JPS6123805A - ターボ機械のための燃結された入口ライニング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は流体機械、特にガスタービンの取入れ口におい
て、ロータに対する半径方向ギャップを減少しかつ小さ
く保つためと、ケーシングを、該ロータと一緒に回転す
る羽根に対して良好にシールするだめとに働くライ・ニ
ングであって、ケーシング壁が、焼結材料製の少なくと
も１つのリングを有し、このリングによって羽根先端が
取りｎすれている形式のものに関する。

従来の技術 本発明による上記形式のライニングは、ドイツ連邦共和
国特許第３０１９９２０号明細書記載のものを先行技術
としている。

流体機械においてその効率と運転特性とは、ロータ羽根
とケーシングと′の間の半径方向ギャップを可及的に少
なく維持できるかどうかに大きく左右される。この半径
方向ギャップを最小にするだめには例えば、羽根のかす
め運動時にケーシングライニング（取入れロライニング
）における摩耗によってこのギャップを調整することが
可能である。これと逆に流体機械の各羽根の摩耗は可及
的に少なくされなければならず、何故ならそうでないと
特に楕円形のケーシングにおいてそのギャップが不都合
に大きく留まつてし壕い、羽根を解体修理によって経費
をかけて修理するか又は短かくなり過ぎた羽根を捨てな
ければならないからであ”る。

ケーシングに配置された上記のような取入れロシイニン
グは特にそれが軟質である場合、羽根先端摩耗は僅かで
あるがしかし浸食を受は易くまた温度に弱い。

発明の課題 本発明の課題は、比較的に軟らかいライニングであって
、特にロータ羽根と、例えば圧縮機である流体機械のケ
ーシングとの間の半径方向ギャップを減少せしめ、そし
てそれにもかかわらず温度及び浸食による影響の少ない
ものを提供することである。

課題を解決するだめの手段 上記の課題は本発明によれば、非金属製の核と金属製の
外被とからそれぞれ成る複数の粒子によって形成された
単数又は複数の層から成る層状複合部材が用いられてお
り、この各粒子は互いに並んで配置され、化学的又は物
理的な方法によるガス相からの分離によってまた焼結法
によって、担体上又は直接にケーシング部分上に載着さ
れて、密で閉じだ表面を有する中硬度のシールライニン
グを形成していることによって解決された。

実施態様 本発明の有利な実施態様は特許請求の範囲の各従属環に
記載したとおシである。特許請求の範囲に記された各構
成は任意に組合せ可能である。

本発明の効果 本発明によればロータにおける羽根先端摩耗が少なくな
シ、同時に浸食及び温度による影響が著しく減少する。

また使用例に応じて、複合材料の各粒子の外被と核とに
適切な材料組合せが選択可能であり、例えば約５５０°
ａｔで及びそれ以上の約’ｌ　０００°Ｃ才での使用温
度においてはグラファイト製の核とニッケル製の外被が
用いられ、それ以上の温度ではセラミック又はガラス、
金属セラミック又は金属ガラス又はガラスセラミック又
は類似のものから成る核が金属製の外被と共に用いられ
、この外被は特に高温溶融性に合金され、例えばクロー
ム又はＡｌ。

Ｓｌによって、Ｎ１の酸化防止のだめのパック方法によ
って１０００°Ｇまでの温度で（粉末の場合は１１００
°Ｃで）水素雰囲気内で数時間処理される。

特に複合材料の各粒子の、セラミック製又はガラスを含
有した核を用いたグループにおいては、ケーシングに対
するライニングの良好な絶縁が形、成される。使用温度
は核材料によってではなく被い材料によってのみ限定さ
れる。この被い材料は金属製なので容易に結合及び圧縮
可能である。層状複合材料の製造及び（又は）載着時の
材料使用量は、従来の射出方法におけるよりも著しく少
なくて済む。このような粒子の核及び外被形成によれば
特に、複合材料における金属の割合いが公知の取入れロ
ライニングにおけるよシも全体として少なく維持される
という利点が得られ、これは特にタービン内の擦シ取ら
れた材料による不都合な影響（例えば冷却空気孔の接着
、後続のタービン段における浸食及び環境への影響）が
減少せしめられる。

