EP4185766A1 - Leitschaufelanordnung für eine strömungsmaschine, verdichtermodul, strömungsmaschine und verfahren zum herstellen einer leitschaufelanordnung - Google Patents

Leitschaufelanordnung für eine strömungsmaschine, verdichtermodul, strömungsmaschine und verfahren zum herstellen einer leitschaufelanordnung

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EP4185766A1
EP4185766A1 EP21748497.1A EP21748497A EP4185766A1 EP 4185766 A1 EP4185766 A1 EP 4185766A1 EP 21748497 A EP21748497 A EP 21748497A EP 4185766 A1 EP4185766 A1 EP 4185766A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
guide vane
lateral surface
turbomachine
protective coating
protective
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Withdrawn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
EP21748497.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Stolle
Andreas Hölzel
Romain Mandard
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Publication of EP4185766A1 publication Critical patent/EP4185766A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/611—Coating

Definitions

  • the present invention relates to a vane assembly for a turbomachine.
  • the turbomachine can, for example, be a jet engine, e.g. B. a turbofan engine.
  • the turbomachine is divided into compressor, combustion chamber and turbine.
  • the air drawn in is compressed by the compressor and burned in the downstream combustion chamber with added kerosene.
  • the resulting hot gas a mixture of combustion gas and air, flows through the downstream turbine and is expanded in the process.
  • the turbine also extracts energy from the hot gas to drive the compressor.
  • the present subject matter can relate in particular to the compressor area, but in general can also be used, for example, in the turbine.
  • the reference to the aircraft engine is intended to illustrate an advantageous area of application, but not initially limit the subject in its generality.
  • the present invention is based on the technical problem of specifying an advantageous guide vane arrangement for a turbomachine.
  • the vane arrangement according to claim 1 ge This has a guide vane, which is adjustably mounted in a guide vane mount via an axle element in order to change the angle of attack.
  • an outer lateral surface of the axle element faces an inner lateral surface of the guide vane mount.
  • at least one of these lateral surfaces is provided with a protective coating and the guide vane blade of the guide vane is also provided with a protective coating at least in certain areas.
  • the protective coating of the at least one lateral surface can, for. B. prevent wear, especially in the case of a sleeveless design (without white teres bearing element between the lateral surfaces).
  • the protective coating in the bearing can enable direct contact between the axle element and the guide vane mount, which, for example, allows for smaller sizes and shapes. It can e.g. B. the vane ring can be made smaller in absolute dimensions and/or a smaller split ratio can be selected, both of which open up creative freedom.
  • the lateral surface(s) can be partially or completely coated.
  • the guide vane receptacle can therefore be designed as a recess or bore in a housing section of a compressor, which is adapted to receive the axle element in direct contact and to mount it rotatably.
  • the manufacturing effort can be limited, for example.
  • the protective coatings can e.g. B. have at least one layer in common, which can simplify the application (in terms of throughput and z. B. also regarding any covering effort, see below in detail). From a functional point of view, the protective coating of the airfoil can also prevent wear, e.g. erosion.
  • the axle member may be a trunnion or shaft of the vane.
  • the adjustment angle i.e. the angle of attack
  • the pin which is radially opposite in relation to the longitudinal axis of the flow machine, is used for suspension.
  • the guide vane arrangement is preferably designed without bushings both on the journal and on the shaft, ie the journal and the journal guide vane mount lie directly against one another and the shaft and the shaft guide vane mount lie directly against one another.
  • At least one of the lateral surfaces is preferably provided with a protective coating for each receptacle.
  • the at least one lateral surface and the vane blade have an identical protective coating.
  • the protective coatings therefore have, for example, the same structure and/or the same material composition, and they can in particular be of the same thickness.
  • the layers or layer systems can be applied in particular at the same time (which saves time and effort).
  • the protective coating of the at least one lateral surface is on both the axle element and the vane In other words, both lateral surfaces are tikbe coated.
  • only the outer lateral surface can be provided with the protective coating and the inner lateral surface can be uncoated.
  • the entire guide vane can be protectively coated. This can further simplify production, for example no covering etc. is required.
  • the coating of the at least one lateral surface can generally also be achieved solely by coating the guide vane receptacle. In other words, only the inner surface can be coated and the outer surface can remain uncoated.
