zur Verfügung gestellten Raums können die dünnen Metallplatten 95 enger angeordnet werden und es ist außerdem möglich, im Vergleich zu den Labyrinthdichtungen des Nichtkontakttyps und Dergleichen den Raum zwischen den Spitzen der dünnen Metallplatten 95 und der Rotationsachse 91 signifikant zu verkleinern, wodurch eine Reduzierung der Menge an entweichendem Gas in Bezug auf die Labyrinthdichtung auf 1/3 bis 1/10 reduziert werden kann.
Die dünne Metallplatte 95 ist so ausgeformt, dass sie mittels Ätzung einer durch Walzung ausgebildeten Stahlplatte die vorab bestimmte Form annimmt. Zu diesem Zeitpunkt ist nur eine Seite der dünnen Metallplatte 95 partiell geätzt, um eliminiert zu werden. In dem Fall, dass eine dünne Platte aus Metallmaterial (beispielsweise Edelstahl, Inconel, Hastelloy und dergleichen) mit einer ungefähren Dicke von 0.1 mm wie in 19B gezeigt mittels Walzung hergestellt wird, entsteht zum Zeitpunkt des Kaltwalzens in dem Metallmaterial eine große Restspannung (Dehnung).
Wenn ein solches, in seinem Inneren eine große Restspannung (Dehnung) aufweisendes Material, wie oben beschrieben durch Ätzen von nur einer Seite verdünnt wird, wird sie ungleich verteilt, was ein Verbiegen oder ein Wölben zur Folge hat.
Wie in 20 gezeigt, wird beispielsweise die Restspannung an der Oberfläche und die Restspannung im Inneren ausbalanciert, wenn die vermeintliche Zugspannung an beiden Oberflächen eines kalt gewalzten Materials und die vermeintliche Druckspannung im Inneren desselben als ein Ganzes ausgebildet wird, wodurch eine Ebene erreicht wird. Wie jedoch in 21 zu sehen ist, verbleibt exklusive des eliminierten Abschnitts 950 eine Restspannung in dem zentralen Abschnitt 95C und in der Oberfläche 95S, wenn der Abschnitt 950 der Oberfläche an einer Seite der dünnen Metallplatte 95 mittels Ätzung eliminiert wird. Dadurch, dass eine Druckspannung auf eine Seite (in dem zentralen Abschnitt 95C) wirkt, während eine Zugspannung auf die andere Seite (an dem Oberflächenabschnitt 95S) einwirkt, treten die Biegemomente 9M auf, aufgrund derer sich die dünne Metallplatte 95 in Richtung des eliminierten Abschnitts 950 verformt.
Für die Schaufeldichtung 9A wird eine Vielzahl von dünnen Metallplatten 95 verwendet. Da die dünnen Metallplatten 95 aufgrund der Restspannung Verformungen aufweisen, ist die Schaufeldichtung 9A mit Abschnitten, die hier und dort erzeugte ungleiche Räume beinhalten, versehen, wobei in diesen Abschnitten eine Gasströmung auftritt, wodurch die Luftdichtheit der Dichtung manchmal verloren geht.
Da sich die dünnen Metallplatten 95 in einer der Rotationsrichtung der Rotationsachse und Ähnlichem, die der Dichtung 9A gegenüber liegt, entgegen gesetzten Richtung verformen, besteht aufgrund der Vibration der Welle während der Initiierung der Rotation oder während einer Übergangsphase der Rotation wie einem Stoppen oder Dergleichen oder aufgrund einer vorübergehenden thermischen Deformation die Möglichkeit, dass die dünnen Metallplatten 95 mit der Rotationsachse in Berührung kommen.
Die EP 1 302 708 A2 erörtert einen Wellendichtmechanismus, der für eine Achse einer großen Turbomaschine wie beispielsweise einer Gasturbine, Dampfturbine, Kompressoren, Pumpen etc. geeignet ist. Der Achsdichtmechanismus umfasst Gehäuse, die im Inneren von einem stabilen Abschnitt abgestützt werden, und eine Vielzahl an ebenen Platten, die beiderseits der Achse beabstandet sind, wobei jede von ihnen an den Gehäusen befestigt ist. Das Verfahren zur Zusammensetzung des Gehäuses kann (i) ein Anpassen der ebenen Platten, die durch ein Abdecken und Ätzen ausgebildet und durch einen Abstand entlang des Umfangs der Achse von einander getrennt werden; (ii) ein Hartlöten eines jeden äußeren Endes jeder ebenen Platte, um eine ebene Platte mit einer anderen ebenen Platte zu verbinden; (iii) ein Verschweißen des Bodenendes des Kopfabschnitts mit dem Umfang einer flexiblen Platte; und (iv) ein Anpassen eines Paars von getrennten Gehäusen über der Niedrigdruckseite jeder ebenen Platte und der flexiblen Platte, um die ebenen Platten und die flexible Platte durch das Paar von Gehäusen zu umschließen, umfassen.
Die EP 0 933 567 A2 betrifft eine Dichtungsanordnung, um eine Abdichtung zwischen zwei Komponenten in eine Abdichtrichtung von einer stromaufwärtigen Seite der Dichtung zu der stromabwärtigen Seite der Dichtung zu erzielen. Die Dichtung umfasst einen Träger und eine Vielzahl von dicht gedrängten elastischen Streifen, die an dem Träger befestigt sind, um von diesem abzustehen. Zwischen den benachbarten Streifen ist eine Lücke vorgesehen, um den Spitzenabschnitten der Streifen in Bezug aufeinander eine Bewegung zu gestatten und im Einsatz eine flexible Haptik zu beizubehalten.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Achsdichtung vorzusehen, die mittels Laminierung einer Vielzahl von dünnen Metallplatten in eine Ringform abdichten und ein Verfahren für die Herstellung einer Achsdichtung, um eine Achsdichtung zu produzieren, aus der im Vergleich zu eine Achsdichtung, in der herkömmliche dünne Metallplatten eingesetzt sind, eine geringere Menge an Gas entweicht.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Achsdichtung zur Verfügung gestellt, die aus Achsdichtelementen, die aus dünnen Filmen laminiert werden und eine Flexibilität aufweisen, so dass sie eine Ringform aufweisen, bestehen; wobei sie dadurch gekennzeichnet sind, dass sie einen Schneidprozess, in dem eine Rolle eines gewalztem Metallmaterials in eine vorab bestimmte Größe aus Metallmaterialplatten geschnitten wird, beinhaltet; einen Ätzprozess, in dem eine Vielzahl von aus dünnen Metallplatten bestehenden Achsdichtelementen durch ein Ätzen von nur der einen Seite der in dem vorherigen Schneidprozess ausgeschnittenen Metallmaterialplatten hergestellt werden, um diese zu verdünnen und sie mit unterschiedlichen Niveaus zu versehen; einen Schweißprozess, in dem die auf die beschriebene Weise geätzten dünnen Metallmaterialplatten so angeordnet werden, dass sie ringförmig angeordnet und in gleicher Richtung ausgerichtet sind, und dann mit einem Gehäuse verschweißt werden; und eine Wärmebehandlungsprozess, der zumindest einen der folgenden Prozesse umfasst: einen Aufwärmprozess, in dem die Aufwärmung als ein Teil des Schneidprozesses, in dem die Rolle aus gewalztem Metallmaterial geschnitten wird, ausgeführt wird; ein Aufwärmprozess, in dem das Aufwärmen ausgeführt wird, nachdem die dünnen Metallplatten laminiert und verschweißt sind; ein Aufwärmprozess, in dem ein Anti-Reibverschweißungs-Schmiermittel auf die Oberflächen der Metallmaterialplatten oder die dünnen Metallplatten aufgebracht wird, während die Metallmaterialplatten oder die dünnen Metallplatten, auf die das Anti-Reibverschweißungs-Schmiermittel aufgebracht wird, mit Gewichten belastet werden und die Erwärmung durchgeführt wird.
