EP2687684A1 - Abradable coating with spiral grooves in a turbomachine - Google Patents

Abradable coating with spiral grooves in a turbomachine Download PDF

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EP2687684A1
EP2687684A1 EP12176790.9A EP12176790A EP2687684A1 EP 2687684 A1 EP2687684 A1 EP 2687684A1 EP 12176790 A EP12176790 A EP 12176790A EP 2687684 A1 EP2687684 A1 EP 2687684A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
groove
turbomachine according
turbomachine
blade
grooves
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12176790.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Giovanni Brignole
André Werner
Tobias Mayenberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Priority to EP12176790.9A priority Critical patent/EP2687684A1/en
Publication of EP2687684A1 publication Critical patent/EP2687684A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a turbomachine, such as a stationary gas turbine or an aircraft engine, with a housing and moving in the housing about a rotational axis moving blades, the blade tips at least partially rubbing during operation arranged on the housing Anstreifbelag. Moreover, the present invention relates to a method for producing such a turbomachine.
  • a turbomachine such as a stationary gas turbine or an aircraft engine
  • turbomachines such as aircraft engines, in which rotor blades of a rotor rotate about a rotation axis within a housing surrounding a flow passage, it is necessary for high efficiency that no gap occurs between the blades and the surrounding housing, resulting in efficiency losses could lead.
  • a corresponding turbomachine is already exposed to different temperatures due to the different loads during operation, which cause the distance between housing and blade tips varies, it is known in such flow machines in the field of blades, for example, the compressor of an aircraft engine so-called inlet or To provide squish coatings that can be touched by the blade tips.
  • the run-in or abradable coatings are made relatively soft and the tips of the blades are preferably provided with a blade tip armor, so that the blade tips can grind into the inlet or squint and the material removal takes place substantially in the region of the squealer and not on the blade tips ,
  • the abradable coating in the region of the rotor blades is provided circumferentially on the housing wall and made smooth, so that along the entire axial blade length, the material of the inlet lining is removed.
  • the invention proposes to design an abradable coating for a turbo-engine in such a way that at least one groove is provided therein, the longitudinal extent of which extends circumferentially around the axis of rotation of the rotor blades of the turbomachine with an additional axial component.
  • a corresponding groove can thus be arranged helically around the axis of rotation or be formed by a circular groove arranged at an angle to the axis of rotation.
  • the abradable coating can be arranged in one piece circumferentially or segmentally circumferentially about the axis of rotation of the turbomachine on the housing of the turbomachine, wherein the housing has a wide variety of components and layers, such as inner and outer housings. It is only essential here that the abradable coating can come into contact with the blade tips of the rotor blades, at least under certain operating conditions.
  • the contact area of the blade tips can be reduced with the squeal layer in a simple manner
  • a uniform material removal over the entire axial blade length is given and the seal between the blade and the squish or housing for the axially flowing fluid is maintained.
  • a plurality of grooves parallel to each other and / or axially and / or tangentially or along the circumference can be arranged offset from one another.
  • the helical shapes can also be arranged inside each other, so that multi-start screw shapes can be realized.
  • the pitch of the spiral or Helixnut or the inclination of an inclined axis of rotation of the blades annular groove can be selected depending on the number and / or length of the grooves and the axial chord length of the corresponding blade in a suitable manner, in particular so that at Turning the blades results in a total uniform material removal at the blade tip.
  • the number of grooves may be between ten and fifty, preferably fifteen and thirty.
  • the grooves may extend along the axis of rotation along a fraction or a multiple of a revolution, so that in the axial direction of the turbomachine very short, fragmentary screw shapes can be provided up to very long helical shapes.
  • the axial groove width and the groove depth in the radial direction may be formed relative to the axial length of the blade tip, which is also referred to as the axial chord length.
  • the grooves may have correspondingly larger groove widths and larger groove depths, whereas for smaller blades having smaller axial chord lengths the groove width and / or groove depth may be smaller.
  • the axial groove width may be 1% to 20% of the axial chord length or 2% to 15% of the axial chord length.
  • the groove depth can be selected in a range of 0.5% to 10% of the axial chord length, in particular 1% to 5% of the axial chord length.
  • the Anstreifbelag may additionally have other profiles, such as radially encircling grooves, so only ring or circular along a circumferential radius and thus have no component of their longitudinal extent in the axial direction of the turbomachine, but a constant have axial position.
  • Such radially encircling grooves can in particular limit regions with helically encircling grooves.
  • the groove depth and / or groove width can vary along the groove, wherein in particular the groove depth at the ends of the groove can continuously decrease to zero.
  • the blade tips of respective turbomachines may have blade tip armor.
  • the squint coating can be sprayed onto corresponding components of the housing, in particular by thermal spraying applied.
  • Such materials can be machined by machining processes to create the grooves.
  • the Fig. 1 shows a perspective view of a Anstreifbelag 1, as it may be provided for limiting a flow channel in a turbomachine, such as an aircraft engine or a stationary gas turbine.
  • a turbomachine such as an aircraft engine or a stationary gas turbine.
  • the Anstreifbelag 1 is shown in an annular shape, ie circumferentially about an axis of rotation, not shown, about which rotate the blades of the turbomachine.
  • the Anstreifbelag 1 may also be provided segment-shaped, for example, divided into several housing segments.
  • a plurality of helical grooves 2, 2 ' are arranged in the abradable coating 1, which are guided in parallel helically along the abradable coating.
  • the grooves 2, 2 ' may be made entirely circumferentially with one or more revolutions about the axis of rotation of the blades or as parts of a revolution which are guided only along part of the circumference of the abradable pad 1 or a surrounding housing.
  • the grooves 2, 2 ' are arranged offset both along the circumference and in the axial direction to each other and form a kind of thread on the inside of the annular abradable coating.
  • the Fig. 2 shows a detail of the abradable coating with the groove 2 and arranged between the groove portions of the groove 2 web portions 3 of the abradable coating.
  • the Fig. 3 shows in the sub-images a) and b) the situation when a blade 4 with the blade tip strikes the Anstreifbelag.
  • the blade tip 5 which may have an armor, touches the Anstreifbelag 1, in which the grooves 2 are arranged circumferentially helically.
  • the regions of the blade tip 5 which are marked with the arrows 6 and shown thicker, direct material contact between the blade 4 and the squish coating 1 occurs, so that a material take-off takes place here when the blade rotates.
  • no direct material contact between the blade 4 or the blade tip 5 and the squib covering 1 is given.
  • the running resistance is reduced by the lower contact surface between the blade 4 and the squish coating 1, while at the same time in the axial direction, a seal between the blade 4 and squealer 1 and the housing is given, so that flow losses through a gap between the blade 4 and housing or squish is avoided.
  • the angle of rotation between the situation in Fig. 3a) and 3b ) is in the embodiment shown 10 °.
  • the heights of the helical arrangement of the grooves can also be chosen with other suitable values.
  • the region in which grooves are provided can also be closed by circumferential grooves 7, which are not helically provided, but circularly circulating in an axially constant position, wherein the groove is formed perpendicular to the axis of rotation. This is in Fig. 4 shown.
  • the shows Fig. 5 in that the grooves 2 do not have to have a constant groove depth, but that in particular at the ends 8 of the grooves, the grooves can be formed by a continuously decreasing groove depth.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

