DE2339995C3 - Verfahren zur Herstellung von Streifschutzelementen - Google Patents

Description

den und/oder aufkohlenden Atmosphäre und/oder io möglichst klein zu halten, wurde weiter vorgeschlagen

die Statorwände innenseitig mit einer relativ weicher Schicht zu überziehen, welche von den streifenden Ro torschaufeln abgetragen wird. Solche Schichten beste hen ζ. B. aus Graphit, aus gespritzten oder gesinterter poiösen Nickelchromlegierungen oder Nickel-Graphit-Werkstoffen, aus Wabenzellen usw. und werden als abreibbare Sireifschutzschichfen bezeichnet. In jedem Falle war man bestrebt, diese Streifschutzschichten möglichst formkonstant zu machen, so daß unter dem Einfluß Jer Umgebungstemperatur und/oder Umgebungsatmosphäre keine Wachstumserscheinungen auftreten.

Diese Ausführungen besitzen daher den Nachteil. daß die weichen Schichten oder die angeschärften

unter Wärmeeinfluß wachsenden Werkstoff hergestellt werden und daß sie vor ihrer Verwendung einer Behandlung unter den vorgenannten Bedingungen unterworfen und gegebenenfalls einer abschließenden Maßbearbeitung unterzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandfung unter hinsichtlich der Wachstumsgeschwindigkeit im Vergleich zu den späteren Betriebsbedingungen intensivierten Wachstumsbedingungen durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifschutzelemente schmelzmetallurgisch hergestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Streifschulzelemente 25 Schaufelenden bei einer Streifung eine irreversible

Formänderung erfahren, indem sie gebogen oder abgerieben werden. Dazu kommt noch die Korrosion und Erosion der Schaufelenden bzw. der Zellwandenden und der Stalorwand, so daß bei einem langfristigen Betrieb das Spiel zwischen dem Rotor und dem Stator ständig zunimmt und der Wirkungsgrad der Maschine abnimmt.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe. Streifschutzelemente zu schaffen, welche das durch

zeichnet, daß die Streifschutzelemente vor der Ver- 35 Streifung, Erosion oder Korrosion entstehende Spiel im wendung bei 600 bis 700⁰C geglüht werden. Betrieb wieder vermindern, und zwar so, daß das er-

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- strebte Gleichgewicht zwischen spielvergrößcrndeni

Abrieb und Spielverminderung während einer möglichst langen Betriebsdauer gleichmäßig aufrechterhal-

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 40 ten bleibt, lirfindungsgemäß wird diese Aufgabe dazeichnet, daß die Streifschutzelemente aus Kup- durch gelöst, daß die Streifschutzelemente aus einem

an sich bekannten, in einer oxydierenden, aufstickenden, aufschwefelnden und/oder aufrcohlenden Atmo-Sphäre und/oder unter Wärmeeinfluß wachsenden

zeichnet, daß die Streifschutzelemente aus Kupfer, 45 Werkstoff hergestellt werden und daß sie vor ihrer Kohlenstoff, Nickel und Zinn hergestellt werden. Verwendung einer Behandlung unter den vorgenann

ten Bedingungen unterworfen und gegebenenfalls einer abschließenden Maßbearbeitung unterzogen werden.
Dieser Lösung liegt die Tatsache zugrunde, daß das Wachstum der genannten Werkstoffe unter gleichbleibenden Bedingungen grundsätzlich nach einer anfänglich stärker und dann zunehmend schwächer steigenden Kurve verläuft, wobei die Krümmung dieser Kurve, d. h. die Abweichung von einem linearen Verlauf, entsprechend dem gewünschten gleichmäßigen Wachstum, mit fortschreitendem Wachstumsprozeß geringer wird. Bei sofortiger Verwendung der Streifschutz- bzw. Wachstumselemente würde also anfänglich eine an sich zu hohe Wachstumsgeschwindigkeit mit entsprechender Gefährdung durch zu starke Pressung zwischen den gegeneinander bewegten Teilen in Kauf zu nehmen sein, um erst später die für den Dauerbetrieb geeignete Wachstumsgeschwindigkeit zu erhalten. Umgekehrt würde die Wachstumsgeschwindigkeit im Verlauf

puivermetallurgisch hergestellt weiden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifschutzelemente aus nah- oder übereutektischem Gußeisen hergestellt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifschutzelemente vor der Verwendung bei mindestens 50O⁰C geglüht werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifschutzelemente aus Kupfer. Kohlenstoff und Nickel hergestellt werden.

fer. Kohlenstoff Nickel und Eisen hergestellt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn-

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifschutzelemente vor der Verwendung bei mindestens 250°C geglüht werden.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verhren zur Herstellung von Streifschul/.elementen für orrichtungen mit zwei relativ zueinander bewegten jilen, insbesondere einem rotierenden Teil und einem atorteil.

Der Wirkungsgrad von Turbinen, Kompressoren, ruLkwclenmaschinen usw. sinkt mit zunehmendem )iel zwischen Rotor und Stator. Es wird daher stets :rsucht, das Spiel zwischen dem Rotor einerseits und

:m Stator andererseils möglichst gering zu halten. Die 65 des Dauerbetriebes unerwünscht absinken, wenn sie im Mimalc Spielgröße wird auf Grund von Materialei- Anfangsstadium auf optimale Werte eingestellt würde.