  • a respective protective coating can also have a multilayer structure, that is to say of at least two layers placed one on top of the other.
  • it can also be a single-layer system, ie the protective coating can also consist of a single layer.
  • the layers discussed below are intended to be disclosed both as part of a multi-layer system and as a respective single-layer system.
  • the separation options described below should also be expressly disclosed with regard to corresponding production processes.
  • At least one of the protective coatings has a galvanic layer or consists of a galvanic layer.
  • the galvanic layer can, for example, be a chromium layer, e.g. B. hard chrome, or a layer of nickel.
  • at least one of the protective coatings may be a chemical layer, e.g. B. electroless nickel or nickel phosphorus (NiP). According to a preferred embodiment, in turn, both in terms of a
  • Multi-layer and a single-layer system should be disclosed, is one of the Gas phase deposited layer provided.
  • the layer can be applied, for example, by chemical vapor deposition (CVD), in particular also plasma-enhanced chemical vapor deposition (PACVD), or also by physical vapor deposition (PVD).
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • PVD/PACVD carbon layer(s) is/are also possible, e.g. B. metal-containing hydrogen-containing amorphous carbon layer(s), aC:H:Me.
  • metal for example, a composite of an aC:H matrix with metal carbides can form.
  • a possible example is a tungsten carbide-carbon layer (WC/C), a titanium carbide layer (Ti/C) or tantalum carbide layer (Ta/C) or DLC layer (Diamond-Like-Carbon) is also possible.
  • Hard material layers for example made of titanium nitride (TiN), titanium carbonitride (TiCN), titanium aluminum nitride (TiAlN) or chromium nitride (CrN), are also possible.
  • a metal nitride/metal multi-layer system is also possible, for example available under the ERCoat brand. According to a preferred embodiment, which in turn is a multi-layer or
  • a thermally sprayed layer is provided.
  • This can, for example, be a tungsten carbide layer, for example WC/Co.
  • an alloy is also possible, e.g. B. a cobalt-chromium-molybdenum alloy (e.g. commercially available as Triballoy T-800).
  • the axle element is a journal which is located radially on the inside in relation to the longitudinal axis of the turbomachine.
  • the axis element is a shaft which is located radially on the outside relative to the longitudinal axis of the turbomachine and via which the adjustment angle is specified for the guide vane.
  • both the journal and the shaft are preferably designed without a bushing/bearing element, i.e. both the bearing is designed radially on the inside and the bearing radially on the outside with at least one coated lateral surface in relation to the longitudinal axis.
  • the invention also relates to a compressor module with a guide vane arrangement disclosed here.
  • the invention relates to a turbomachine, in particular an aircraft engine, with such a compressor module or a guide vane arrangement disclosed herein.
  • the invention also relates to a method for producing a guide vane arrangement disclosed here or the corresponding compressor module/turbo machine, the protective coatings being applied at least in regions to the guide vane blade and to at least one of the lateral surfaces.
  • the axle element, ie the outer surface area, and the vane blade are protectively coated at the same time, ie in the same process.
  • the guide vane blade can be coated in regions (eg defined on the front edge by appropriate covering).
  • the vane blade is preferably coated as a whole, in particular the entire vane.
  • FIG. 1 is a schematic view of a sheathed power unit in a longitudinal section;
  • FIG. 2 shows a guide vane arrangement according to the invention;
  • Figure 3 shows a detailed view of Figure 2.
  • FIG. 1 shows a section through a turbomachine 1, specifically a jet engine (mantle power engine).
  • the turbomachine 1 is divided functionally into compression la, combustion chamber lb and turbine lc.
  • Both the compressor la and the turbine lc are each made up of several modules, the compressor la presently from a low-pressure laa and a high-pressure compressor module lab.
  • Each compressor module laa, lab is in turn built up from several stages, each stage is in the Generally composed of a rotor blade ring and a subsequent guide vane ring.
  • compressor gas 3 in this case air, flows axially through compressor la relative to a longitudinal axis 2, specifically in a compressor gas channel 4.
  • Compressor gas 3 is compressed, kerosene is then added in combustion chamber lb, and this mixture is burned
  • Figure 2 shows a guide vane arrangement 20 with a guide vane 21 and guide vane mounts 22.
  • the guide vane 21 has a guide vane blade 31, which has a front edge 31.1 and a rear edge 31.2, as well as two front and rear edges 31.1, 31.2 connecting side surfaces 31.3. 31.4.