実施例 全ての図面において、同じ要素又は部材には同じ符号が
付されている。核１は非金属製であり、外被２は金属製
である。この場合、の金属製とは金属を含む材料のこと
であり、それは結合物、混合物又は類似のものでもよい
。この外被の金属成分によって、焼結後に各粉末粒子の
良好な結合が行なわれる。最も簡単な例では焼結加工に
よって同時にケーシング壁の内面上ヘライニングが載着
され、このライニング内では粉末が、一方は当該のケー
シング壁から成る２つのリングの間にそう人されている
。焼結加工は従来通り、公知の炉内で行なわれる。

第１図にはセラミック製の核１、例えばＢＮ核、ＺｒＯ
２核、Ａｌ２Ｏ３核又はグラファイト核と、例、ｔばニ
ッケル、アルミニウム又はＮ１−Ａ、ｌ、　Ｎｉ−Ｃｒ
、　Ｎｉ−Ｍｏ、　Ｎｉ−Ｃｏ、　Ｎｉ−Ｔｉ、　Ｎｉ
−Ｃｕ等の合金から成る金属製の外被２とを有する球体
状の粒子が示されている。この外被２は核１をガルヴァ
ーニ電気による方法（電解法）又は公知のＣＶＤ法（化
学的なガス相分離）によって被覆成層することによって
形成される。また例えばＰＶＤ法（物理的な蒸気分離）
などの他の物理的な方法も使用可能である。外被の材料
としては特にニッケルの使用が有利であり、何故々ら妨
害的な酸化を伴うことなしに使用可能な温度が極めて高
いからである（約５００°Ｃ＋／−５０℃の範囲）。ま
たグラファイト核が有利であシ、何故ならグラファイト
は支承部のために理想的な潤滑材であり、シール作用に
おいても最良であることが判明しているからである。第
１図に示された粒子は例えば球体状であり約５０１１ｍ
から１５０μｍの間の直径を有している。焼結方法で互
いに並んで配置せしめられた各粒子から製造されたライ
ニングの硬度は主に、核のグラファイトの大きさ及び（
又は）量と外被の使用材料及びその量又は厚さに応じる
。取入れロライニングに高い耐温性が要求されている場
合はニッケルが多めに配合され、る。使用温度が低い場
合、ニッケルは電解法によってアルミニウム又は銅と合
金されて外被用材料として用いられる。

第１図の例では有利には、粒子３内における核１の体積
分は約７５チである。外被２の厚さは核１上約１μｍ〜
５μｍであシ、シかし重量割合いは約１／３のみである
。各粒子は有利には、真い゛に並んで焼結される。この
場合焼結されるべき粉末を、ケーシング内にそう人され
るライニングの外径と同じ外径を有する型の中に充填し
て行なうと有利である。当然ながらこの型は例えば、半
径方向内側に位置する複数のリングとして形成されて焼
結後に再び除去可能であってもよい。この場合、外側に
位置するリングとしてはそれ自体公知の、有利には冷却
されるケーシング内壁が働く。

また金属製の外被材料を、動力装置の圧縮機羽根又はタ
ービン羽根によって容易に摩耗されるように選択するこ
とも可能である。この場合に更に考慮すべき点は、はと
んどの公知の羽根材料が高温においてはその剛性を失う
ことである。即ち該羽根材料は、取入れロライニングで
の接触運動時に極めて高温となり、同時にその摩擦抵抗
は低下する。従って使用温度（運転温度）に関して見て
可能であれば、アルミニウム又は銅・ニッケルを外被材
料として使用するとよい。各粒子から成る層状複合材料
は圧延又はローラ加工によって更に密で平坦なライニン
グに圧縮することが可能であり、このライニングは前記
の使用温度においても極めて良好な耐浸食性及び耐腐食
性を有する。特にライニングのための層状複合材料の表
面に時々存在する残留気孔は、金属、ガラス、エナメル
等の浸入処理によって除去される。

第２図には第１図と同様にグラファイトで充　　　　［
填可能な中空球体が示されており、しかし該中空球体は
酸化セラミックとしてのＡｌ２Ｏ３；　ＺｒＯ２等、ガ
ラス又はガラスを含有するか又はＳ　１０２を含有する
核１から成っていてもよい。所謂ガラスセラミック又は
金属性ガラスも良く適している。小さなセラミック球体
又は粒体を有する粒子から成る複合材料によれば、ケー
シングに対してのライニングの良好な断熱性が得られる
。