Bevorzugte optionale Merkmale werden in den anhängenden Ansprüchen beschrieben.
Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine Vorderansicht einer dünnen Metallplatte, die ein Achsdichtelement in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und
1B ist eine Seitenansicht einer in 1A gezeigten Metallplatte.
2A ist eine Seitenansicht einer Achsdichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2B ist eine Querschnittsansicht einer Achsdichtung;
2C ist eine Seitenansicht einer Achsdichtung, deren Gehäuse und Seitenplatten entfernt sind; und
2D stellt die Achsdichtung in Aktion dar, wenn die Achse rotiert.
3 ist eine Bauzeichnung einer Gasturbine;
4 stellt den Herstellungsprozess einer Achsdichtung dar;
Die 5A bis 5D stellen jeweils Beispiele von Wärmebehandlungsprozessen dar;
6 ist ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung.
7 ist ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung.
8 ist ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung.
9 ist ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung.
10 ist ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung.
11 ist ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung.
12 ist ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung.
13 ist ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung.
14 ist ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung.
15 ist ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung.
16 ist ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung.
17 ist ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung.
18 ist eine perspektivische Zeichnung eines Beispiels einer konventionellen Schaufeldichtung.
19A ist eine Aufsicht einer dünnen Metallplatte, die für die Schaufeldichtung des herkömmlichen Beispiels verwendet wird, und 19B ist eine Seitenansicht einer Schaufeldichtung, die für die Schaufeldichtung eines herkömmlichen Beispiels verwendet wird.
20 stellt den Spannungszustand eines kalt gewalzten Metallelements an.
21 zeigt die Deformation an, wenn ein Abschnitt eines Metallelements ausgeschnitten wird.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Es wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1A ist eine Vorderansicht und 1B eine Seitenansicht einer dünnen Metallplatte eines Achsdichtelements in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2A ist eine Seitenansicht einer Achsdichtung (im Folgenden als „Schaufeldichtung" bezeichnet) in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, worin ein Abschnitt partiell ausgeschnitten ist. 2B ist eine Querschnittszeichnung der Schaufeldichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2C ist eine Seitenansicht einer in 2B gezeigten Schaufeldichtung, wenn deren Gehäuse und die Seitenplatten entfernt sind. 2D ist eine Seitenansicht einer sich in Aktion befindenden Schaufeldichtung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in den 1A und 1B gezeigt, weist eine dünne Metallplatte 1 in der Figur einen Kantenabschnitt 11 an der oberen Seite auf (an deren umfänglicher Seite, wenn sie als Schaufeldichtung ausgebildet ist), der so ausgebildet ist, dass er eine laterale Länge aufweist. Eine Spitze 12 der dünnen Metallplatte 1 ist an der unteren Seite in der Figur so ausgeformt, dass sie aufgrund der einen eliminierten Seite dünner als die verbleibenden Abschnitte ist.
Außerdem weist die dünne Metallplatte 1 an der Peripherie einen Verbindungsabschnitt 121 von der Spitze 12 zu dem Kantenabschnitt 11 auf, der schmaler als die verbleibenden Abschnitte ist. Nachdem eine Vielzahl von dünnen Metallplatten 1 laminiert und durch Verschweißen fixiert sind, wird eine im Fol genden zu beschreibende Spitze 211 einer Seitenplatte 21 an dem dünneren Abschnitt 121 angebracht.
In 1B ist ein durch gerasterte Punkte indizierter Abschnitt der während der Herstellung der oben erwähnten dünnen Metallplatte 1 durch Ätzen zu eliminierende Abschnitt. Wenn die dünnen Metallplatten 1 laminiert werden, wird der durch Ätzen zu eliminierende Abschnitt 1d zu einem Abstandsraum zwischen den dünnen Metallplatten 1. Die Kantenabschnitte 11 an der Peripherie der Metallplatten 1 sind, anders ausgedrückt, so angeordnet, dass sie mit einander in Kontakt stehen, wohingegen die Spitzen 12 an der gegenüber liegenden Seite so angeordnet sind, dass sie nicht miteinander in Kontakt stehen. Die in den 2A bis 2D gezeigte Schaufeldichtung A ist von oben gesehen mit einer dünnen Metallplatte 1 in Form eines „T" ausgestattet; die Gehäuse 2 ergreifen den Kantenabschnitt 11 an der Peripherie einer Vielzahl an laminierten dünnen Metallplatten 1; entlang der Spitze 12 sind in dem unteren Teil des Gehäuses 2 Seitenplatten 21 angeordnet; und ein Verbindungselement 22 verbindet die Gehäuse 2 an der rechten und linken Seite.
Wie in den 2B und 2C gezeigt, werden die dünnen Metallplatten 1 nach deren Anordnung in einer Ringform entlang der gekurvten Oberfläche durch Verschweißen Wd der beiden Seiten 111 und 111 des Kantenabschnitts 11 an der oberen Seite der dünnen Metallplatten 1 (an der Umfangsseite, wenn die dünnen Metallplatten 1 als Schaufeldichtung ausgebildet sind) aneinander befestigt.
Dann werden die Spitzen 211 der Seitenplatten 21 auf eine Weise angeordnet, dass die schmaleren Abschnitte 121 der Spitzen 12 der durch Verschweißen fixierten dünnen Metallplatten 1 an den Spitzen 211 der Seitenplatten 21 angebracht werden. (Sie 2B)
Im Anschluss werden die Gehäuse 2 derart installiert, dass sie in die beiden Seiten 111 und 111 der Kantenabschnitte 11 eingreifen, wenn die unteren Kanten 2d der Gehäuse 2 die Spitzen 211 er Seitenplatten 21 von der Außenseite zusammen drücken. Außerdem stützen die Gehäuse 2 die dünnen Metallplatten 1 durch ein Anordnen der Verbindungselemente 22 zwischen den oberen Kantenabschnitten 2u an den rechten und den linken Seiten sowie durch ein Fixieren derselben durch ein Fixierungsverfahren, das sich nicht negativ auf den Betrieb der Schaufeldichtung auswirkt. Obwohl sie nicht darauf beschränkt sind, gehören ein Verschweißen, eine Verschraubung und Dergleichen zu den Verfahren zur Fixierung der Gehäuse 2, der Seitenplatten 21 und des Verbindungselements 22.
