EP1654441A1 - Aus einem titan-aluminium-werkstoff hergestellter einlaufbelag für gasturbinen - Google Patents

Aus einem titan-aluminium-werkstoff hergestellter einlaufbelag für gasturbinen

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EP1654441A1
EP1654441A1 EP04762528A EP04762528A EP1654441A1 EP 1654441 A1 EP1654441 A1 EP 1654441A1 EP 04762528 A EP04762528 A EP 04762528A EP 04762528 A EP04762528 A EP 04762528A EP 1654441 A1 EP1654441 A1 EP 1654441A1
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titanium
housing
aluminum
inlet lining
inlet
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Erwin Bayer
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MTU Aero Engines AG
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MTU Aero Engines GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F01D11/122—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12389—All metal or with adjacent metals having variation in thickness

Definitions

  • the invention relates to an inlet lining for gas turbines according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention further relates to a method for producing an inlet lining according to the preamble of patent claim 9.
  • Gas turbines such as aircraft engines, as a rule, comprise a plurality of rotating rotor blades and a plurality of stationary guide vanes, the rotor blades rotating together with a rotor and the rotor blades and the guide vanes being enclosed by a stationary housing of the gas turbine.
  • This also includes the so-called sealing systems in aircraft engines. Maintaining a minimal gap between the rotating blades and the fixed housing of a high-pressure compressor is particularly problematic in aircraft engines. In the case of high-pressure compressors, the greatest absolute temperatures and temperature gradients occur, which makes it difficult to maintain the gaps between the rotating blades and the stationary housing of the compressor.
  • shrouds such as those used in turbines are not used in compressor rotor blades.
  • blades in the compressor do not have a shroud.
  • the ends or tips of the rotating blades are therefore exposed to a direct frictional contact with the housing when they are rubbed into the fixed housing.
  • Such a rubbing of the tips of the rotor blades into the housing is caused by manufacturing tolerances when a minimal radial gap is set. Since the friction of the tips of the rotating blades removes the same material, an undesirable increase in gap can occur over the entire circumference of the housing and rotor.
  • the present invention is based on the problem of creating a new inlet lining for gas turbines.
  • the inlet lining for gas turbines serves to seal a radial gap between a fixed housing of the gas turbine and rotating rotor blades.
  • the inlet lining is attached to the housing.
  • According to the inlet lining is made of an intermetallic titanium-aluminum material.
  • the inlet lining made of the titanium-aluminum material has a graded or graded material composition and / or porosity.
  • a particularly preferred embodiment is one in which the inlet lining is less porous in an inner region directly adjacent to the housing and in an outer region directly adjacent to the blades than between these two regions.
  • the inlet lining is therefore made denser and harder on the inner region immediately adjacent to the housing and on the outer region directly adjacent to the rotor blades.
  • the inner area immediately adjacent to the housing is used to impart adhesion; the outer area immediately adjacent to the blades serves to provide erosion protection.
  • the method according to the invention for producing an inlet covering is defined in independent claim 9.
  • Fig. 1 shows a highly schematic of a rotating blade 10 of a gas turbine, which rotates in the direction of arrow 12 relative to a fixed housing 11.
  • An inlet covering 13 is arranged on the housing 11.
  • the inlet lining 13 serves to seal a radial gap between a tip or an end 14 of the rotating rotor blade 10 and the fixed housing 11.
  • the requirements placed on such an inlet lining are very complex.
  • the run-in covering must have an optimized abrasion behavior, ie good chip formation and removal of the abrasion must be guaranteed.
  • no material transfer to the rotating blades 10 may take place.
  • the inlet lining 13 must also have a low frictional resistance.
  • the inlet coating 13 must not ignite when brushed against by the rotating blades 10.
  • FIG. 1 illustrates that due to the centrifugal forces occurring during operation of the gas turbine and the heating of the gas turbine, the ends 14 of the blades 10 come into contact with the inlet lining 13 and so an abrasion 15 is released. This pulverized abrasion 15 must not cause any damage to the rotating blades 10.