The machine has movable blades moving around a rotational axis in housing. The blades include blade tips e.g. tip plating, for partially rubbing a friction coating (1) during an operation of the coating that is arranged in the housing. The coating includes spiral-shaped grooves (2, 2') e.g. circular annular groove, that run in a longitudinal extension and rotate around a rotational axis with an axial component. The grooves are helically arranged around the rotational axis. The coating includes a radially rotating groove that limits region with the spiral-shaped grooves. An independent claim is also included for a method for operating a turbo machine.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, wie beispielsweise eine stationäre Gasturbine oder ein Flugtriebwerk, mit einem Gehäuse und mit in dem Gehäuse sich um eine Drehachse bewegenden Laufschaufeln, deren Schaufelspitzen zumindest teilweise beim Betrieb einen am Gehäuse angeordneten Anstreifbelag anstreifen. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Strömungsmaschine.The present invention relates to a turbomachine, such as a stationary gas turbine or an aircraft engine, with a housing and moving in the housing about a rotational axis moving blades, the blade tips at least partially rubbing during operation arranged on the housing Anstreifbelag. Moreover, the present invention relates to a method for producing such a turbomachine.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

In Strömungsmaschinen, wie Flugtriebwerken, bei denen innerhalb eines Gehäuses, das einen Strömungskanal umgibt, Laufschaufeln eines Rotors um eine Drehachse rotieren, ist es für einen hohen Wirkungsgrad erforderlich, dass zwischen den Laufschaufeln und dem umgebenden Gehäuse kein zu großer Spalt auftritt, der zu Wirkungsgradverlusten führen könnte. Da jedoch eine entsprechende Strömungsmaschine bereits aufgrund der verschiedenen Belastungen während des Betriebs unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt ist, die dazuführen, dass der Abstand zwischen Gehäuse und Laufschaufelspitzen variiert, ist es bekannt bei derartigen Strömungsmaschinen im Bereich der Laufschaufeln beispielsweise des Verdichters eines Flugtriebwerks sogenannte Einlauf- bzw. Anstreifbeläge vorzusehen, die von den Laufschaufelspitzen angestreift werden können. Hierbei werden die Einlauf- bzw. Anstreifbeläge relativ weich ausgeführt und die Spitzen der Schaufeln vorzugsweise mit einer Schaufelspitzenpanzerung versehen, sodass sich die Schaufelspitzen in den Einlauf- bzw. Anstreifbelag einschleifen können und der Materialabtrag im Wesentlichen im Bereich des Anstreifbelags und nicht an den Schaufelspitzen stattfindet.In turbomachines, such as aircraft engines, in which rotor blades of a rotor rotate about a rotation axis within a housing surrounding a flow passage, it is necessary for high efficiency that no gap occurs between the blades and the surrounding housing, resulting in efficiency losses could lead. However, since a corresponding turbomachine is already exposed to different temperatures due to the different loads during operation, which cause the distance between housing and blade tips varies, it is known in such flow machines in the field of blades, for example, the compressor of an aircraft engine so-called inlet or To provide squish coatings that can be touched by the blade tips. In this case, the run-in or abradable coatings are made relatively soft and the tips of the blades are preferably provided with a blade tip armor, so that the blade tips can grind into the inlet or squint and the material removal takes place substantially in the region of the squealer and not on the blade tips ,