Die in einer Vielzahl von Schichten laminierten dünnen Metallplatten 1 sind derart angeordnet, dass die Kantenabschnitte 11 an deren oberen Seiten miteinander in Kontakt kommen und fixiert werden. In den Spitzen 12 agiert ein Abschnitt derselben, der dünner als der verbleibende Abschnitt ist, jedoch als Abstandslücke. Eine Abstandslücke 1G weist an jedem Ort eine uniforme Größe auf. (Siehe 2A und 2C.)
Eine dünne Metallplatte 1 ist derart gestaltet, dass sie eine vorab bestimmte Festigkeit, die durch die Dicke t der Platte in umfänglicher Richtung der Rotationsachse Sp determiniert ist, auf. An den Gehäusen 2 werden auch dünne Metallplatten 1 derart installiert, das der Winkel θ, der mit einer Phase der Rotationsachse Sp in der Rotationsrichtung der Rotationsachse Sp hergestellt wird, ein spitzer Winkel ist. Wenn die Rotationsachse Sp stoppt, stehen aufgrund einer vorab bestimmten Vorbelastung die Spitzen 12 der dünnen Metallplatten 1 in Kontakt mit der Rotationsachse Sp; wohingegen sich die Spitzen 12 der dünnen Metallplatten 1, wenn die Rotationsachse Sp rotiert, aufgrund eines von der Rotation der Rotationsachse Sp verursachten dynamischen Effekts nach oben richten, wodurch die dünnen Metallplatten 1 nicht mit der Rotationsachse Sp in Kontakt stehen (siehe 2D). Die Schaufeldichtung A teilt durch das Abdichten des Umfangs der Rotationsachse Sp einen die Rotationsachse Ap umgebenden Raum in einen Hochdruckbereich und einen Niedrigdruckbereich auf.
Die Schaufeldichtung A fixiert deren Umfangsseite an den Gehäusen 2, um in einer axialen Richtung der Rotationsachse Sp durch ein Laminieren der dünnen Metallplatten 1 des Abdichtelements in einer axialen Richtung der Rotationsachse Sp starr zu sein, wodurch es ermöglicht wird, dass das Ausführen der Abdichtung unter einem hohen Differenzdruck beibehalten wird. Außerdem bringt das Vorhandensein der Abstandslücke 1G den Vorteil mit sich, das die Dichtung während der Rotation nicht zerstört wird und die Haltbarkeit hoch ist.
3 zeigt den Aufbau einer die in den 2a bis 2D aufgezeigte Schaufeldichtung verwendenden Gasturbine, die eine Rotationsmaschine ist. Eine in 3 gezeigte Gasturbine Gt umfasst einen Kompressor 3, der eine große Menge Luft in sein Inneres aufnimmt und diese komprimiert; eine Brennkammer 4, die die von dem Kompressor 3 komprimierte Luft mit Brennstoff mischt und entzündet; eine Turbine 5, die durch Einführen des in der Brennkammer 4 erzeugten Verbrennungsgases in ihr Inneres und ein dortiges Expandierung desselben mittels des Verbrennungsgases rotiert wird; und eine Rotationsachse 6, die bezüglich der Gasturbine 5 fixiert ist. Die Gasturbine Gt verwendet üblicherweise einen Teil der Energie, die von der Rotationsachse gewonnen wird, als Energie für den Kompressor 3.
Die Turbine 5 konvertiert durch ein Blasen des Verbrennungsgases zu den an der Rotationsachse 6 installierten rotierenden Flügeln 51 die thermische Energie des Verbrennungsgases in eine kinetische Rotationsenergie und erzeugt Energie. Die Turbine 5 ist mit einer Vielzahl von stationären Flügeln 52, die an einem Gehäuse 50 der Turbine 5 montiert sind, sowie einer Vielzahl von an der Rotationsachse 6 befestigten rotierenden Schaufeln 51 ausgestattet, wobei die rotierenden Schaufeln 51 und die stationären Flügel 52 in axialer Richtung der Rotationsachse 6 alternierend angeordnet sind. Die rotierenden Schaufeln 51 drehen die Rotationsachse 6 dadurch, dass sie Druck von dem in einer axialen Richtung der Rotationsachse strömenden Verbrennungsgas aufnehmen, und die der Rotationsachse 6 zugeführte Rotationsenergie wird am Ende der Achse entnommen und verwendet. Zwischen den stationären Flügeln 52 und der Rotationsachse 6 ist zwecks Reduzierung der Menge an von der Hochdruckseite auf die Niedrigdruckseite entweichendem Verbrennungsgas eine Schaufeldichtung A als Achsdichtung installiert.
Außerdem ist der Kompressor 3 durch die Rotationsachse 6 koaxial mit der Turbine 5 verbunden und komprimiert frische Luft durch den Einsatz der Rotation der Turbine 5, um so der Brennkammer 4 komprimierte Luft zuzuführen. Der Kompressor 3 weist genau wie die Turbine 5 eine Vielzahl an rotierenden Schaufeln 31, die an der Rotationsachse 6 montiert sind, und eine Vielzahl von an dem Gehäuse 30 des Kompressors 3 befestigten stationären Flügeln 32 auf, wobei die rotierenden Schaufeln 31 und die stationären Flügel 32 in axialer Richtung der Rotationsachse 6 alternierend angeordnet sind. Zwischen den stationären Flügeln 32 und der Rotationsachse 6 ist zwecks Reduzierung der Menge an von der Hochdruckseite zu der Niedrigdruckseite entweichender komprimierter Luft eine Schaufeldichtung A installiert.
Des Weiteren weisen ein Lagerabschnitt 33, in dem das Gehäuse 30 des Kompressors 3 die Rotationsachse 6 abstützt, und ein Lagerabschnitt 53, in dem das Gehäuse 50 der Turbine 5 die Rotationsachse 6 abstützt, eine Schaufeldichtung A auf, die daran als eine Achsdichtung installiert ist, um die komprimierte Luft oder das Verbrennungsgas daran zu hindern, von der Hochdruckseite auf die Niedrigdruckseite zu entweichen.
Die wie oben erwähnt konstruierte Achsdichtung und die Gasturbine weisen dünne Metallplatten 1 auf, die in einer axialen Richtung der Rotationsachse Sp eine Breite aufweisen und in vielen Schichten in umfänglicher Richtung der Rotationsachse Sp laminiert sind, wobei die dünnen Metallplatten 1 eine weiche Flexibilität in umfänglicher Richtung der Rotationsachse Sp aufweisen, wodurch eine Achsdichtung mit einer hohen Festigkeit in axialer Richtung erzeugt wird.