  • the guide vane 21 has two axis elements 25, namely a journal 26 radially on the inside and a shaft 27 radially on the outside ).
  • the guide vane receptacle 22 can be formed radially on the inside, for example, in a mounting ring 35 ; radially on the outside, the shaft 27 is guided in two mounting rings 36 in this example.
  • the mounting of the axle elements 25 is both radially on the inside and radially on the outside designed without bushings, the axle elements 25 are each inserted directly into the respective receptacle 22 . This is achieved by protective coatings 37 in the corre sponding areas.
  • FIG. 3 shows such a protective coating 37 in detail.
  • a section is shown, the section plane lies parallel to the axis of rotation 28 of the vane blade 21 .
  • the axis element 25 can be the pin 26 or the shaft 27 .
  • An outer lateral surface 25.1 of the axle element 25 faces an inner lateral surface 22.1 of the receptacle 22.
  • the receptacle 22 is designed without a bush, i.e. the receptacle does not have a plain bearing bush, but is formed directly by a recess/bore in a housing part.
  • the two jacket surfaces 25.1, 22.1 are each circular.
  • the figure illustrates the protective coating 37, in the present case a protective layer 40 is applied to the outer lateral surface 25.1 and a protective layer 40 is also applied to the inner lateral surface 22.1.
  • a protective layer 40 is also applied to the inner lateral surface 22.1.
  • the components rub against one another via these protective layers 40 (here, for the sake of clarity, a gap is shown between them), so the protective layers prevent wear.
  • only the inner lateral surface 22.1 can be provided with the protective layer 40 or only the outer lateral surface 25.1 can be provided with the protective layer 40.
  • the vane blade 21 is also provided with a protective coating 47 .
  • a protective coating 47 for the sake of clarity, this is only shown in certain areas, but in the present example it extends over the entire guide vane blade 21 thermally sprayed layer 52 may be constructed.
  • the guide vane blade 21 and the armpits 25 are identically protective coated, in particular the entire guide vane 21 can be protectively coated.
  • Axle elements 25 Outer lateral surface 25.1

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Abstract

Eine Leitschaufelanordnung (20) für eine Strömungsmaschine (1) weist eine Leitschaufel (21) mit einem Leitschaufelblatt (31), sowie eine Leitschaufelaufnahme (22) auf. Die Leitschaufel (21) ist in der Leitschaufelaufnahme (22) um eine Drehachse (28) verstellbar gelagert. Dazu weist die Leitschaufel (21) zumindest ein Achselement (25) auf, das solchermaßen in die Leitschaufelaufnahme (22) eingesetzt ist, dass eine äußere Mantelfläche (25.1) des Achselements (25) einer inneren Mantelfläche (22.1) der Leitschaufelaufnahme (22) zugewandt ist. Auf das Leitschaufelblatt (31) ist eine Schutzbeschichtung (47) zumindest bereichsweise aufgebracht. Auf zumindest eine der Mantelflächen (22.1.25.1) ist eine Schutzbeschichtung (37) aufgebracht. Ein Verdichtermodul, eine Strömungsmaschine sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Leitschaufelanordnung (20) sind ebenfalls beschrieben.

Description

LEITSCHAUFELANORDNUNG FÜR EINE STRÖMUNGSMASCHINE, VERDICHTERMODUL, STRÖMUNGSMASCHINE UND VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER LEITSCHAUFELANORDNUNG
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitschaufelanordnung für eine Strömungs maschine.
Stand der Technik
Bei der Strömungsmaschine kann es sich bspw. um ein Strahltriebwerk handeln, z. B. um ein Mantelstromtriebwerk. Funktional gliedert sich die Strömungsmaschine in Verdichter, Brennkammer und Turbine. Etwa im Falle des Strahltriebwerks wird angesaugte Luft vom Verdichter komprimiert und in der nachgelagerten Brennkam mer mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt. Das entstehende Heißgas, eine Mi schung aus Verbrennungsgas und Luft, durchströmt die nachgelagerte Turbine und wird dabei expandiert. Dabei entzieht die Turbine dem Heißgas anteilig auch Ener gie, um den Verdichter anzutreiben.