Üblicherweise wird der Anstreifbelag im Bereich der Laufschaufeln umlaufend an der Gehäusewand vorgesehen und glatt ausgeführt, sodass entlang der gesamten axialen Schaufellänge das Material des Einlaufbelags abgetragen wird.Usually, the abradable coating in the region of the rotor blades is provided circumferentially on the housing wall and made smooth, so that along the entire axial blade length, the material of the inlet lining is removed.

Aus der EP 1 111 195 A1 ist bereits eine profilierte Anstreifschicht bekannt, die dazu dienen soll, dass ungepanzerte Schaufelspitzen verwendet werden können. Die Profilierung der Anstreifbeläge, die in der EP 1 111 195 A1 vorgeschlagen wird, bezieht sich auf gitterartige Strukturen, in denen Zellen mit vertieften Bereichen durch entsprechend umgebende Stege ausgebildet sind.From the EP 1 111 195 A1 Already a profiled abradable layer is known, which is intended to serve that unarmored blade tips can be used. The profiling of the scraper pads used in the EP 1 111 195 A1 is proposed, refers to lattice-like structures in which Cells are formed with recessed areas by corresponding surrounding webs.

Derartige Strukturen sind jedoch schwierig herzustellen und führen deshalb zu einem hohen Aufwand bei der Herstellung.However, such structures are difficult to produce and therefore lead to a high cost in the production.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Strömungsmaschine mit einem Anstreifbelag bzw. einen Anstreifbelag für eine Strömungsmaschine vorzusehen, der neben einer guten Abdichtung des Dichtspalts zwischen Laufschaufeln und Gehäuse und einer geringen Belastung der Schaufelspitzen mit möglichst geringem Materialabtrag auch eine einfache Herstellung gewährleistet.It is therefore an object of the present invention to provide a turbomachine with a Anstreifbelag or a Anstreifbelag for a turbomachine, which also ensures ease of manufacture in addition to a good seal between the sealing gap between blades and housing and a low load on the blade tips with the lowest possible material removal.

TECHNISCHE LÖSUNGTECHNICAL SOLUTION

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a turbomachine with the features of claim 1 and a method for producing a turbomachine with the features of claim 10. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung schlägt vor, einen Anstreifbelag für eine Strömungsmaschine so auszubilden, dass darin mindestens eine Nut vorgesehen ist, deren Längserstreckung umlaufend um die Drehachse der Laufschaufeln der Strömungsmaschine mit einer zusätzlichen axialen Komponente verläuft. Dies bedeutet, dass die Nut bei einer Drehung der Schaufel in axialer Richtung bezüglich der Schaufel ihre Position verändert. Findet sich beispielsweise eine entsprechende Nut bei einer ersten Stellung der Schaufel in einer Ausgangsposition an einem ersten axialen Ende der Schaufelspitze des Schaufelblatts so wandert die Nut bezogen auf das Schaufelblatt bei einer Drehung des Schaufelblatts entlang der axialen Richtung.The invention proposes to design an abradable coating for a turbo-engine in such a way that at least one groove is provided therein, the longitudinal extent of which extends circumferentially around the axis of rotation of the rotor blades of the turbomachine with an additional axial component. This means that the groove changes its position with a rotation of the blade in the axial direction with respect to the blade. If, for example, a corresponding groove is located at a first position of the blade in a starting position at a first axial end of the blade tip of the blade, the groove moves along the axial direction with respect to the blade when the blade is rotated.

Eine entsprechende Nut kann somit schraubenförmig um die Drehachse angeordnet sein oder durch eine schräg zur Drehachse angeordnete, kreisförmige Ringnut gebildet sein.A corresponding groove can thus be arranged helically around the axis of rotation or be formed by a circular groove arranged at an angle to the axis of rotation.