In der oben erwähnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Einsatz einer Schaufeldichtung in einer Gastur bine veranschaulicht. Die Schaufeldichtung ist jedoch nicht auf diesen Einsatz beschränkt, sondern kann im weitesten Sinne dort eingesetzt werden, wo Energie aufgrund eines Verhältnisses der Rotationsachse und dem Fluidfluss im Arbeitsbetrieb konvertiert werden kann, beispielsweise in einer Dampfturbine, einem Kompressor oder Dergleichen. Eine Schaufeldichtung kann auch dazu verwendet werden, den Fluidfluss in axialer Richtung einer Rotationsachse zurückzuhalten.
In den 4(A) bis 4(F) wird das Verfahren der Herstellung einer dünnen Metallplatte aus einer Metallmaterialplatte aufgezeigt.
Wie in 4 gezeigt, wird mittels Ätzen eine Vielzahl von dünnen Metallplatten 1 aus Metallmaterialplatten hergestellt. Zuerst wird eine Rolle an gewalztem Metallmaterial M1 auf eine optimale Größe geschnitten, um dem folgenden Prozessschritt zugeführt zu werden, in dem eine vorab bestimmte Größe an Metallmaterialplatten M2 ausgeformt wird. (Siehe (A) und (B)). Grundrissabschnitte 10 der dünnen Metallplatten 1 und Spitzen 12 der dünnen Metallplatten 1, welche eine Abstandslücke 1d darstellen sollen, wenn die Schaufeldichtung A angebracht wird, werden mittels Ätzen von einer ersten Oberfläche der dünnen Metallmaterialplatten M2 eliminiert. (Siehe (C) und (D)). Im Anschluss werden durch das Ätzen von nur der Grundrissabschnitte 10 der dünnen Metallplatten 1 von der gegenüber liegenden Seite dünne Metallplatten 1 aus der Metallmaterialplatte M2 ausgeschnitten. (Siehe (D).) Beim Ätzen der dünnen Metallplatten 1 wird der Umfang des Ätzens (die Dicke der Platte) mittels Einstellen der Ätzzeit kontrolliert.
Die in 4(E) gezeigten dünnen Metallplatten 1 werden in Ringform laminiert, wobei die Abschnitte 1d mittels Ätzen in die gleiche Richtung eliminiert werden, und die beiden sich nach rechts und links erstreckenden Seiten der oberen Kantenabschnitte 11 verschweißt werden, wodurch die dünnen Metallplatten 1 aneinander fixiert werden. Die dünnen Metallplatten 1, die derart laminiert und verschweißt sind, dass sie sich in die gleiche Richtung orientieren, weisen obere Kantenabschnit te 11 auf, die in die Gehäuse 2 passen und an beiden Seiten in diese eingreifen, wobei durch das gegenseitige Fixieren der beiden Seiten der Gehäuse 2 die laminierten dünnen Metallplatten 1 fixiert werden.
5 zeigt einen Wärmebehandlungsprozess in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf.
In einem in 5A gezeigten Wärmebehandlungsverfahren HT1 expandiert eine Rolle gewalzten Metalls M1 dadurch, dass sie mit einer vorab bestimmten Geschwindigkeit weitergeleitet und mittels einer Aufwärmapparatur HS erwärmt wird, wodurch die Restspannung (Dehnung) entfernt wird. Da die Heizung H1 mit der Aufwärmapparatur HS als ein Teil des Prozesses, in dem eine Rolle an gewalztem Metall M1 expandiert und in Metallmaterialplatten M2 geschnitten wird, fungiert, und da das Volumen des Metalls M1 klein ist, was die Haltezeit reduziert, ist es möglich, den Produktionsprozess zu verkürzen.
In einem in 5B gezeigten Wärmebehandlungsverfahren HT2 wird die Restspannung (Dehnung) durch ein Laminieren der Metallmaterialplatten M2 eliminiert, indem ihnen Gewichte P1 (das Eigengewicht + ein Gewicht) aufgelegt werden und die Erwärmung durchgeführt wird. Dieses Verfahren kann sich eines vorhandenen gewöhnlichen elektrischen Ofens bedienen, wodurch die Kosten gesenkt werden. Da die laminierten dünnen Platten während der Wärmebehandlung und während der folgenden Abkühlung einer relativ gleichmäßigen Temperaturverteilung unterliegen, ist außerdem die Deformation der dünnen Platten nach der Wärmebehandlung, speziell die Deformation an den Kantenabschnitten infolge einer ungleichmäßigen Abkühlung gering, was ein qualitativ hochwertiges Material mit einer guten Ebenheit zur Folge hat.
In einem in 5C gezeigten Wärmebehandlungsverfahren HT3 wird die Restspannung (Dehnung) mittels Ätzens der Metallmaterialplatten M2, nachdem eine Vielzahl von dünnen Metallplatten 1 hergestellt und die dünnen Metallplatten 1 laminiert und H3 erwärmt wurden, während sie mit Gewichten P2 (Eigengewicht + Gewicht) belastet wurden, eliminiert. Da die dünnen Metallplatten 1 klein sind, kann die Heizvorrichtung vorteilhafter Weise auch kleiner sein.
In einem in 5D gezeigten Wärmebehandlungsverfahren H4 werden die Metallplatten 1, nachdem sie laminiert und verschweißt wurden, H4 wärmebehandelt, wodurch die Restspannung aus den dünnen Metallplatten 1 eliminiert wird. Dieses Verfahren sieht eine leichtere Handhabung vor, da die dünnen Metallplatten 1 verschweißt sind. Außerdem ermöglicht das Verschweißen eine gleichzeitige Entfernung der akkumulierten Restspannung.
(Eine erste Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung)
6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Schaufeldichtung A, hergestellt durch einen in 6 gezeigten Herstellungsprozess, ist eine Achsdichtung, die eine Niedrigtemperatur-Flüssigkeit abdichtet und, da es nicht auf diese Ausführungsform einer Schaufeldichtung beschränkt ist, eine Schaufeldichtung A aus rostfreiem Stahl ausgebildet.
Zuerst weist ein durch Kaltwalzen ausgebildetes Metall, das eine vorab bestimmte Dicke hat, eine Restspannung (Dehnung) auf, die sich in dessen Inneren entwickelt hat. Um die Restspannung (Dehnung) zu eliminieren, wird eine Wärmebehandlung (ein Erwärmen auf 74000 über 30 Minuten und eine folgende Abkühlung) mittels eines Schrittweisen Weiterleitens einer Rolle von gewalztem Metallmaterial M1 ausgeführt. (Siehe 5A). (Schritt S11)
Anschließend wird eine Rolle von gewalztem Metallmaterial M1 in Teile von vorab bestimmter Größe geschnitten. (Schritt S12) Aus den ausgeschnittenen Metallmaterialplatten M2 werden mittels Ätzen der Grundrissabschnitte 10 von beiden Seiten und der Spitzen 12 von einer Seite dünne Metallplatten 1 erzeugt. (Schritt S13) Eine Vielzahl von in Schritt S13 hergestellten dünnen Metallplatten 1 werden derart laminiert, dass sie sich in die gleiche Richtung orientieren und eine Ringform aufweisen, und durch Verschweißen der rechten und linken Seiten 111 und 111 der oberen Kantenabschnitte 11 aneinander fixiert werden. (Schritt S14) Nach dem Fixieren der Vielzahl von dünnen Metallplatten im laminierten Zustand werden die oberen Kantenabschnitte mit den Gehäusen 2, den Seitenplatten 21 und den Verbindungselementen 22 (Schritte S15) verbunden, wodurch die Schaufeldichtung erzeugt wird.