Der vorliegende Gegenstand kann insbesondere den Verdichterbereich betreffen, im Allgemeinen aber bspw. auch in der Turbine Anwendung finden. Ebenso soll die Bezugnahme auf das Flugtriebwerk ein vorteilhaftes Anwendungsgebiet illustrieren, den Gegenstand aber zunächst nicht in seiner Allgemeinheit beschränken.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine vorteilhafte Leitschaufelanordnung für eine Strömungsmaschine anzugeben.
Dies wird erfindungsgemäß mit der Leitschaufelanordnung gemäß Anspruch 1 ge löst. Diese weist eine Leitschaufel auf, die zur Veränderung des Anströmwinkels über ein Achselement verstellbar in einer Leitschaufelaufnahme gelagert ist. In die- sem Lager ist eine äußere Mantelfläche des Achselements einer inneren Mantelfläche der Leitschaufelaufnahme zugewandt. Ferner ist gemäß dem vorliegenden Gegen stand zumindest eine dieser Mantelflächen mit einer Schutzbeschichtung versehen und ist auch das Leitschaufelblatt der Leitschaufel zumindest bereichsweise mit einer Schutzbeschichtung versehen.
Die Schutzbeschichtung der zumindest einen Mantelfläche kann z. B. einem Ver schleiß Vorbeugen, insbesondere im Falle einer buchsenlosen Ausführung (ohne wei teres Lagerelement zwischen den Mantelflächen). In anderen Worten kann die Schutzbeschichtung im Lager eine direkte Anlage von Achsel ement und Leitschau felaufnahme ermöglichen, was bspw. kleinere Baugrößen bzw. -formen erlaubt. Es kann z. B. der Leitschaufelkranz in absoluten Dimensionen kleiner gefasst und/oder kann ein kleineres Teilungsverhältnis gewählt werden, beides eröffnet gestalterischen Spielraum. Die Mantelfläche(n) kann bzw. können bereichsweise oder vollständig beschichtet sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann deshalb die Leit- schaufelaufnahme als eine Ausnehmung oder Bohrung in einem Gehäuseabschnitt eines Verdichters ausgebildet sein, die dazu angepasst ist, das Achselement in direk ter Anlage in sich aufzunehmen und drehbar zu lagern. Indem dabei zusätzlich auch das Leitschaufelblatt mit einer Schutzbeschichtung ver sehen wird, kann bspw. der Herstellungsaufwand begrenzt werden. Selbst im Falle eines mehrlagigen Schutzschichtsystems können die Schutzbeschichtungen z. B. mindestens eine Schicht gemeinsam haben, was das Aufbringen vereinfachen kann (hinsichtlich Durchsatz und z. B. auch einen etwaigen Abdeckungsaufwand betref- fend, siehe unten im Detail). In funktionaler Hinsicht kann die Schutzbeschichtung des Schaufelblatts ebenfalls einem Verschleiß Vorbeugen, bspw. einer Erosion. Da sowohl das Leitschaufelblatt als auch die zumindest eine Mantelfläche schutzbe schichtet ist, lassen sich in beiderlei Hinsicht die Standzeiten verlängern, also die Wartungsintervalle vorteilhafterweise aneinander anpassen. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung der Merkmale nicht immer im Ein zelnen zwischen Vorrichtungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unter schieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher An- spruchskategorien zu lesen. Ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe beziehen sich „axial“, „radial“ und „umlaufend“, sowie die zugehörigen Richtungen, auf die Längsachse der Strömungsmaschine und nicht auf die Dreh- bzw. Verstellachse der Leitschaufel. Wie nachstehend im Einzelnen diskutiert, kann es sich bei dem Achsel ement bspw. um einen Zapfen oder eine Welle der Leitschaufel handeln. Über die Welle wird der Verstell-, also Anströmwinkel eingestellt. Der bezogen auf die Längsachse der Strö mungsmaschine radial entgegengesetzte Zapfen dient der Aufhängung. Bevorzugt ist die Leitschaufelanordnung sowohl am Zapfen als auch an der Welle buchsenlos aus- geführt, liegen also der Zapfen und die Zapfen-Leitschaufelaufnahme direkt anei nander an und liegen die Welle und die Wellen-Leitschaufelaufnahme direkt anei nander an. Bevorzugt ist je Aufnahme zumindest eine der Mantelflächen mit einer Schutzbeschichtung versehen. Die nachstehend beschriebenen Varianten sind immer auch auf eine solche