  • the housing 11 shown schematically in FIG. 1 is, according to the preferred embodiment, the housing of a high-pressure compressor.
  • Such housings of high-pressure compressors increasingly consist of intermetallic materials of the type TiAl or Ti 3 AI.
  • Such intermetallic titanium-aluminum materials have a lower density and are superior in terms of temperature resistance to conventional titanium alloys.
  • a run-in coating 13 likewise made of an intermetallic titanium-aluminum material to a housing 11 which is made from an intermetallic titanium-aluminum material. It should be pointed out that such an inlet lining made of an intermetallic titanium-aluminum material can also be applied to a housing which consists of a conventional titanium alloy.
  • the inlet lining 13 made of the intermetallic titanium-aluminum material has a graduated, i.e. gradually changing, or over a graded, i.e. about an almost continuously changing material composition and / or porosity.
  • a graduated i.e. gradually changing, or over a graded, i.e. about an almost continuously changing material composition and / or porosity.
  • the same has a low porosity in an inner region 16 directly adjacent to the housing 11, as well as in an outer region 17 directly adjacent to the blades 10. Between this inner region 16 and this outer region In contrast, area 17 increases the porosity of the inlet covering.
  • the inner region 16 of the inlet lining 13, which lies directly against the housing 11, serves to promote adhesion between the inlet lining 13 and the housing 11.
  • the outer region 17 of the inlet lining 13, which is directly adjacent to the blades 10, forms an erosion protection. Depending on the requirements of the running-in covering 13, however, this erosion protection can also be dispensed with.
  • the ratio of titanium and aluminum within the inlet lining 13 made from the intermetallic titanium-aluminum material is preferably approximately constant. This means that in this case only the porosity of the running-in coating 13 is graded or graded to influence the hardness and strength thereof.
  • the ratio of titanium and aluminum within the inlet lining 13 is graduated or graded.
  • more titanium is preferably contained in the inner area 16 directly adjacent to the housing 11 in the inlet lining 13 than in the outer area 17 of the inlet lining 13.
  • more aluminum is contained in the outer area 17 of the inlet lining 13 than in the inner one Area 16 of the same, which is adjacent to the housing 1 1.
  • an inlet lining made of an intermetallic titanium-aluminum material on a housing which is also made of an intermetallic titanium-aluminum material or a titanium alloy, has the advantage that the connection of the inlet lining to the housing takes place via chemical bonds and so that the connection is safer and more permanent than with the leading-edge coverings according to the state of the art. Furthermore, there will be no high-temperature diffusion between the housing and the inlet lining between an inlet lining and a housing that have the same basic composition. Furthermore, there are no thermal expansion problems, since the housing and the inlet lining expand or contract evenly when the temperature rises or falls. This enables a more even gap and a longer lifespan for the inlet covering.
  • a running-in covering designed according to the invention also has a high resistance to oxidation and a high resistance to thermal cycling. The blade tips of the rotating blades are subject to minimal blade tip wear.
  • the inlet covering 13 by providing the inlet covering 13 in the form of a slip material and applying it to the housing 11 using the slip technology.
  • a slip material based on an intermetallic Titanium-aluminum material is preferably applied to the housing 11 by brushing, dipping or spraying. This is preferably done in several steps or layers, so that a multi-layered inlet covering 13 is formed.
  • the slip material is cured or baked onto the housing 11.
  • the additives added to the slip material evaporate, as a result of which the pores remain within the run-in coating 13.
  • the porosity namely the number and size of the pores, can be set by the number and type of additives added.
  • the inlet covering 13 can also be produced by applying the same with the aid of a directed material vapor jet.
  • a directed material vapor jet can be generated using a PVD (Physical Vapor Deposition) process or a CVD (Chemical Vapor Deposition) process.
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • the additives for adjusting the porosity can be so-called microballs, i.e. filled or hollow plastic beads, are polystyrene beads or other materials that evaporate when the intermetallic titanium-aluminum material is burned in.