Der Anstreifbelag kann hierbei einstückig umlaufend oder segmentförmig umlaufend um die Drehachse der Strömungsmaschine an dem Gehäuse der Strömungsmaschine angeordnet sein, wobei das Gehäuse unterschiedlichste Komponenten und Schichten, wie innere und äußere Gehäuse, aufweisen kann. Wesentlich ist hierbei lediglich, dass der Anstreifbelag zumindest unter bestimmten Betriebszuständen in Kontakt mit den Schaufelspitzen der Laufschaufeln gelangen kann. Durch eine erfindungsgemäße Struktur der Nut, bei der somit nicht nur eine ringförmige, radial umlaufende Komponente der Längserstreckung der Nut gegeben ist, sondern auch eine axiale Erstreckung entlang der Drehachse der Laufschaufeln der Strömungsmaschine, kann in einfacher Weise der Kontaktbereich der Laufschaufelspitzen mit dem Anstreifbelag reduziert werden, wobei jedoch ein gleichmäßiger Materialabtrag über die gesamte axiale Schaufellänge gegeben ist und die Abdichtung zwischen Laufschaufel und Anstreifbelag bzw. Gehäuse für das axial strömende Fluid erhalten bleibt.In this case, the abradable coating can be arranged in one piece circumferentially or segmentally circumferentially about the axis of rotation of the turbomachine on the housing of the turbomachine, wherein the housing has a wide variety of components and layers, such as inner and outer housings. It is only essential here that the abradable coating can come into contact with the blade tips of the rotor blades, at least under certain operating conditions. By an inventive structure of the groove, in which thus not only an annular, radially circumferential component of the longitudinal extent of the groove is given, but also an axial extent along the axis of rotation of the blades of the turbomachine, the contact area of the blade tips can be reduced with the squeal layer in a simple manner However, with a uniform material removal over the entire axial blade length is given and the seal between the blade and the squish or housing for the axially flowing fluid is maintained.

Insbesondere können mehrere Nuten parallel zueinander und/oder axial und/oder tangential bzw. entlang des Umfangs versetzt zueinander angeordnet sein. Die Schraubenformen können hierbei auch ineinander angeordnet sein, sodass mehrgängige Schraubenformen verwirklicht werden können.In particular, a plurality of grooves parallel to each other and / or axially and / or tangentially or along the circumference can be arranged offset from one another. The helical shapes can also be arranged inside each other, so that multi-start screw shapes can be realized.

Die Ganghöhe der Spiral- bzw. Helixnut oder die Neigung einer zur Drehachse der Laufschaufeln schräg angeordneten Ringnut kann je nach Anzahl und/oder Länge der Nuten sowie der axialen Sehnenlänge der korrespondierenden Schaufel in geeigneter Weise gewählt werden, und zwar insbesondere so, dass sich bei Drehung der Laufschaufeln insgesamt ein gleichmäßiger Materialabtrag an der Schaufelspitze ergibt.The pitch of the spiral or Helixnut or the inclination of an inclined axis of rotation of the blades annular groove can be selected depending on the number and / or length of the grooves and the axial chord length of the corresponding blade in a suitable manner, in particular so that at Turning the blades results in a total uniform material removal at the blade tip.

Die Anzahl der Nuten kann zwischen zehn und fünfzig, vorzugsweise fünfzehn und dreißig liegen.The number of grooves may be between ten and fifty, preferably fifteen and thirty.

Die Nuten können sich entlang eines Bruchteils oder eines Mehrfachen eines Umlaufs um die Drehachse erstrecken, sodass in axialer Richtung der Strömungsmaschine sehr kurze, bruchstückhafte Schraubenformen bis hin zu sehr langen Schraubenformen vorgesehen sein können.The grooves may extend along the axis of rotation along a fraction or a multiple of a revolution, so that in the axial direction of the turbomachine very short, fragmentary screw shapes can be provided up to very long helical shapes.

Die axiale Nutbreite und die Nuttiefe in radialer Richtung können bezogen auf die axiale Länge der Schaufelspitze ausgebildet sein, die auch als axiale Sehnenlänge bezeichnet wird. Bei großen Schaufeln mit großer axialer Sehnenlänge können die Nuten entsprechend größere Nutbreiten und größere Nuttiefen aufweisen, wohingegen bei kleineren Schaufeln mit kleineren axialen Sehnenlängen die Nutbreite und/oder Nuttiefe kleiner sein kann.The axial groove width and the groove depth in the radial direction may be formed relative to the axial length of the blade tip, which is also referred to as the axial chord length. For large blades with large axial chord length, the grooves may have correspondingly larger groove widths and larger groove depths, whereas for smaller blades having smaller axial chord lengths the groove width and / or groove depth may be smaller.