Bei der Herstellung einer Schaufeldichtung mittels des oben erwähnten Verfahrens kann die Wärmebehandlung kontinuierlich ablaufen, da sie während dem Transport der Rolle von gewalztem Metallmaterial M1 ausgeführt wird, was den Herstellungsprozess verkürzt. Da der Produktionsprozess verkürzt ist, ist außerdem eine deutliche Kostensenkung möglich.
(Eine zweite Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung)
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Rolle von gewalztem Metallmaterial M1 wird in vorab bestimmte Größen von Metallmaterialplatten M2 geschnitten, um dem Prozess zugeführt werden zu können. (Schritt S21) Eine Vielzahl an Metallmaterialplatten M2, die in Schritt S21 auf vorab bestimmte Größen geschnitten werden, werden derart angeordnet, dass sie gestapelt sind, wenn auf die Räume zwischen den Metallmaterialplatten M2 das Anti-Reibverscheißungs-Schmiermittel aufgebracht wird. (Schritt S22) Danach werden die in Schritt S22 laminierten Metallmaterialplatten M2 (für vier Stunden auf 68000) erwärmt, mit Gewichten belastet, wodurch die Restspannung (Dehnung) aus den Metallmaterialplatten M2 eliminiert wird. (Siehe 5B). (Schritt S23) Anschließend werden die dünnen Metallplatten 1 durch das beidseitige Ätzen der Abschnitte der Metallmaterialplatten M2, die den Grundrissabschnitten 10 der dünnen Metallplatten 1 entsprechen, und durch das einseitige Ätzen der den Spitzen 12 entsprechenden Abschnitte hergestellt. (Schritt S24) Eine Vielzahl von in Schritt S24 hergestellten dünnen Metallplatten 1 ist so laminiert, dass sie sich in die gleiche Richtung orientieren, eine Ringform aufweisen und durch ein Verschweißen der rechten und linken Seiten 111 und 111 der oberen Kantenabschnitte 11 aneinander fixiert werden. (Schritt S25) Nach dem Fixieren einer Vielzahl von dünnen Metallplatten 1 in laminiertem Zustand werden deren obere Kantenabschnitte mit den Gehäusen 2, den Seitenplatten 21 und dem Verbindungselement 22 (Schritt S26) verbunden, wodurch die Schaufeldichtung erzeugt ist.
Die Herstellung auf die oben erwähnte Weise ermöglicht den Einsatz eines herkömmlichen elektrischen Ofens und eine Kostensenkung. Da die laminierten dünnen Platten während der Wärmebehandlung und der nachfolgenden Abkühlung eine relativ gleichmäßige Temperaturverteilung aufweisen, ist die Deformation der dünnen Platten nach der Wärmebehandlung speziell an den Kantenabschnitten infolge einer nicht gleichmäßigen Abkühlung gering, weshalb Metallmaterialplatten M2 von guter Qualität und guter Ebenheit erzielt werden.
Da dieses Verfahren eine Stapelverarbeitung ist, ist es im Sinne einer relativ kleinen Anzahl an Behandlungen effektiv.
(Eine dritte Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung)
8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Rolle von gewalztem Metallmaterial M1 wird in vorab bestimmte Größen von Metallmaterialplatten M2 geschnitten, um dem Prozess zugeführt werden zu können. (Schritt S31) Durch ein in Schritt S31 ausgeführtes Ausschneiden der Abschnitte der Metallmaterialplatten M2, die den Grundrissabschnitten 10 der beidseitig geätzten dünnen Metallplatten 1 entsprechen und durch ein einseitiges Ätzen der den Spitzen 12 entsprechenden Abschnitte werden dünne Metallplatten 1 hergestellt. (Schritt S32) Die in Schritt S32 ausgebildeten dünnen Metallplatten 1 werden so laminiert, dass sie sich in eine vorab bestimmte Richtung orientieren. (Schritt S33) Die in Schritt S33 gestapelten dünnen Metallplatten 1 werden (für vier Stunden auf 680°C) erwärmt, mit Gewichten belastet, wodurch die Restspannung (Dehnung) aus den dünne Metallplatten eliminiert wird. (Siehe 5C). (Schritt S34)
Im Anschluss werden die dünnen Metallplatten in Ringform laminiert und die rechten und linken Seiten 111 und 111 der oberen Kantenabschnitte 11 verschweißt. (Schritt S35) Nach der Fixierung einer Vielzahl von dünnen Metallplatten 1 in laminiertem Zustand werden deren obere Kantenabschnitte mit den Gehäusen 2, den Seitenplatten 21 und den Verbindungselementen 22 (Schritt S36) verbunden, wodurch die Schaufeldichtung A erzeugt wird.
(Eine vierte Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung)
9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Rolle von gewalztem Metallmaterial M1 wird in Metallmaterialplatten M2 von vorab bestimmter Größe geschnitten, um dem Prozess zugeführt werden zu können. (Schritt S41) Durch ein Ausschneiden der Abschnitte der Metallmaterialplatten M2, die den Grundrissabschnitten 10 der beidseitig geätzten dünnen Metallplatten 1 und durch ein wie oben erwähntes einseitiges Ätzen der den Spitzen 12 entsprechenden Abschnitte werden in Schritt S42 dünne Metallplatten 1 hergestellt. (Schritt S42) Eine Vielzahl von dünnen Metallplatten 1 wird laminiert, weisen in die gleiche Richtung und werden mittels Verschweißung der rechten und linken Kantenabschnitte 111 und 111 der oberen Kantenabschnitte 11 aneinander fixiert. (Schritt S43) Nachdem sie in Schritt S43 fixiert wurden, werden die dünnen, in Schichten laminierten Metallplatten 1 (für 4 Stunden auf 680°C) erwärmt, um die Restspannung (Dehnung) zu eliminieren, die sich im Inneren der dünnen Metallplatten 1 gebildet hat. (Siehe 5D). (Schritt S44) Im Anschluss werden die oberen Kantenabschnitte mit den Gehäusen 2, den Seitenplatten 21 und den Verbindungselementen 22 (Schritt S45) verbunden, wodurch die Schaufeldichtung erzeugt wird.
Die obigen Ausführungsformen stellen Verfahren zur Herstellung von Achsdichtungen dar, die dort eingesetzt werden, wo Fluid mit relativ geringer Temperatur (bis ungefähr 400°C) verwendet wird. Die vier oben erwähnten Verfahren sind Beispiele für Herstellungsverfahren von Achsdichtungen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Temperatur und Zeit der Wärmebehandlung sind nicht auf das Obige beschränkt, sondern es ist möglich, die Herstellungsverfahren im Weitesten Sinne so anzuwenden, dass die in der Metallplatte auftretende Restspannung (Dehnung) entfernt werden kann.