  • the inlet covering according to the invention can be produced particularly inexpensively both with the aid of the slip technology and the PVD or CVD technology.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Einlaufbelag für Gasturbinen. Der Einlaufbelag dient der Abdichtung eines radialen Spalts zwischen einem Gehäuse (11) der Gasturbine und rotierenden Laufschaufeln (10) derselben, wobei der Einlaufbelag (13) auf dem Gehäuse angebracht ist. Erfindungsgemäß ist der Einlaufbelag (13) aus einem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff hergestellt. Der Einlaufbelag kann über eine abgestufte oder gradierte Material zusammensetzung und/oder Porosität verfügen. Die Verfahren zur Herstellung des Einlaufbelags unifassen z.B. die Schlickertechnik die Physical Vapor Deposition (PVD) Technik und die Chemical Vapor Deposition (CVD) Technik.

Description

AUS EINEM TITAN-ALUMINIUM-WERKSTOFF HERGESTELLTEN EINLAUFBELAG FÜR GASTURBINEN 1
Einlaufbelag für Gasturbinen sowie Verfahren zur Herstellung desselben
Die Erfindung betrifft einen Einlaufbelag für Gasturbinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Einlaufbelags gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
Gasturbinen, wie zum Beispiel Flugtriebwerke, umfassen in der Regel mehrere rotierende Laufschaufeln sowie mehrere feststehende Leitschaufeln, wobei die Laufschaufeln zusammen mit einem Rotor rotieren und wobei die Laufschaufeln sowie die Leitschaufeln von einem feststehenden Gehäuse der Gasturbine umschlossen sind. Zur Leistungssteigerung eines Flugtriebwerks ist es von Bedeutung, alle Komponenten und Subsysteme zu optimieren. Hierzu zählen auch die sogenannten Dichtsysteme in Flugtriebwerken. Besonders problematisch ist bei Flugtriebwerken die Einhaltung eines minimalen Spalts zwischen den rotierenden Laufschaufeln und dem feststehenden Gehäuse eines Hochdruckverdichters. Bei Hochdruckverdichtern treten nämlich die größten absoluten Temperaturen sowie Temperaturengradienten auf, was die Spalthaltung der rotierenden Laufschaufeln zum feststehenden Gehäuse des Verdichters erschwert. Dies liegt unter anderem auch darin begründet, dass bei Verdichterlaufschaufeln auf Deckbänder, wie sie bei Turbinen verwendet werden, verzichtet wird.
Wie bereits erwähnt, verfügen Laufschaufeln im Verdichter über kein Deckband. Daher sind Enden bzw. Spitzen der rotierenden Laufschaufeln beim sogenannten Anstreifen in das feststehende Gehäuse einem direkten Reibkontakt mit dem Gehäuse ausgesetzt. Ein solches Anstreifen der Spitzen der Laufschaufeln in das Gehäuse wird bei Einstellung eines minimalen Radialspalts durch Fertigungstoleranzen hervorgerufen. Da durch den Reibkontakt der Spitzen der rotierenden Laufschaufeln an denselben Material abgetragen wird, kann sich über den gesamten Umfang von Gehäuse und Rotor eine unerwünschte Spaltvergrößerung einstellen. Um dies zu vermeiden ist es aus dem Stand der Technik bereits bekannt, die Enden bzw. Spitzen der rotierenden Laufschaufeln mit einem harten Belag oder mit abrasiven Partikeln zu panzern. Eine andere Möglichkeit, den Verschleiß an den Spitzen der rotierenden Laufschaufeln zu vermeiden und für eine optimierte Abdichtung zwischen den Enden bzw. Spitzen der rotierenden Laufschaufeln und dem feststehenden Gehäuse zu sorgen, besteht in der Beschichtung des Gehäuses mit einem sogenannten Einlaufbelag. Bei einem Materialabtrag an einem Einlaufbelag wird der Radialspalt nicht über den gesamten Umfang vergrößert, sondern in der Regel nur sichelförmig. Hierdurch wird ein Leistungsabfall des Triebwerks vermieden. Gehäuse mit einem Einlaufbelag sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, einen neuartigen Einlaufbelag für Gasturbinen zu schaffen.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass der Eingangs genannte Einlaufbelag durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.