Ausführung zu lesen, auch wenn nur generisch auf die Leit- schaufelaufnahme und das Achselement Bezug genommen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die zumindest eine Mantelfläche und das Leitschaufelblatt identisch schutzbeschichtet. Die Schutzbeschichtungen haben also bspw. denselben Aufbau und/oder dieselbe Materialzusammensetzung, und sie können insbesondere mit einer gleichen Dicke gefasst sein. Mit den identi schen Schutzbeschichtungen kann z. B. eine weitergehende Vereinheitlichung in der Fertigung erreicht werden, die Schichten bzw. Schichtsysteme lassen sich insbeson dere gleichzeitig aufbringen (was Aufwand und Zeit spart). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schutzbeschichtung der zumin dest einen Mantelfläche sowohl auf das Achselement als auch auf die Leitschaufel- aufnahme aufgebracht, sind also in anderen Worten beide Mantelflächen schutzbe schichtet. Alternativ kann bspw. auch nur die äußere Mantelfläche mit der Schutzbe schichtung versehen und kann die innere Mantelfläche unbeschichtet sein. Unabhängig davon, ob die innere Mantelfläche der Leitschaufelaufnahme zusätzlich beschichtet ist oder nicht, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die ge samte Leitschaufel schutzbeschichtet sein. Dies kann die Herstellung weiter verein fachen, es ist bspw. kein Abdecken etc. erforderlich. Alternativ zur Beschichtung des Achselements kann die Beschichtung der zumindest einen Mantelfläche im Allge- meinen j edoch auch allein durch eine Beschichtung der Leitschaufelaufnahme er reicht werden. Es kann also in anderen Worten ausschließlich die innere Mantelflä che beschichtet werden und kann die äußere Mantelfläche unbeschichtet bleiben.
Wie bereits erwähnt, kann eine jeweilige Schutzbeschichtung auch mehrlagig aufge- baut sein, also aus mindestens zwei aufeinandergelegten Schichten. Alternativ kann es sich aber auch um ein Einschichtsystem handeln, kann die Schutzbeschichtung also auch aus einer einzigen Schicht bestehen. Die nachstehend diskutierten Schich ten sollen sowohl als Teil eines Mehrschichtsystems als auch als jeweiliges Ein schichtsystem offenbart sein. Ferner sollen die nachstehend geschilderten Abschei- dungsmöglichkeiten ausdrücklich auch hinsichtlich entsprechender Herstellungsver fahren offenbart sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist zumindest eine der Schutzbe schichtungen eine galvanische Schicht auf oder besteht sie aus einer galvanischen Schicht. Bei der galvanischen Schicht kann es sich bspw. um eine Chromschicht handeln, z. B. Hartchrom, oderum eine Nickelschicht. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine der Schutzbeschichtungen eine chemische Schicht sein, z. B. chemisch Nickel bzw. Nickelphosphor (NiP). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die wiederum sowohl hinsichtlich eines
Mehrschicht- als auch eines Einschichtsystems offenbart sein soll, ist eine aus der Gasphase abgeschiedene Schicht vorgesehen. Die Schicht kann bspw. per chemi scher Gasphasenabscheidung (CVD), insbesondere auch plasmaunterstützter chemi scher Gasphasenabscheidung (PACVD), oder auch per physikalischer Gasphasenab scheidung (PVD) aufgebracht werden. Es ist bzw. sind bspw. auch (eine) PVD- /PACVD-Kohlenstoffschicht(en) möglich, z. B. metallhaltige wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschi cht(en), a-C:H:Me. Durch das Dotieren mit Metall kann sich bspw. ein Verbund aus einer a-C:H Matrix mit Metallcarbiden bilden. Ein mög liches Beispiel ist eine Wolframcarbid-Kohlenstoffschicht (WC/C), ebenso ist eine Titancarbidschicht (Ti/C) bzw. Tantalcarbidschicht (Ta/C) oder DLC-Schicht (Dia- mond-Like-Carbon) möglich. Weiterhin möglich sind Hartstoffschichten, bspw. aus Titannitrid (TiN), Titancarbonnitrid (TiCN), Titan-Aluminium-Nitrid (TiAlN) oder Chromnitrid (CrN). Möglich ist auch ein Metallnitrid/Metall-Mehrlagensystem, bspw. unter der Marke ERCoat verfügbar. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die wiederum ein Mehrschicht- oder