Insbesondere kann die axiale Nutbreite einen Wert von 1% bis 20% der axialen Sehnenlänge oder 2% bis 15% der axialen Sehnenlänge betragen. Die Nuttiefe kann in einem Bereich von 0,5% bis 10% der axialen Sehnenlänge, insbesondere 1% bis 5% der axialen Sehnenlänge gewählt werden.In particular, the axial groove width may be 1% to 20% of the axial chord length or 2% to 15% of the axial chord length. The groove depth can be selected in a range of 0.5% to 10% of the axial chord length, in particular 1% to 5% of the axial chord length.

Neben den schraubenförmig umlaufenden Nuten, kann der Anstreifbelag zusätzlich weitere Profilierungen aufweisen, wie beispielsweise radial umlaufende Nuten, die sich also lediglich ring- bzw. kreisförmig entlang eines umlaufenden Radius erstrecken und somit keine Komponente ihrer Längserstreckung in axialer Richtung der Strömungsmaschine aufweisen, sondern eine gleichbleibende axiale Position besitzen.In addition to the helically encircling grooves, the Anstreifbelag may additionally have other profiles, such as radially encircling grooves, so only ring or circular along a circumferential radius and thus have no component of their longitudinal extent in the axial direction of the turbomachine, but a constant have axial position.

Derartige radial umlaufende Nuten können insbesondere Bereiche mit schraubenförmig umlaufenden Nuten begrenzen.Such radially encircling grooves can in particular limit regions with helically encircling grooves.

Die Nuttiefe und/oder Nutbreite können entlang der Nut variieren, wobei insbesondere die Nuttiefe an den Enden der Nut kontinuierlich auf Null abnehmen kann.The groove depth and / or groove width can vary along the groove, wherein in particular the groove depth at the ends of the groove can continuously decrease to zero.

Obwohl mit der vorliegenden Erfindung die Belastung der Schaufelspitzen verringert wird, können die Schaufelspitzen entsprechender Strömungsmaschinen eine Schaufelspitzenpanzerung aufweisen.Although the load of the blade tips is reduced with the present invention, the blade tips of respective turbomachines may have blade tip armor.

Der Anstreifbelag kann auf entsprechende Komponenten des Gehäuses aufgespritzt werden, insbesondere durch thermisches Spritzen aufgebracht werden.The squint coating can be sprayed onto corresponding components of the housing, in particular by thermal spraying applied.

Als Anstreifbeläge kommen bekannte Materialien in Frage, wie beispielsweise Zirkonoxid, Dysprosiumoxid - stabilisiertes Zirkonoxid oder Yttriumoxid - stabilisiertes Zirkonoxid. Auch Schichten aus MCrAlY (M = Nickel und/oder Kobalt und/oder Eisen) können eingesetzt werden. Derartige Materialien können zusätzlich Einlagerungen harter Keramikphasen, wie beispielsweise kubisches Bornitrid oder Siliziumkarbid, sowie von Kunststoffmaterialien zur Erzeugung einer kontrollierten Porosität aufweisen. Beispielsweise kann es sich um CoNiCrAlY-hBN-Polyester - Beschichtungen handeln, die als Anstreifbelag eingesetzt werden können.Suitable coating materials are known materials, for example zirconium oxide, dysprosium oxide-stabilized zirconium oxide or yttrium-stabilized zirconium oxide. Also layers of MCrAlY (M = nickel and / or cobalt and / or iron) can be used. Such materials may additionally include hard ceramic phase deposits, such as cubic boron nitride or silicon carbide, as well as plastic materials for producing controlled porosity. For example, they may be CoNiCrAlY-hBN polyester coatings that can be used as a tipping coating.

Derartige Materialien können durch spanabhebende Bearbeitungsverfahren bearbeitet werden, um die Nuten zu erzeugen.Such materials can be machined by machining processes to create the grooves.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in

Fig. 1
eine perspektivische Darstellung eines Anstreifbelags einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine;
Fig. 2
eine perspektivische Darstellung eines Teils des Anstreifbelags aus Fig. 1;
Fig. 3
in den Teilbildern a) und b) Schnittdarstellungen durch einen Anstreifbelag in Kontakt mit einer Laufschaufel bei unterschiedlichen Drehstellungen der Laufschaufel;
Fig. 4
eine perspektivische Darstellung eines Details eines Anstreifbelags einer weiteren Ausführungsform ähnlich der Darstellung der Fig. 2;
Fig. 5
eine Detaildarstellung eines Anstreifbelags gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
The accompanying drawings show in a purely schematic manner in FIG
Fig. 1
a perspective view of an abradable coating of a turbomachine according to the invention;
Fig. 2
a perspective view of a portion of the squint coating Fig. 1 ;
Fig. 3
in the partial images a) and b) sectional views through a squeal in contact with a blade at different rotational positions of the blade;
Fig. 4
a perspective view of a detail of a squint covering another embodiment similar to the representation of Fig. 2 ;
Fig. 5
a detailed representation of a squint coating according to yet another embodiment.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEMBODIMENTS

Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.Further advantages, characteristics and features of the present invention will become apparent in the following detailed description of embodiments with reference to the accompanying figures. However, the invention is not limited to these embodiments.