Der erfindungsgemäße Einlaufbelag für Gasturbinen dient der Abdichtung eines radialen Spalts zwischen einem feststehenden Gehäuse der Gasturbine und rotierenden Laufschaufeln derselben. Der Einlaufbelag ist an dem Gehäuse angebracht. Erfindungsgemäß ist der Einlaufbelag aus einem intermetallischen Titan-Aluminium- Werkstoff hergestellt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verfügt der Einlaufbelag aus dem Titan-Aluminium-Werkstoff über eine abgestufte oder gradierte Materialzusammensetzung und/oder Porosität. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung bei welcher der Einlaufbelag in einem inneren, unmittelbar benachbart zum Gehäuse liegenden Bereich und an einem äußeren, unmittelbar benachbart zu den Laufschaufeln liegenden Bereich weniger porös ausgebildet ist als zwischen diesen beiden Bereichen. Der Einlaufbelag ist an dem inneren, unmittelbar benachbart zum Gehäuse liegenden Bereich und an dem äußeren, unmittelbar benachbart zu den Laufschaufeln liegenden Bereich demnach dichter und härter ausgebildet. Der innere, unmittelbar benachbart zum Gehäuse liegende Bereich dient dabei der Haftvermittlung; der äußere, unmittelbar benachbart zu den Laufschaufeln liegende Bereich dient der Bereitstellung eines Erosionsschutzes. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Einlaufbelags ist im unabhängigen Patentanspruch 9 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 : eine stark schematisierte Darstellung einer Laufschaufel einer Gasturbine zusammen mit einem Gehäuse der Gasturbine und mit einem auf dem Gehäuse angeordneten Einlaufbelag.
Fig. 1 zeigt stark schematisiert eine rotierende Laufschaufel 10 einer Gasturbine, die gegenüber einem feststehenden Gehäuse 1 1 in Richtung des Pfeils 12 rotiert. Auf dem Gehäuse 11 ist ein Einlaufbelag 13 angeordnet. Der Einlaufbelag 13 dient der Abdichtung eines radialen Spalts zwischen einer Spitze bzw. einem Ende 14 der rotierenden Laufschaufel 10 und dem feststehenden Gehäuse 1 1. Die Anforderungen, die an einen solchen Einlaufbelag gestellt werden, sind sehr komplex. So muss der Einlaufbelag ein optimiertes Abriebverhalten aufweisen, d.h. es muss eine gute Spanbildung und Entfembarkeit des Abriebs gewährleistet sein. Weiterhin darf kein Materialübertrag auf die rotierenden Laufschaufeln 10 erfolgen. Der Einlaufbelag 13 muss des weiteren einen niedrigen Reibwiderstand aufweisen. Des weiteren darf sich der Einlaufbelag 13 beim Anstreifen durch die rotierenden Laufschaufeln 10 nicht entzünden. Als weitere Anforderungen, die an den Einlaufbelag 13 gestellt werden, seinen hier die Erosionsbestäπdigkeit, Temperaturbeständigkeit, Thermowech- selbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit gegenüber Schmierstoffen und Meerwasser exemplarisch genannt. Fig. 1 verdeutlicht, dass bedingt durch die beim Betrieb der Gasturbine auftretenden Fliehkräfte und die Erwärmung der Gasturbine die Enden 14 der Laufschaufeln 10 mit dem Einlaufbelag 13 in Kontakt kommen und so ein Abrieb 15 freigesetzt wird. Dieser pulverisierte Abrieb 15 darf keine Beschädigungen an den rotierenden Laufschaufeln 10 hervorrufen. Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Gehäuse 1 1 handelt es sich nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel um das Gehäuse eines Hochdruckverdichters. Derartige Gehäuse von Hochdruckverdichtern bestehen zunehmend aus intermetallischen Werkstoffen vom Typ TiAl oder Ti3AI. Derartige intermetallische Titan- Aluminium-Werkstoffe verfügen über eine geringere Dichte und sind hinsichtlich der Temperaturfestigkeit herkömmlichen Titanlegierungen überlegen.