核材料の大きさと量とは第１図の場合と同じか又は類似
しておシ、また外被２のために用いられる材料は第１図
の場合と同じである。外被材料による核の被覆成層は複
数の層２ａ、２ｂにおいて、やはりガルヴァーニ電気に
よる方法又はＰＶＤ又はＣＶＤ方法によって行なわれる
。この各層２ａ、２ｂの厚さは同じ大きさである。

焼結のだめの方法条件は第１図の場合と同じか又は類似
している。また浸透処理による表面の後シール加工又は
平滑形成も上述と同様に行なわれる。

第３図には複合材料から成る焼結されたシールラフニン
グの顕微鏡組織像が示されている。

球体又は粒体等の各粒子の密な相互結合によって、例え
ばガスタービンの攻撃性ガスによる浸食発生の危険はな
い。第６図から分るように完全な球形状はほとんど出発
材料（粉末）においてのみ保たれている。焼結後には任
意の粒体形状が形成される。更に第６図には相互隣接配
置、即ち焼結後の外被材料による各粒子の良好な結合状
態が明示されており、この結合は比較的に自由に選択可
能であり、その都度の所望の核材料との組合せにおいて
、その都度の使用例に応じて当該取入れロライニングに
可及的に最適な特性を与えることが可能である。

更に第４図に示されたようにライニングは複合材料の各
粒子３の相互隣接配置によって層状に形成され、この際
にその組織は焼結条件によって所望に応じて形成され得
る。例えば第４図に示された例では、被覆成層された複
数の球体から成る唯１つの層が、担体としての７−ト４
、有利には０．２朋の厚さであるハステロイ・金属シー
ト上に焼結載着されており、それによって該層は良好に
接着又はろう接可能な帯材を形成している。このライニ
ングの全厚さは約１龍及びそれ以上であり、実際的には
無制限である。

また第５図の例には多層状の複合材料が示されており１
、その最も外側の層は極めて細かな粒子（く５０μｍφ
）状の粉末から成っておシ、ケーシングに対する被い層
又はしゃ断層として働く。そしてこの層の下に、特にセ
ラミック又はガラスを含有した金属セラミックあるいは
金属性のガラスから成る核を有する中空球体３ａから成
る層があり、更にその下にニッケルで被覆成層されたグ
ラファイト球体（〜２００μｍφ）３ｂから成る層が配
置されている。個々の層は連続的に又は前述のように一
緒に焼結される。

所望の場合には後シール加工又は浸透加工によって、シ
ールされかつ（又は）平滑にされた表面を形成すること
艇可能である。

第５図から分るようにこの層状複合材料はシート担体４
と共に、特に約≦５５°Ｃの高温のための帯材を形成し
得、この際に個々の層の厚さは使用例に応じて、有利に
は前述の範囲において選択可能である。組み合わせに応
じて、焼結ライニングのロックウェル硬度が約＋１０か
ら一４ＤＨ３Ｒ１５Ｙ及びそれ以下１で変化し、それに
対し公知のバーナー吹きつけ式のライニングでは＋２０
から＋（５３Ｈ８Ｒ１５Ｙまでである。

第６図の例では従来のシートの代りにはちの巣形状の担
体６が用いられており、との担体６の各はちの巣部分は
有利には被覆成層された粉末粒子５で充填されている。

本発明は複合材料の各粒子のだめの前述の材料の使用及
び所定の粒子形状又はその製造法に限定されるものでは
なく、同様にライニングの装着方法も使用例に応じ、即
ちその都度の流体機械に応じて選択可能であり、例えば
接着、ろう接、溶接の代シに拡散又は板金おおい方法、
圧着又は焼ばめ方法、鋳金又は類似の方法が可能である
。核材料は、常に密な金属層によって取シ囲まれるので
広い選択範囲からほぼ任意に選択可能である。また外被
材料も広い範囲から選択可能である。各粒子はその金属
成分に基づいて一方では容易に結合可能であり密で平滑
な表面（例えば焼結又は焼結と圧着による）を形成し、
他方ではその量及び容積上の割合いが制限され、それに
よって妨害的又は不本意な副作用の発生が防がれている
。

本発明は例えばガスタービンなどの流体機械（それが軸
線方向又は手軽方向流体機械のどちらであってもよい）
の圧縮機及びタービンのための取入れロライニング及び
（又は）シール部分のために有利に使用可能である。