Die Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Anstreifbelag 1, wie er zur Begrenzung eines Strömungskanals in einer Strömungsmaschine, wie beispielsweise einem Flugtriebwerk oder einer stationären Gasturbine, vorgesehen sein kann. In der Fig. 1 ist der Anstreifbelag 1 ringförmig dargestellt, also umlaufend um eine nicht dargestellte Drehachse, um die sich die Laufschaufeln der Strömungsmaschine drehen. Allerdings kann der Anstreifbelag 1 auch segmentförmig vorgesehen sein, beispielsweise aufgeteilt auf mehrere Gehäusesegmente.The Fig. 1 shows a perspective view of a Anstreifbelag 1, as it may be provided for limiting a flow channel in a turbomachine, such as an aircraft engine or a stationary gas turbine. In the Fig. 1 the Anstreifbelag 1 is shown in an annular shape, ie circumferentially about an axis of rotation, not shown, about which rotate the blades of the turbomachine. However, the Anstreifbelag 1 may also be provided segment-shaped, for example, divided into several housing segments.

An der Innenseite des Anstreifbelags, das heißt an der den Laufschaufeln zugewandten Seite, sind in dem Anstreifbelag 1 mehrere schraubenförmige Nuten 2, 2' angeordnet, die parallel zueinander schraubenförmig entlang des Anstreifbelags geführt sind. Die Nuten 2, 2' können vollständig umlaufend mit einer oder mehreren Umdrehungen um die Drehachse der Laufschaufeln oder als Teile eines Umlaufs ausgeführt sein, die lediglich entlang eines Teils des Umfangs des Anstreifbelags 1 oder eines umgebenden Gehäuses geführt sind.On the inside of the abradable coating, that is to say on the side facing the rotor blades, a plurality of helical grooves 2, 2 'are arranged in the abradable coating 1, which are guided in parallel helically along the abradable coating. The grooves 2, 2 'may be made entirely circumferentially with one or more revolutions about the axis of rotation of the blades or as parts of a revolution which are guided only along part of the circumference of the abradable pad 1 or a surrounding housing.

Die Nuten 2, 2' sind sowohl entlang des Umfangs als auch in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet und bilden eine Art Gewinde an der Innenseite des ringförmigen Anstreifbelags 1.The grooves 2, 2 'are arranged offset both along the circumference and in the axial direction to each other and form a kind of thread on the inside of the annular abradable coating. 1

Die Fig. 2 zeigt ein Detail des Anstreifbelags mit der Nut 2 und dem zwischen den Nutbereichen der Nut 2 angeordneten Stegbereichen 3 des Anstreifbelags.The Fig. 2 shows a detail of the abradable coating with the groove 2 and arranged between the groove portions of the groove 2 web portions 3 of the abradable coating.

Die Fig. 3 zeigt in den Teilbildern a) und b) die Situation, wenn eine Laufschaufel 4 mit der Laufschaufelspitze an den Anstreifbelag anstreift. Wie in der Fig. 3a) zu sehen ist, berührt die Schaufelspitze 5, die eine Panzerung aufweisen kann, den Anstreifbelag 1, in dem die Nuten 2 schraubenförmig umlaufend angeordnet sind. In den mit den Pfeilen 6 gekennzeichneten und in der Darstellung dicker dargestellten Bereichen der Schaufelspitze 5 kommt es zum direkten Materialkontakt zwischen der Laufschaufel 4 und dem Anstreifbelag 1, sodass hier ein Materialabtrieb stattfindet, wenn sich die Laufschaufel dreht. Im Bereich der Nut 2 ist kein direkter Materialkontakt zwischen der Laufschaufel 4 bzw. der Laufschaufelspitze 5 und dem Anstreifbelag 1 gegeben. Entsprechend ist durch die geringere Kontaktfläche zwischen Laufschaufel 4 und Anstreifbelag 1 der Laufwiderstand verringert, während gleichzeitig in axialer Richtung eine Dichtung zwischen Laufschaufel 4 und Anstreifbelag 1 bzw. dem Gehäuse gegeben ist, sodass Strömungsverluste durch einen Spalt zwischen Laufschaufel 4 und Gehäuse bzw. Anstreifbelag 1 vermieden wird.The Fig. 3 shows in the sub-images a) and b) the situation when a blade 4 with the blade tip strikes the Anstreifbelag. Like in the Fig. 3a ), the blade tip 5, which may have an armor, touches the Anstreifbelag 1, in which the grooves 2 are arranged circumferentially helically. In the regions of the blade tip 5 which are marked with the arrows 6 and shown thicker, direct material contact between the blade 4 and the squish coating 1 occurs, so that a material take-off takes place here when the blade rotates. In the region of the groove 2 no direct material contact between the blade 4 or the blade tip 5 and the squib covering 1 is given. Accordingly, the running resistance is reduced by the lower contact surface between the blade 4 and the squish coating 1, while at the same time in the axial direction, a seal between the blade 4 and squealer 1 and the housing is given, so that flow losses through a gap between the blade 4 and housing or squish is avoided.