Einzelschichtsystem betreffen kann, ist eine thermisch gespritzte Schicht vorgesehen. Hierbei kann es sich bspw. um eine Wolframcarbidschicht handeln, bspw. WC/Co. Ferner ist bspw. auch eine Legierung möglich, z. B. eine Kobalt-Chrom-Molybdän- Legierung (z. B. kommerziell verfügbar als Triballoy T-800).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Achselement ein Zapfen, der bezogen auf die Längsachse der Strömungsmaschine radial innen liegt. Bei einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist das Achselement eine Welle, die bezo gen auf die Längsachse der Strömungsmaschine radial außen liegt, und über welche der Leitschaufel der Verstellwinkel vorgegeben wird. Bevorzugt sind, wie eingangs erwähnt, sowohl der Zapfen als auch die Welle buchsenlos / ohne Lagerelement aus geführt, ist also bezogen auf die Längsachse sowohl das Lager radial innen als auch das Lager radial außen jeweils mit zumindest einer beschichteten Mantelfläche aus geführt. Die Erfindung betrifft auch ein Verdichtermodul mit einer vorliegend offenbarten Leitschaufelanordnung. Ferner betrifft die Erfindung eine Strömungsmaschine, ins besondere ein Flugtriebwerk, mit einem solchen Verdichtermodul bzw. einer vorlie gend offenbarten Leitschaufelanordnung.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer vorliegend offen barten Leitschaufelanordnung bzw. des entsprechenden Verdichtermoduls / der Strömungsmaschine, wobei die Schutzbeschichtungen zumindest bereichsweise auf das Leitschaufelblatt und auf zumindest eine der Mantelflächen aufgebracht werden. Bezüglich möglicher Details wird ausdrücklich auf die vorstehende Offenbarung verwiesen, insbesondere hinsichtlich möglicher Beschichtungs- und Abscheidungs verfahren.
In bevorzugter Ausgestaltung werden das Achselement, also die äußere Mantelflä- che, und das Leitschaufelblatt gleichzeitig schutzbeschichtet, also im selben Prozess. Dabei kann die Beschichtung des Leitschaufelblatts bereichsweise erfolgen (z. B. definiert an der Vorderkante durch entsprechende Abdeckung). Bevorzugt wird je doch das Leitschaufelblatt im Gesamten beschichtet, insbesondere die gesamte Leit schaufel.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfmdungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
Im Einzelnen zeigt
Figur 1 in schematischer Ansicht ein Mantel Stromtriebwerk in einem Längs schnitt; Figur 2 eine erfindungsgemäße Leitschaufelanordnung;
Figur 3 eine Detailansicht zu Figur 2.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung Figur 1 zeigt eine Strömungsmaschine 1 im Schnitt, konkret ein Strahltriebwerk (Mantel Stromtriebwerk). Die Strömungsmaschine 1 gliedert sich funktional in Ver dichter la, Brennkammer lb und Turbine lc. Sowohl der Verdichter la als auch die Turbine lc sind jeweils aus mehreren Modulen aufgebaut, der Verdichter la vorlie gend aus einem Niederdruck- laa und einem Hochdruckverdichtermodul lab. Jedes Verdichtermodul laa, lab ist seinerseits aus mehreren Stufen aufgeb aut, jede Stufe setzt sich in der Regel aus einem Laufschaufelkranz und einem darauffolgenden Leitschaufelkranz zusammen. Im Betrieb wird der Verdichter la bezogen auf eine Längsachse 2 axial von dem Verdichtergas 3, vorliegend Luft, durchströmt, und zwar in einem Verdichtergaskanal 4. Dabei wird das Verdichtergas 3 komprimiert, in der Brennkammer lb wird dann Kerosin hinzugemischt und wird diese Mischung ver brannt
Figur 2 zeigt eine Leitschaufelanordnung 20 mit einer Leitschaufel 21 und Leit- schaufelaufnahmen 22. Die Leitschaufel 21 weist ein Leitschaufelblatt 31 auf, dieses hat eine Vorderkante 31.1 und eine Hinterkante 31.2, sowie zwei Vorder- und Hin terkante 31.1,31.2 miteinander verbindende Seitenflächen 31.3,31.4. Ferner weist die Leitschaufel 21 zwei Achselemente 25 auf, nämlich radial innen einen Zapfen 26 und radial außen eine Welle 27. In dieser Lagerung ist die Leitschaufel 21 um eine Achse 28 verdrehbar, sodass ein Anströmwinkel 29 des Leitschaufelblatts 31 verändert werden kann (senkrecht zur Zeichenebene).