Es liegt nun im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, auf ein Gehäuse 1 1, das aus einem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff hergestellt ist, einen Einlaufbelag 13 ebenfalls aus einem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff aufzubringen. Es sei darauf hingewiesen, dass ein derartiger Einlaufbelag aus einem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff auch auf einem Gehäuse aufgebracht sein kann, welches aus einer herkömmlichen Titanlegierung besteht.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung verfügt der Einlaufbelag 13 aus dem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff über eine abgestufte, d.h. sich stufenweise ändernde, oder über eine gradierte, d.h. über eine sich nahezu stufenlos ändernde, Materialzusammensetzung und/oder Porosität. Durch die gezielte Einstellung der Materialzusammensetzung und/oder Porosität können die Eigenschaften des Einlaufbelags 13 an die konkreten Anforderungen desselben angepasst werden.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Einlaufbelags 13 verfügt derselbe in einem inneren, unmittelbar zum Gehäuse 1 1 benachbarten Bereich 16 über eine geringe Porosität, ebenso wie in einem äußerem, unmittelbar zu den Laufschaufeln 10 benachbarten Bereich 17. Zwischen diesem inneren Bereich 16 und diesem äußerem Bereich 17 hingegen ist die Porosität des Einlaufbelags vergrößert. Der innere, unmittelbar am Gehäuse 1 1 anliegende Bereich 16 des Einlaufbelags 13 dient der Haftvermittlung zwischen Einlaufbelag 13 und Gehäuse 1 1. Der äußere, unmittelbar zu den Laufschaufeln 10 benachbarte Bereich 17 des Einlaufbelags 13 bildet einen Erosionsschutz. Je nach Anforderung an den Einlaufbelag 13 kann auf diesen Erosionsschutz jedoch auch verzichtet werden. Das Verhältnis von Titan und Aluminium innerhalb des aus dem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff hergestellten Einlaufbelags 13 ist vorzugsweise annähernd konstant. Dies bedeutet, dass in diesem Fall ausschließlich die Porosität de Einlaufbelags 13 zur Beeinflussung der Härte und Festigkeit desselben abgestuft oder gradiert ist.
Es ist jedoch auch vorstellbar, dass das Verhältnis von Titan und Aluminium innerhalb des Einlaufbelags 13 abgestuft oder gradiert ist. In diesem Fall ist vorzugsweise im inneren, unmittelbar benachbart zum Gehäuse 1 1 liegenden Bereich 16 im Einlaufbelag 13 mehr Titan enthalten als im äußeren Bereich 17 des Einlaufbelags 13. Dies bedeutet, dass im äußeren Bereich 17 des Einlaufbelags 13 mehr Aluminium enthalten ist als im inneren Bereich 16 desselben, der an das Gehäuse 1 1 angrenzt.
Die Verwendung eines Einlaufbelags aus einem intermetallischen Titan-Aluminium- Werkstoffs auf einem Gehäuse, welches ebenfalls aus einem intermetallischen Titan- Aluminium-Werkstoff oder einer Titanlegierung gebildet ist, verfügt über den Vorteil, dass die Anbindung des Einlaufbelags an das Gehäuse über chemische Bindungen erfolgt und damit die Anbindung sicherer und dauerhafter ist als bei Einlaufbelägen nach dem Stand der Technik. Weiterhin wird sich zwischen einem Einlaufbelag und einem Gehäuse, die über die gleiche Grundzusammensetzung verfügen, keine Hochtemperaturdiffusion zwischen Gehäuse und Einlaufbelag einstellen. Weiterhin gibt es keine thermischen Ausdehnungsprobleme, da sich Gehäuse und Einlaufbelag bei Temperaturerhöhung bzw. Temperaturerniedrigung gleichmäßig ausdehnen bzw. zusammenziehen. Dadurch kann eine gleichmäßigere Spalthaltung und eine höhere Lebensdauer des Einlaufbelags erzielt werden. Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Einlaufbelag verfügt des weiteren über eine hohe Oxidationsbeständigkeit sowie hohe Thermowechselbeständigkeit. Die Schaufelspitzen der rotierenden Laufschaufeln unterliegen nur einem minimalen Schaufelspitzenabrieb.