Durch die schraubenförmige Anordnung der Nuten 2 wandern die Bereiche, die bei der Drehposition der Laufschaufel 4 in Fig. 3a) in Kontakt miteinander waren, bei fortgesetzter Drehung der Laufschaufel 4 auseinander, sodass die mit den Pfeilen 6 gekennzeichneten Bereiche, die vorher im direkten Materialkontakt von Laufschaufel 4 und Anstreifbelag 1 waren, nach einem bestimmten Drehwinkel der Laufschaufel 4 im Bereich der Nuten 2 des Anstreifbelags zu liegen kommen, sodass nunmehr kein direkter Materialkontakt der entsprechenden Bereiche der Laufschaufel 4 mit dem Anstreifbelag 1 mehr gegeben ist und somit auch kein Materialabrieb mehr stattfindet. Stattdessen sind nunmehr die Bereiche, die vorher im Bereich der Nuten 2 (siehe Fig. 3a)) gelegen waren, nunmehr in Kontakt mit dem Anstreifbelag 1, sodass sowohl die Dichtwirkung als auch der Verschleiß über Materialabtrag nunmehr in diesen Bereichen stattfindet.Due to the helical arrangement of the grooves 2, the regions which move in the rotational position of the blade 4 in Fig. 3a ) were in contact with each other, with continued rotation of the blade 4 apart, so that the areas marked with the arrows 6, which were previously in direct material contact of the blade 4 and squib 1, after a certain angle of rotation of the blade 4 in the region of the grooves 2 of the squeal come to rest, so now no direct material contact of the corresponding areas of the blade 4 is given to the Anstreifbelag 1 more and thus no material abrasion takes place. Instead, now are the areas previously in the area of the grooves 2 (see Fig. 3a )) were now in contact with the Abradable 1, so that both the sealing effect and the wear on material removal now takes place in these areas.

Entsprechend wird durch die schraubenförmige Anordnung von Nuten im Anstreifbelag 1 eines Gehäuses einer Strömungsmaschine bewirkt, dass der Drehwiderstand verringert wird, der Verschleiß sich verkleinert und gleichzeitig die Dichtwirkung erhalten bleibt. Gleichzeitig kommt es auch zu einem gleichmäßigen Abtrag über die gesamte Länge der Schaufelspitze 5 in axialer Richtung.According causes is caused by the helical arrangement of grooves in the abradable coating 1 of a housing of a turbomachine, that the rotational resistance is reduced, the wear is reduced and at the same time the sealing effect is maintained. At the same time there is also a uniform removal over the entire length of the blade tip 5 in the axial direction.

Der Drehwinkel zwischen der Situation in Fig. 3a) und 3b) beträgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel 10°. Allerdings können die Steighöhen der schraubenförmigen Anordnung der Nuten auch mit anderen geeigneten Werten gewählt werden.The angle of rotation between the situation in Fig. 3a) and 3b ) is in the embodiment shown 10 °. However, the heights of the helical arrangement of the grooves can also be chosen with other suitable values.

Neben der Anordnung der Nuten 2, 2' in Fig. 1, bei der mehrere Nuten entlang des Umfangs und axial versetzt zueinander angeordnet sind, kann der Bereich, in dem Nuten vorgesehen sind auch durch Umfangsnuten 7, abgeschlossen werden, die nicht schraubenförmig vorgesehen sind, sondern kreisförmig in einer axial gleichbleibenden Position umlaufend, wobei die Nut senkrecht zur Drehachse ausgebildet ist. Dies ist in Fig. 4 dargestellt.In addition to the arrangement of the grooves 2, 2 'in Fig. 1 in which a plurality of grooves are arranged along the circumference and axially offset from each other, the region in which grooves are provided can also be closed by circumferential grooves 7, which are not helically provided, but circularly circulating in an axially constant position, wherein the groove is formed perpendicular to the axis of rotation. This is in Fig. 4 shown.

Darüber hinaus zeigt die Fig. 5, dass die Nuten 2 keine gleichbleibende Nuttiefe aufweisen müssen, sondern dass insbesondere an den Enden 8 der Nuten die Nuten durch eine kontinuierlich abnehmende Nuttiefe auslaufenden ausgebildet sein können.In addition, the shows Fig. 5 in that the grooves 2 do not have to have a constant groove depth, but that in particular at the ends 8 of the grooves, the grooves can be formed by a continuously decreasing groove depth.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen aller vorgestellter Einzelmerkmale ein.Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, it will be understood by those skilled in the art that the invention is not limited to these embodiments, but rather modifications are possible in the manner that individual features omitted or other combinations of features can be realized without departing from the scope of the appended claims. The present disclosure includes all combinations of all presented individual features.