(Eine fünfte Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung)
10 zeigt im Folgenden ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine in einem in 10 gezeigten Herstellungsprozess hergestellte Achsdichtung A ist eine Achsdichtung, welche Fluid mit einer relativ hohen Temperatur (beispielsweise mit mehr als 400°C) abdichtet, und obwohl sie nicht darauf beschränkt ist, besteht eine Achsdichtung hierin aus Inconel-Material.
Rollen von gewalzten Metallmaterialien, die durch Kaltwalzen ausgeformt werden, um eine vorab bestimmte Dicke zu haben, weisen eine Restspannung (Dehnung) auf, die sich in ihrem Inneren gebildet hat. Um die Restspannung (Dehnung) zu eliminieren, wird während des Schrittweisen Weiterleitens der Rollen von Metallmaterialien M1 eine Lösungsglühbehandlung durchgeführt. (Siehe 5A). (Schritt S51) Die Lösungsglühbehandlung ist eine Behandlung, in der das Metall für eine vorab bestimmte Zeit auf einer vorab bestimmten Temperatur gehalten wird und im Anschluss durch eine rapide Abkühlung des Metalls Legierungselemente und Ablagerungen in das Fixierungsmittel gemischt werden. Die Voraussetzungen für die Temperatur und die Zeit liegen zu diesem Zeitpunkt bei 980°C und 30 Minuten, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Anschließend wird eine Rolle von kalt gewalztem Metallmaterial M1 in vorab bestimmte Größen geschnitten, um leicht verarbeitet zu werden (Schritt S52).
Im Anschluss wird geprüft, ob Oxidationszunder auf der Oberfläche der Metallmaterialplatten M2 entstanden ist. (Schritt S53) Wenn (im Falle eines JAS in Schritt S53) Oxidationszunder vorliegt, wird dieser durch ein Bad der Metallmaterialplatten in einer Säure oder einer alkalischen Flüssigkeit entfernt (Schritt S54).
Wenn (im Fall eines NEIN in Schritt S53) kein Oxidationszunder vorliegt oder der Oxidationszunder in Schritt S54 entfernt wurde, werden die den Grundrissabschnitten der dünnen Metallplatten 1 entsprechenden Abschnitte beidseitig geätzt und die den Spitzen 12 entsprechenden Abschnitte wie oben erwähnt einseitig geätzt, wodurch die dünnen Metallplatten 1 hergestellt werden (Schritt S55). Eine in Schritt S55 hergestellte Vielzahl von dünnen Metallplatten 1 wird so laminiert, dass sie sich in die gleiche Richtung orientiert, eine Ringform aufweist und durch ein Verschweißen der rechten und der linken Seiten 111 und 111 der oberen Kantenabschnitten fixiert wird. (Schritt S56) Nachdem eine Vielzahl von dünnen Metallplatten 1 in laminiertem Zustand durch Verschweißen fixiert ist, werden deren obere Kantenabschnitte mit den Gehäusen 2, den Seitenplatten 21 und den Verbindungselementen 22 (Schritt S57) verbunden, wodurch die Schaufeldichtung hergestellt ist.
Wie in 11 gezeigt wird, kann außerdem eine Behandlung wie beispielsweise eine Alterungsbehandlung ein Bestandteil sein (Schritt S511); in der nach der Lösungsglühbehandlung (Schritt S51) die Rolle von gewalztem Metallmaterial M1 für vier Stunden auf einer Temperatur von 732°C gehalten wird; in der die Temperatur auf 621°C abgesenkt wird und die dünne Metallplatten für 10 Stunden gehalten werden; und in der die dünnen Metallplatten abgekühlt werden. Durch das Ausführen der Lösungsglühbehandlung ist es möglich oder fast möglich, die Restspannung (Dehnung) zu eliminieren und eine Festigkeit bei hoher Temperatur zu erzielen.
Des Weiteren wird ein Verfahren veranschaulicht, in dem Säure oder alkalische Flüssigkeit zum Abwaschen verwendet wird, um den Oxidationszunder zu entfernen, welches aber nicht darauf begrenzt ist, und in dem beispielsweise ein mechanisches Schleifen mit einem Schleifmittel eingesetzt wird. Dies ist auch nicht auf die oben erwähnten Mittel beschränkt, sondern ermöglicht im weitesten Sinn den Einsatz von Mitteln, die den Oxidationszunder entfernen können, um in nicht auf den Oberflächen zu belassen, die der Ätzung vorbehalten sind.
(Eine sechste Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung)
12 zeigt im Folgenden ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Rolle von gewalztem Metallmaterial M1 wird in Metallmaterialplatten M2 von vorab bestimmter Größe geschnitten. (Schritt S61) Eine in Schritt S61 in eine vorab bestimmte Größe geschnittene Vielzahl von Metallmaterialplatten M2 wird derart angeordnet, dass diese aufeinander gestapelt sind, wenn das Anti-Reibverschweißungs-Schmiermittel in die Räume zwischen die Metallmaterialplatten M2 eingebracht wird. (Schritt S62) Durch ein anschließendes Erwärmen der in Schritt S62 (bei 982°C über 30 Minuten) laminierten Metallmaterialplatten M2 wird die Lösungsglühbehandlung zugeführt, um die Restspannung (Dehnung) von den Metallmaterialplatten zu eliminieren. (Siehe 5B) (Schritt S63).
Im Anschluss wird geprüft, ob Oxidationszunder auf den Oberflächen der Metallmaterialien entstanden ist. (Schritt S64) Wenn (im Falle eines JAS in Schritt S64) Oxidationszunder vorliegt, wird dieser durch ein Bad der Metallmaterialplatten M2 in einer Säure oder einer alkalischen Flüssigkeit entfernt. (Schritt S65)
Wenn (im Fall eines NEIN in Schritt S64) kein Oxidationszunder vorliegt oder der Oxidationszunder in Schritt S54 entfernt wurde, werden die den Grundrissabschnitten 10 der dünnen Metallplatten 1 entsprechenden Abschnitte der Metallmaterialplatten M2 beidseitig geätzt und die den Spitzen 12 entsprechenden Abschnitte wie oben erwähnt einseitig geätzt, wodurch die dünnen Metallplatten 1 hergestellt werden (Schritt S66). Eine in Schritt S66 hergestellte Vielzahl von dünnen Metallplatten 1 wird so laminiert, dass sie sich in die gleiche Richtung orientiert, eine Ringform aufweist und durch ein Verschweißen der rechten und der linken Seiten 111 und 111 der oberen Kantenabschnitten fixiert wird. (Schritt S67) Nachdem eine Vielzahl von dünnen Metallplatten 1 in laminiertem Zustand durch Verschweißen fixiert ist, werden deren obere Kantenabschnitte mit den Gehäusen 2, den Seitenplatten 21 und den Verbindungselementen 22 (Schritt S68) verbunden, wodurch die Schaufeldichtung hergestellt ist.