密でかつ（又は）平滑な表面を形成するためには、例え
ばエネルギ光線（ＦＢ、　　レーサ゛、イオン）による
焼き入れ、鋳直し、合金、つや出し方法等及び、移植法
、拡散法、精製法などの公知方法も適している。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の複数の実施例を示すもので砲って、第１
図は複合材料の粒子を示す断面図、第６図は層状の扱＠
月科の顕倣鋭甜緻琢ン衣わす写真、第４図は片側にシー
ト状の表面兼担体を有する複合材料を示す図、第５図は
シート状担体を備えだ帯材としての複合材料を示す断面
図、第６図は粒子を充填されたハチの巣状の担体を有す
る複合材料を上から見た図である。 １・・・核、２・・・外被、２ａ、２ｂ・・・層、３・
・・粒子、３ａ・・・中空球体、３ｂ・・・グラファイ
ト球体、４・・・シート、５・・・粉末粒子、６・・・
担体（ほか１名う ＦＩ［３，１ＦＩＧ、　２ １抵体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体機械の取入れ口において、ロータに対する半径
   方向ギャップを減少しかつ小さく保つためと、ケーシン
   グを、該ロータと一緒に回転する羽根に対して良好にシ
   ールするためとに働くライニングであつて、ケーシング
   壁が、焼結材料製の少なくとも１つのリングを有し、こ
   のリングによつて羽根先端が取り囲まれている形式のも
   のにおいて、非金属製の核と金属製の外被とからそれぞ
   れ成る複数の粒子によつて形成された単数又は複数の層
   から成る層状複合部材が用いられており、この各粒子は
   互いに並んで配置され、化学的又は物理的な方法による
   ガス相からの分離によつてまた焼結法によつて、担体上
   又は直接にケーシング部分上に載着されて、密で閉じた
   表面を有する中硬度のシールライニングを形成している
   ことを特徴とする、流体機械の取入れ口ライニング。 ２、外被が個々の粒子上に、電解によつて又は化学的手
   段（無通電で）によつて載着されている、特許請求の範
   囲第１項記載のライニング。 ３、ライニングの各粒子が粉末状である、特許請求の範
   囲第１項又は第２項記載のライニング。 ４、各粒子が球体から形成されている、特許請求の範囲
   第３項記載のライニング。 ５、各粒子が中空球体から形成されている、特許請求の
   範囲第４項記載のライニング。 ６、中空球体が滑り媒体によつて充填されている、特許
   請求の範囲第５項記載のライニング。 ７、各粒子の核がグラファイトから成るか又はグラファ
   イトを含有している、特許請求の範囲第１項から第６項
   までのいずれか１項記載のライニング。 ８、各粒子の核が、酸化物、窒化物、珪素化物、炭化物
   等の金属化合物から成つているか又はそれらを含有して
   いる、特許請求の範囲第１項から第７項までのいずれか
   １項記載のライニング。 ９、各粒子の外被がニッケル又は、クローム、アルミニ
   ウム又は銅を有するニッケル合金から成つている、特許
   請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項記載の
   ライニング。 １０、各粒子の外被がニッケル合金から形成され、ニッ
   ケルベースに対する添加物の拡散処理によつて製造され
   る、特許請求の範囲第９項記載のライニング。 １１、焼結されたライニングが後シール処理されている
   、特許請求の範囲第１項から第１０項までのいずれか１
   項記載のライニング。 １２、ライニングが、金属、ガラス、エナメルの外から
   の浸透処理によつてシールされる、特許請求の範囲第１
   項から第１１項までのいずれか１項記載のライニング。 １３、層状複合材料の少なくとも片側に、帯状担体形状
   のつながつた複数の面が配置されている、特許請求の範
   囲第１項から第１２項までのいずれか１項記載のライニ
   ング。 １４、帯状担体形状又はシート形 状の２つの平らな面を有する、サンドイッチ状に形成さ
   れた層状結合体から成つており、この２つの面の内の一
   方が再除去可能である、特許請求の範囲第１項から第１
   ３項までのいずれか１項記載のライニング。 １５、複合材料から成る帯材が接着可能かろう接可能か
   溶接可能であるか又は、圧着か溶着か鋳込みか焼ばめか
   板金おおいによつて、ケーシング壁の冷却可能な内面上
   に載着されている、特許請求の範囲第１項から第１４項
   までのいずれか１項記載のライニング。