Die Leitschaufelaufnahme 22 radial innen kann bspw. in einem Montagering 35 aus gebildet sein, radial außen ist die Welle 27 in diesem Beispiel in zwei Montageringen 36 geführt. Wie aus Figur 2 ersichtlich und anhand von Figur 3 im Detail diskutiert, ist die Lagerung der Achselemente 25 sowohl radial innen als auch radial außen buchsenlos ausgeführt, sind die Achselemente 25 also jeweils direkt in die jeweilige Aufnahme 22 eingesetzt. Dies wird durch Schutzbeschichtungen 37 in den entspre chenden Bereichen erreicht.
Figur 3 zeigt eine solche Schutzbeschichtung 37 im Detail. Gezeigt ist ein Schnitt, die Schnittebene liegt parallel zur Drehachse 28 des Leitschaufelblatts 21. Bei dem Achselement 25 kann es sich um den Zapfen 26 oder die Welle 27 handeln. Eine äußere Mantelfläche 25.1 des Achselements 25 ist einer inneren Mantelfläche 22.1 der Aufnahme 22 zugewandt. Die Aufnahme 22 ist im dargestellten Beispiel Buch senlos ausgeführt, d.h. die Aufnahme weist keine Gleitlagerbuchse auf, sondern wird direkt durch eine Ausnehmung/Bohrung in einem Gehäuseteil ausgebildet. In einem senkrecht zur Zeichenebene und horizontal liegenden Schnitt sind die beiden Mantel flächen 25.1,22.1 jeweils kreisförmig.
Die Figur illustriert die Schutzbeschichtung 37, vorliegend ist auf die äußere Mantel fläche 25.1 eine Schutzschicht 40 aufgebracht und ist auch auf die innere Mantelflä che 22.1 eine Schutzschicht 40 aufgebracht. Im Betrieb reiben die Bauteile über die se Schutzschichten 40 aneinander (vorliegend ist der Übersichtlichkeit halber dazwi schen ein Spalt gezeigt), beugen die Schutzschichten also einem Verschleiß vor. Al ternativ kann auch ausschließlich die innere Mantelfläche 22.1 mit der Schutzschicht 40 versehen sein oder kann auch ausschließlich die äußere Mantelfläche 25.1 mit der Schutzschicht 40 versehen sein.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, ist auch das Leitschaufelblatt 21 mit einer Schutzbe schichtung 47 versehen. Diese ist der Übersicht halber nur bereichsweise dargestellt, erstreckt sich im vorliegenden Beispiel aber über das gesamte Leitschaufelblatt 21. Die Schutzbeschichtung 47 kann, wie die Schutzbeschichtung 37, bspw. aus einer galvanischen Schicht 50, einer aus der Gasphase abgeschiedenen Schicht 51 und/oder einer thermisch gespritzten Schicht 52 aufgebaut sein. In einer Variante sind das Leitschaufelblatt 21 und die Achsel emente 25 identisch schutzbeschichtet, insbesondere kann die gesamte Leitschaufel 21 schutzbeschichtet sein.