Es liegt im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, den erfindungsgemäßen Einlaufbelag 13 dadurch herzustellen, dass der Einlaufbelag 13 in Form eines Schlickerwerkstoffs bereitgestellt wird und mithilfe der Schlickertechnik auf das Gehäuse 1 1 aufgetragen wird. Ein derartiger Schlickerwerkstoff auf Basis eines intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoffs wird vorzugsweise durch Pinseln, Tauchen oder Spritzen auf das Gehäuse 1 1 aufgetragen. Dies erfolgt vorzugsweise in mehreren Schritten bzw. Schichten, so dass sich ein mehrschichtiger Einlaufbelag 13 ausbildet.
Zur Einstellung der gewünschten Porosität in den jeweiligen Schichten werden in den Schlickerwerkstoff Zusatzmaterialien eingelagert. Nach dem Auftragen des Schlickerwerkstoffs erfolgt ein Aushärten bzw. Einbrennen des Schlickerwerkstoffs auf das Gehäuse 1 1. Bei dem Einbrennen verdampfen die dem Schlickerwerkstoff zugesetzten Zusatzstoffe, wodurch die Poren innerhalb des Einlaufbelags 13 zurückbleiben. Durch die Anzahl und Art der zugesetzten Zusatzstoffe lässt sich die Porosität, nämlich die Anzahl und Größe der Poren, einstellen.
Alternativ kann der Einlaufbelag 13 auch dadurch hergestellt werden, dass derselbe mithilfe eines gerichteten Materiedampfstrahls aufgetragen wird. Ein derartiger gerichteter Materiedampfstrahl kann mithilfe eines PVD (Physical Vapor Deposition)- Verfahrens oder eines CVD (Chemical Vapor Deposition)-Verfahrens erzeugt werden. Kurz vor dem Auftreffen des gerichteten Materiedampfstrahls auf Basis eines intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoffs wird in den Materiedampfstrahl mindestens ein Zusatzstoff eingeschleust bzw. eingelagert, wobei diese Zusatzstoffe beim nachträglichen Einbrennen wiederum verdampft werden und dabei die Poren innerhalb der oder jeder Schicht des Einlaufbelags 13 hinterlassen.
Bei den Zusatzstoffen zur Einstellung der Porosität kann es sich um sogenannte Microballs, d.h. gefüllte oder hohle Kunststoffkügelchen, um Polystyrolkügelchen oder auch andere Materialien handeln, die beim Einbrennen des intermetallischen Titan- Aluminium-Materials verdampfen.
Sowohl mithilfe der Schlickertechnik als auch der PVD- bzw. CVD-Technik lässt sich der erfindungsgemäße Einlaufbelag besonders günstig herstellen.

Claims

Patentansprüche
1. Einlaufbelag für Gasturbinen, zur Abdichtung eines radialen Spalts zwischen einem Gehäuse (1 1) der Gasturbine und rotierenden Laufschaufeln (10) derselben, wobei der Einlaufbelag (13) auf das Gehäuse (1 1) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbelag (13) aus einem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff hergestellt ist.
2. Einlaufbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbelag (13) aus dem Titan-Aluminium-Werkstoff über eine abgestufte oder gradierte Materialzusammensetzung und/oder Porosität verfügt.
3. Einlaufbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbelag (13) aus dem Titan-Aluminium-Werkstoff an einem dem Gehäuse (1 1) zugewandten Bereich weniger porös ausgebildet ist als an einem den rotierenden Laufschaufeln (10) zugewandten Bereich.
4. Einlaufbelag nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbelag (13) in einem inneren, unmittelbar benachbart zum Gehäuse (1 1) liegenden Bereich und an einem äußeren, unmittelbar benachbart zu den Laufschaufeln (10) liegenden Bereich weniger porös ausgebildet ist als zwischen diesen beiden Bereichen.