Wie in 13 gezeigt, kann eine Behandlung als eine Alterungsbehandlung (Schritt S631) beinhalten; in der die Temperatur auf 621°C abgesenkt wird und in welcher die dünnen Metallplatten für 10 Stunden gehalten werden; und in der die dünnen Metallplatten abgekühlt werden. Durch das Ausführen der Lösungsglühbehandlung ist es möglich oder fast möglich, die Restspannung (Dehnung) zu eliminieren. Der Alterungsprozess macht jedoch auch möglich, die Restspannung (Dehnung) zu eliminieren und eine Festigkeit bei hoher Temperatur zu erzielen.
Des Weiteren wird ein Verfahren veranschaulicht, in dem Säure oder alkalische Flüssigkeit zum Abwaschen verwendet wird, um den Oxidationszunder zu entfernen, welches aber nicht darauf begrenzt ist, und in dem beispielsweise ein mechanisches Schleifen mit einem Schleifmittel eingesetzt wird. Dies ist auch nicht auf die oben erwähnten Mittel beschränkt, sondern ermöglicht im Weitesten Sinn den Einsatz von Mitteln, die den Oxidationszunder entfernen können, um ihn nicht auf den Oberflächen zu belassen, die der Ätzung vorbehalten sind.
(Eine siebte Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung)
14 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Rolle von gewalztem Metallmaterial M1 wird in Metallmaterialplatten M2 von vorab bestimmter Größe geschnitten, um dem Prozess zugeführt werden zu können (Schritt S71). Die den Grundrissabschnitten der beidseitig geätzten dünnen Metallplatten 1 entsprechenden Abschnitte werden beidseitig geätzt und durch ein wie oben erwähntes einseitiges Ätzen der den Spitzen 12 entsprechenden Abschnitte werden dünne Metallplatten 1 hergestellt (Schritt S72).
Eine Vielzahl von in Schritt S72 hergestellten dünnen Metallplatten 1 wird so angeordnet, dass sie gestapelt sind, wenn das Anti-Reibverschweißungs-Schmiermittel in die Räume zwischen den Metallplatten eingebracht wird. Im Folgenden werden die in Schritt S73 laminierten dünnen Metallplatten 1 (bei 982°C über 30 Minuten) erwärmt, um mit der Lösungsglühbehandlung versehen zu werden, wodurch der Restspannung aus den Metallplatten entfernt wird. (Siehe 5C) (Schritt S74).
Eine in Schritt S72 hergestellte Vielzahl von dünnen Metallplatten 1, deren Restspannung (Dehnung) in Schritt S74 eliminiert wurde, wird so laminiert, dass sie sich in die gleiche Richtung orientiert, eine Ringform aufweist und die dünnen Me tallplatten durch ein Verschweißen der rechten und der linken Seiten 111 und 111 der oberen Kantenabschnitte 11 fixiert werden. (Schritt S75) Nachdem eine Vielzahl von dünnen Metallplatten 1 in laminiertem Zustand fixiert ist, werden deren obere Kantenabschnitte mit den Gehäusen 2, den Seitenplatten 21 und den Verbindungselementen 22 (Schritt S76) verbunden, wodurch die Schaufeldichtung hergestellt ist.
Wie in 15 gezeigt wird, kann außerdem eine Behandlung wie beispielsweise eine Alterungsbehandlung ein Bestandteil sein (Schritt S741); in der nach der Lösungsglühbehandlung (Schritt S74) die dünnen Metallplatten für acht Stunden auf einer Temperatur von 732°C gehalten werden; in der anschließend die Temperatur auf 621°C abgesenkt wird und die dünnen Metallplatten für 10 Stunden gehalten werden; und in der die dünnen Metallplatten abgekühlt werden. Durch das Ausführen der Lösungsglühbehandlung ist es möglich oder fast möglich, die Restspannung (Dehnung) zu eliminieren. Die Alterungsbehandlung ermöglicht jedoch auch das Eliminieren der Restspannung (Dehnung) und das Erzielen einer Festigkeit bei hoher Temperatur.
Des Weiteren wird ein Verfahren veranschaulicht, in dem Säure oder alkalische Flüssigkeit zum Abwaschen verwendet wird, um den Oxidationszunder zu entfernen, welches aber nicht darauf begrenzt ist, und in dem beispielsweise ein mechanisches Schleifen mit einem Schleifmittel eingesetzt werden kann. Dies ist auch nicht auf die oben erwähnten Mittel beschränkt, sondern ermöglicht im Weitesten Sinn den Einsatz von Mitteln, die den Oxidationszunder entfernen können, um ihn nicht auf den Oberflächen zu belassen, die der Ätzung vorbehalten sind.
(Eine achte Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung)
16 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsprozesses einer Achsdichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Rolle von gewalztem Metallmaterial M1 wird in Metallmaterialplatten M2 von vorab bestimmter Größe geschnitten, um dem Prozess zugeführt werden zu können (Schritt S81). Die den Grundrissabschnitten 10 der dünnen Metallplatten 1 der ausgeschnittenen Metallmaterialplatten M2 entsprechenden Abschnitte werden beidseitig geätzt und durch ein oben erwähntes einseitiges Ätzen der den Spitzen 12 entsprechenden Abschnitte werden dünne Metallplatten 1 hergestellt (Schritt S82).
Eine in Schritt S82 hergestellte Vielzahl von dünnen Metallplatten 1 wird so laminiert, dass sie sich in die gleiche Richtung orientiert, eine Ringform aufweist und die dünnen Metallplatten durch ein Verschweißen der rechten und der linken Seiten 111 und 111 der oberen Kantenabschnitte 11 fixiert werden (Schritt S83). Die in Schritt S83 verschweißten und fixierten dünnen Metallplatten 1 werden (über 30 Minuten auf 982°C) erwärmt, um so mit der Lösungsglühbehandlung versehen zu werden, wodurch die Restspannung (Dehnung) aus den Metallplatten entfernt wird (Siehe 5D) (Schritt S84).
Die Vielzahl von dünnen Metallplatten 1, die in Schritt S83 verschweißt, ringförmig fixiert und deren Restspannung in Schritt S84 eliminiert wurde, wird an deren oberen Kantenabschnitten 11 mit den Gehäusen 2, den Seitenplatten 21 und den Verbindungselementen 22 (Schritt S85) verbunden, wodurch die Schaufeldichtung hergestellt ist.
Wie in 17 gezeigt, kann eine Behandlung bestehen aus; in der nach der Lösungsglühbehandlung (Schritt S84) die dünnen Metallplatten 1 als eine Alterungsbehandlung (Schritt S841) für acht Stunden auf einer Temperatur von 732°C gehalten werden; in der anschließend die Temperatur auf 621°C abgesenkt wird, auf der die dünnen Metallplatten für 10 Stunden gehalten werden; und in der die dünnen Metallplatten abgekühlt werden. Durch das Ausführen der Lösungsglühbehandlung ist es möglich oder fast möglich, die Restspannung (Dehnung) zu eliminieren. Die Alterungsbehandlung ermöglicht jedoch auch das Eliminieren der Restspannung (Dehnung) und das Erzielen einer Festigkeit bei hoher Temperatur. Da die Wärmebehandlung nach der Ver schweißung ausgeführt wird, ist es außerdem möglich, die von der Verschweißung verursachte Restspannung zu entfernen.