Claims (13)

Strömungsmaschine mit einem Gehäuse und mit in dem Gehäuse sich um eine Drehachse bewegenden Laufschaufeln (4), deren Schaufelspitzen (5) zumindest teilweise beim Betrieb einen am Gehäuse angeordneten Anstreifbelag (1) anstreifen,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anstreifbelag (1) mindestens eine Nut (2) umfasst, deren Längserstreckung umlaufend um die Drehachse mit einer axialen Komponente verläuft.Turbomachine with a housing and with moving in the housing about a rotational axis blades (4), the blade tips (5) at least partially in operation on the housing arranged Anstreifbelag (1),
characterized in that
the abradable coating (1) comprises at least one groove (2), the longitudinal extent of which extends circumferentially around the axis of rotation with an axial component. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Nut schraubenförmig um die Drehachse angeordnet ist oder eine schräg zur Drehachse angeordnete kreisförmige Ringnut ist.Turbomachine according to claim 1 or 2,
characterized in that
the groove is helically arranged around the axis of rotation or is an oblique to the axis of rotation circular annular groove. Strömungsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere Nuten (2, 2') parallel zueinander und/oder axial und/oder tangential versetzt zueinander angeordnet sind oder als mehrgängige Schrauben ausgebildet sind.Turbomachine according to claim 1,
characterized in that
a plurality of grooves (2, 2 ') parallel to each other and / or axially and / or tangentially offset from each other or are designed as multi-threaded screws. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anzahl der Nuten zwischen zehn und fünfzig, vorzugsweise zwischen fünfzehn und dreißig liegt.Turbomachine according to one of the preceding claims,
characterized in that
the number of grooves is between ten and fifty, preferably between fifteen and thirty. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Nut (2) entlang eines Bruchteils oder eines Mehrfachen eines Umlaufs um die Drehachse verläuft.Turbomachine according to one of the preceding claims,
characterized in that
the groove (2) extends along a fraction or a multiple of a revolution about the axis of rotation. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Laufschaufel (4) an der Schaufelspitze (5) eine axiale Sehnenlänge aufweist und die Nut eine axiale Nutbreite von 1% bis 20%, insbesondere 2% bis 15% der axialen Sehnenlänge aufweist und/oder die radiale Nuttiefe 0,5% bis 10% der axialen Sehnenlänge, insbesondere 1% bis 5% der axialen Sehnenlänge beträgt.Turbomachine according to one of the preceding claims,
characterized in that
the blade (4) on the blade tip (5) has an axial chord length and the groove has an axial groove width of 1% to 20%, in particular 2% to 15% of the axial chord length and / or the radial groove depth is 0.5% to 10 % of the axial chord length, in particular 1% to 5% of the axial chord length. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Nut einen Querschnitt umfasst, der viereckig, rechteckig, quadratisch, trapezförmig, rund, in Form eines Kreisausschnitts, einer Ellipse, einer Parabel oder in Form eines Parallelogramms ist.Turbomachine according to one of the preceding claims,
characterized in that
the groove comprises a cross section which is quadrangular, rectangular, square, trapezoidal, round, in the form of a circular section, an ellipse, a parabola or in the form of a parallelogram. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anstreifbelag (1) mindestens eine radial umlaufende Nut (7) aufweist.Turbomachine according to one of the preceding claims,
characterized in that
the Anstreifbelag (1) has at least one radially circumferential groove (7). Strömungsmaschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die radial umlaufende Nut (7) einen Bereich mit einer oder mehreren spiralförmigen Nuten (2, 2') begrenzt.Turbomachine according to claim 8,
characterized in that
the radially encircling groove (7) defines an area with one or more spiral grooves (2, 2 '). Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Nuttiefe und/oder Nutbreite variiert, insbesondere die Nuttiefe am Ende (8) der Nut kontinuierlich auf 0 abnimmt.Turbomachine according to one of the preceding claims,
characterized in that
the groove depth and / or groove width varies, in particular the groove depth at the end (8) of the groove decreases continuously to 0. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schaufelspitze (5) eine Spitzenpanzerung aufweist.Turbomachine according to one of the preceding claims,
characterized in that
the blade tip (5) has a top armor. Verfahren zur Herstellung einer Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anstreifbelag (1) aufgespritzt wird, insbesondere durch thermisches Spritzen erzeugt wird.Method for producing a turbomachine according to one of the preceding claims,
characterized in that
the squish coating (1) is sprayed on, in particular by thermal spraying is generated. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Nut (2) durch spanabhebende Verfahren erzeugt wird.Method according to claim 12,
characterized in that
the groove (2) is produced by machining processes.
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