5. Einlaufbelag nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Titan und Aluminium innerhalb des Einlaufbelags (13) annährend konstant ist, wobei ausschließlich die Porosität zur Einstellung einer Dichte und/oder Härte und/oder Festigkeit desselben abgestuft oder gradiert ist.
6. Einlaufbelag nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auch das Verhältnis von Titan und Aluminium innerhalb des Einlaufbelags (13) abgestuft oder gradiert ist, wobei der Einlaufbelag (13) an einem den rotierenden Laufschaufeln (10) zugewandten Bereich mehr A- luminium enthält als an einem dem Gehäuse (1 1) zugewandten Bereich.
7. Einlaufbelag nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbelag (13) aus dem Titan-Aluminium- Werkstoff auf einem Gehäuse (1 1) aus einem intermetallischen Titan- Aluminium-Werkstoff aufgebracht ist.
8. Einlaufbelag nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbelag (13) aus dem Titan-Aluminium-Werkstoff unmittelbar auf dem Gehäuse (1 1) aus Titan-Aluminium-Werkstoff aufgebracht ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Einlaufbelags für Gasturbinen, zur Abdichtung eines radialen Spalts zwischen einem Gehäuse (11) der Gasturbine und rotierenden Laufschaufeln (10) derselben, wobei der Einlaufbelag (13) auf dem Gehäuse (1 1) angebracht wird, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Gehäuses (1 1), b) Aufbringen des Einlaufbelags (13) aus einem intermetallischen Titan- Aluminium-Werkstoff auf das Gehäuse.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbelag (13) aus dem Titan-Aluminium-Werkstoff derart aufgebracht wird, das derselbe über eine abgestufte oder gradierte Materialzusammensetzung und/oder Porosität verfügt.
1 1. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbelag (13) aus dem Titan-Aluminium-Werkstoff derart aufgebracht wird, das derselbe an einem dem Gehäuse (1 1) zugewandten Bereich weniger porös ausgebildet ist als an einem den rotierenden Laufschaufeln (10) zugewandten Bereich.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbelag (13) aus dem Titan-Aluminium- Werkstoff auf einem Gehäuse (1 1) aus einem intermetallischen Titan- Aluminium-Werkstoff aufgebracht wird.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Zusammenhang mit Schritt b) der Einlaufbelag (13) derart auf das Gehäuse (1 1) aufgebracht wird, dass hierzu mindestens eine Schicht eines Titan-Aluminium-Schlickerwerkstoffs aus das Gehäuse (1 1) aufgetragen wird, wobei anschließend die oder jede Schicht des Titan- Aluminium-Schlickerwerkstoffs durch Einbrennen ausgehärtet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in die oder jede Schicht des Titan-Aluminium-Schlickerwerkstoffs Zusatzstoffe eingelagert werden, wobei diese Zusatzstoffe beim Einbrennen verdampft werden und dabei die Poren innerhalb der oder jeder Schicht des Einlauf belags (13) hinterlassen.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Schicht des Titan-Aluminium-Schlickerwerkstoffs durch Pinseln, Tauchen oder Spritzen aufgetragen wird.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Zusammenhang mit Schritt b) der Einlaufbelag (13) derart auf das Gehäuse (1 1) aufgebracht wird, dass hierzu mindestens eine Titan-Aluminium-Schicht mit Hilfe eines gerichteten Materiedampfstrahls, insbesondere eines PVD-Materiestrahls, auf das Gehäuse (1 1) aufgetragen wird, wobei anschließend die oder jede Schicht des Materiedampfstrahls durch Einbrennen ausgehärtet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass kurz vor dem Auftreffen des gerichteten Titan-Aluminium-Materiedampfstrahls Zusatzstoffe in den Titan-Aluminium-Materiedampfstrahls eingeschleust werden, wobei diese Zusatzstoffe beim Einbrennen verdampft werden und dabei die Poren innerhalb der oder jeder Schicht des Einlaufbelags (13) hinterlassen.
EP04762528A 2003-08-12 2004-07-28 Einlaufbelag für Gasturbinen und Verfahren zur Herstellung dieses Einlaufbelags Expired - Fee Related EP1654441B1 (de)

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