Des Weiteren wird ein Verfahren veranschaulicht, in dem Säure oder alkalische Flüssigkeit zum Abwaschen verwendet wird, um den Oxidationszunder zu entfernen, welches aber nicht darauf begrenzt ist, und im Weitesten Sinn den Einsatz von Mitteln ermöglicht, die den Oxidationszunder entfernen können, um ihn nicht auf den Oberflächen zu belassen, die der Ätzung vorbehalten sind.
Jede Ausführungsform veranschaulicht in Übereinstimmung mit der oben erwähnten vorliegenden Erfindung, dass Metallmaterialplatten im Kaltwalzverfahren ausgebildet werden, sie sind jedoch nicht darauf beschränkt und es ist möglich, im weitesten Sinne ein Verfahren zur Verdünnung einer Metallmaterialplatte durch Streckung und Walzung derselben zu übernehmen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Achsdichtung, umfassend die folgenden Prozesse, inklusive: einen Schneidprozess (S12, S21, S31, S41, S52, S61, S71, S81), in dem eine Rolle eines gewalzten Metallmaterials (M1) in eine vorbestimmte Größe aus Metallmaterialplatten (M2) ausgeschnitten wird; einen Ätzprozess (S13, S24, S32, S42, S55, S66, S72, S82), wobei Achsdichtelemente (1), die aus einer Vielzahl von dünnen Metallplatten bestehen, hergestellt werden, wobei die Oberfläche der Metallmaterialplatten (M2), die in dem Schneidprozess durch Ätzen so ausgeschnitten wurden, dass deren Wanddicke dünn ist und unterschiedliche Niveaus erreicht werden; einen Schweißprozess (S14, S25, S35, S43, S56, S67, S83), wobei die durch das Ätzen ausgebildeten dünnen Metallplatten (1) in einer Ringform angeordnet werden, um sie in gleicher Richtung auszurichten, und dann mit einem Gehäuse (2) verschweißt werden, um so fixiert zu werden; und gekennzeichnet durch einen Wärmebehandlungsprozess zur Eliminierung von Restspannungen inklusive zumindest eines der folgenden Prozesse: einen Aufwärmprozess (S11, S51, S511), in dem eine Erwärmung als Teil eines Prozesses durchgeführt wird, in dem die Rolle gewalzten Metallmaterials (M1) expandiert und in Metallmaterialplatten (M2) ausgeschnitten wird; einen Aufwärmprozess (S44, S84, S841), in dem das Erwärmen durchgeführt wird, nachdem die dünnen Metallplatten (1) laminiert und verschweißt sind; einen Aufwärmprozess (S23, S34, S63, S631, S74, S741), in dem ein Anti-Reibverschweißungs-Schmiermittel auf die Oberflächen der Metallmaterialplatten (M2) oder die dünnen Metallplatten (1) aufgebracht wird, während die Metallmaterialplatten (M2) oder die dünnen Metallplatten (1), auf die das Anti- Reibverschweißungs-Schmiermittel aufgebracht wird, mit Gewichten belastet werden und die Erwärmung durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Achsdichtung wie in Anspruch 1 beschrieben, wobei zum Durchführen des Wärmebehandlungsprozesses zwischen dem Schneidprozess (S21, S61) und dem Ätzprozess (S24, S66) in einem Fall, in dem der Wärmebehandlungsprozess den Aufwärmprozess (S23, S63, S631), in dem ein Anti-Reibverschweißungs-Schmiermittel auf die Oberflächen der Metallmaterialplatten (M2) aufgebracht wird und während dem die Metallmaterialplatten (M2), auf denen das Anti-Reibverschweißungs-Schmiermittel aufgebracht wurde, mit Gewichten belastet und die Erwärmung durchgeführt wird, beinhaltet, der Wärmebehandlungsprozess beinhaltet: einen Laminierprozess (S22, S62), bei dem eine Vielzahl von Metallmaterialplatten (M2), auf denen das Anti-Reibverschweißungs-Schmiermittel aufgebracht wurde, laminiert werden.
Verfahren zur Herstellung einer Achsdichtung wie in Anspruch 1 beschrieben, wobei der Wärmebehandlungsprozess eine Glühung (S11, S23, S34, S44) ist.
Verfahren zur Herstellung einer Achsdichtung wie in Anspruch 1 beschrieben, wobei der Wärmebehandlungsprozess eine Lösungsglühbehandlung (S51, S511, S63, S74, S84) ist.
Verfahren zur Herstellung einer Achsdichtung wie in Anspruch 4 beschrieben, wobei dann, wenn der Wärmebehandlungsprozess vor dem Ätzprozess (S55, S66) durchgeführt wird, vor der Initiierung des Ätzprozesses ein Entzunderungs-Behandlungsprozess (S54, S53, S65) durchgeführt wird, um den Oxidationszunder zu eliminieren, der auf einer Oberfläche der Metallmaterialplatten (M2) im relevanten Wärmebehandlungsprozess (S51, S511, S63, S631) ausgebildet wurde.
Verfahren zur Herstellung einer Achsdichtung wie in Anspruch 4 beschrieben, wobei dann, wenn der Wärmebehandlungsprozess vor dem Ätzprozess (S55, S66) durchgeführt wird, vor der Initiierung des Ätzprozesses ein Schleifprozess (S54, S53, S65) durchgeführt wird, in dem eine Oberfläche poliert wird, um den Oxidationszunder zu eliminieren, der auf einer Oberfläche von Metallmaterialplatten (M2) in dem Wärmebehandlungsprozess ((S51, S511, S63, S631) ausgebildet wurde.
Verfahren zur Herstellung einer Achsdichtung wie in Anspruch 4 beschrieben, wobei der Wärmebehandlungsprozess eine Alterungsbehandlung (S511, S631, S741, S841) aufweisen muss, die nach der Lösungsglühbehandlung (S51, S63, S74, S84) durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Achsdichtung wie in Anspruch 7 beschrieben, wobei dann, wenn der Wärmebehandlungsprozess vor dem Ätzprozess (S55, S66) durchzuführen ist, vor der Initiierung des Ätzprozesses (S55, S66) ein Entzunderungs-Behandlungsprozess (S53, S65) durchgeführt wird, um den Oxidationszunder zu eliminieren, der auf einer Oberfläche der Metallmaterialplatten (M2) in dem Wärmebehandlungsprozess ausgebildet wurde.
Verfahren zur Herstellung einer Achsdichtung wie in Anspruch 7 beschrieben, wobei dann, wenn der Wärmebehandlungsprozess vor dem Ätzprozess (S55, S66) durchzuführen ist, vor der Initiierung des Ätzprozesses (S55, S66) ein Schleifprozess (S53, S65) durchgeführt wird, bei dem eine Oberfläche poliert wird, um den Oxidationszunder zu eliminieren, der auf einer Oberfläche der Metallmaterialplatten (M2) in dem Wärmebehandlungsprozess ausgebildet wurde.