BEZUGSZEICHENLISTE
Strömungsmaschine 1
Verdichter la
Niederdruckverdichtermodul laa Hochdruckverdichtermodul lab
Brennkammer lb
Turbine lc
Längsachse 2
Verdichtergas 3 Leitschaufelanordnung 20
Leitschaufel 21
Leitschaufelaufnahmen 22
Innere Mantelfläche 22.1
Achselemente 25 Äußere Mantelfläche 25.1
Zapfen 26
Welle 27
Drehachse 28
Anströmwinkel 29 Leitschaufelblatt 31
Vorderkante 31.1
Hinterkante 31.2
Seitenflächen 31.3,31.4
Montageringe 35,36 Schutzbeschichtung (Mantelfläche) 37
Schutzschicht 40
Schutzbeschichtung (Leitschaufelblatt) 47
Galvanische Schicht 50
Abgeschiedene Schicht 51 Gespritzte Schicht 52

Claims

ANSPRÜCHE
1 Leitschaufelanordnung (20) für eine Strömungsmaschine (1), mit einer Leitschaufel (21) mit einem Leitschaufelblatt (31), und einer Leitschaufelaufnahme (22), in welcher die Leitschaufel (21) um eine Drehachse (28) verstellbar gelagert ist, wozu die Leitschaufel (21) zumindest ein Achselement (25) aufweist, das sol chermaßen in die Leitschaufelaufnahme (22) eingesetzt ist, dass eine äußere Mantelfläche (25.1) des Achselements (25) einer inneren Mantelfläche (22.1) der Leitschaufelaufnahme (22) zugewandt ist, wobei auf das Leitschaufelblatt (31) zumindest bereichsweise eine Schutzbe schichtung (47) aufgebracht ist, und wobei auf zumindest eine der Mantelflächen (22.1,25.1) eine Schutzbe schichtung (37) aufgebracht ist.
2. Leitschaufelanordnung (20) nach Anspruch 1, bei welcher die Schutzbe schichtungen (37,47) des Leitschaufelblatts (31) und der zumindest einen Mantelfläche (22.1,25.1) identisch sind.
3. Leitschaufelanordnung (20) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Schutz beschichtung (37) der zumindest einen Mantelfläche (22.1,25.1) auf die inne re und die äußere Mantelfläche (22.1,25.1) aufgebracht ist.
4. Leitschaufelanordnung (20) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Schutz beschichtung (37) der zumindest einen Mantelfläche (22.1,25.1) ausschließ lich auf die innere Mantelfläche (22.1) aufgebracht ist.
5 Leitschaufelanordnung (20) nach Anspruch 2 in Verbindung mit Anspruch 3 oder 4, bei welcher die gesamte Leitschaufel (21) schutzbeschichtet ist.
6. Leitschaufelanordnung (20) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Schutz beschichtung (37) der zumindest einen Mantelfläche (22.1,25.1) ausschließ lich auf die äußere Mantelfläche (25.1) aufgebracht ist.
7. Leitschaufelanordnung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher zumindest eine der Schutzbeschichtungen (37,47) eine galvanische oder chemische Schicht (50) aufweist oder bei welcher zumindest eine der Schutzbeschichtungen (37,47) eine aus der Gasphase abgeschiedene Schicht (51) aufweist
8. Leitschaufelanordnung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher zumindest eine der Schutzbeschichtungen (37,47) eine thermisch ge spritzte Schicht (52) aufweist.
9. Leitschaufelanordnung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Leitschaufelaufnahme (22) eine Ausnehmung in einem Gehäuse abschnitt ist und das Achselement (25) buchsenlos, d.h. in unmittelbarer An lage in der Leitschaufelaufnahme (22) gelagert ist.
10. Leitschaufelanordnung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das Achselement (25) ein Zapfen (26) ist, der bezogen auf eine Längsachse (2) der Strömungsmaschine (1) radial innen liegt.
11. Leitschaufelanordnung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher das Achselement (25) eine Welle (27) ist, die bezogen auf eine Längsachse
(2) der Strömungsmaschine (1) radial außen liegt.
12. Verdichtermodul (laa,lab) mit zumindest einem Gehäuseabschnitt, in dem zumindest eine Leitschaufelaufnahme (22) ausgebildet ist, und einer Leit schaufelanordnung (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
13. Strömungsmaschine (1), insbesondere Flugtriebwerk, mit einem Verdichter modul (laa,lab) nach Anspruch 12.
14. Verfahren zum Herstellen einer Leitschaufelanordnung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, eines Verdichtermoduls (laa,lab) nach Anspruch 12 oder einer Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 13, wobei die Schutzbeschichtung (47) zumindest bereichsweise auf das Leit schaufelblatt (31) aufgebracht wird, und wobei die Schutzbeschichtung (37) auf zumindest eine der Mantelflächen (22.1,25.1) aufgebracht wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem die Schutzbeschichtung (37) auf die äußere Mantelfläche (25.1) aufgebracht wird, und zwar gleichzeitig mit dem Aufbringen der Schutzbeschichtung (47) auf das Leitschaufelblatt (31).
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