Dabei kommt es für die Wirkung in der Maschine auf die absolute Wachstumsgeschwindigkeit in der Dirnen-

pg

•nschaften, der Hcrstellungstechnologie und der Grö-■ des Rotors und des Stators, sowie auf Grund der

sion Länge/Zeit an. die durch Dickenbimessung der Streifschutzelemente einstellbar, im übrigen aber jeweils proportional zur relativen Wachstumsgeschwindigkeit in %/Zeit mit ihrem werksioffbedingten Sättigungsverlauf ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es also, die absolute Wachstumsgeschwindigkeit auf einen gewünschten Dauerbetriebswen gemäß der bekannten relativen Wachstumskurve des betreffenden Werkstoffs einzustellen und die sich damit ergebende höhere und sich stark verändernde Anfangs-Wachstumsgeschwindigkeit In einem Voralterungsprozeß - vorzugsweise unter forcierten Wachstumsbedingungen — vorwegzunehmen.

An Hand der schematischen Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigt ₎₅

Fig.! einen Ausschnitt aus dem Längsschnitt durch eine Turbine mit einem Streifschutzelemtnt,

F i g. 2 einen Ausschnitt aus dem Längsschnitt durch eine Druckwellenmaschine mit einem Streifschutzelement,

F 1 g. 3 zwei Wachstumskurven von zwei Graphit-Metallsintermaterialien und

F 1 g. 4 die Wachstumskurven von drei Graugußsorten.

F 1 g. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Axialschnitt ?$ durch eine Turbine, bestehend aus einem Stator 1 und einem Rotor 2, der auf seinem Umfang Rotorschaufeln 3 aufweist Der Stator 1 und der Rotor 2 bestehen aus einem volumenbeständigen Material, /.. B. Stahl. Um die Entfernung 4 zwischen den Enden der Rotorschaufeln 3 und dem Stator 1 möglichst gering zu halten, ist auf der Innenfläche des Stators 1 und den Rotorschaufelenden gegenüberliegend ein aus Segmenten bestehender Ring 5 aus einem wachsenden Werkstoff, vorzugsweise Grauguß, mechanisch befestigt. Streifen die Rotorschaufelenden den Ring 5, so werden sie, sofern sie mit einer Anschärfung versehen sind, verbogen, oder die .Segmente, sofern sie weich sind, werden rotorseitig abgetragen. Bedingt durch die oxydierende Betriebsatmosphäre einerseits und durch die Betriebstemperatur andererscits wachsen die Ringsegmente 5 auch in Richtung Rotorachse. Hierbei wird das durch Streifen und die Korrosions-/Erosionswirkung entstandene Spiel 6 verkleinert. Dadurch werden der Korrosions- und Erosionsabtrag sowie der Abrieb bei unvorhersehbaren Vibrationen und Temperaturanstiegen eliminiert.

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Druckwellenmaschine mit einem Stator 7 aus Gußeisen mit Kugelgraphit und einem Rotor 8 aus Ni-Legierung. Bei derartigen Maschinen ist stirnseitig zwischen dem Rotor 8 und dem Stator 7 die Entfernung 9 bzw. das Spiel 10 möglichst klein zu halten. Zu diesem Zweck ist im Stator 7 eine Platte 12 aus einem wachsenden Werkstoff, vorzugsweise aus einem weichen Grauguß, eingegossen. Auch hier wächst die Platte 12, bedingt durch die oxydierende Betriebsatmosphäre einerseits und die Betriebstemperatur andererseits, gegen den Rotor 8.

Im Unterschied zum Anwendungsbeispiel nach F i g. 2 kann die Platte 12 beispielsweise fest mit der Stirnseite des Rotors 8 verbunden sein, so daß sie in <k> Richtung der Rotorachsc gegen den Stator 7 wächst. Grundsätzlich ist man frei, am Rotor und/oder am Sta tor ein wachsendes F.lcmcnt anzubringen. Da die Rotorteile in der Regel einer starken mechanischen Bean spruchung unterworfen sind, erscheint es zweckmäßig. (>:·, nur die Statorteile mit wachsenden Elementen zu versehen.

Drr Wachsnumsvcrlusi von drei verschiedenen Graugußsorten beim Glühen bei einer Temperatur von 650⁰C an der Luft ist in F i g. 4 dargestellt. Das Wachsen des zur Herstellung der Platte 12 bzw. des Segnientringes 5, nachfolgend Element genannt, verwendeten Graugusses kann in weiten Grenzen variiert werden, z. B. durch die Wahl seiner Zusammensetzung, durch die Änderung der Abkühlungsgesehwindigkeit beim Gießen des Elementes, durch eine Wärmebehandlung des Elementes nach dem Gießen usw Außerdem ist das Wachstum eines aus Grauguß hergestellten Elementes von seiner Form, von der Art der Befestigung am Grundmaterial, von der Beanspruchung, von der Betriebstemperatur und der Betriebsatmosphäre abhängig, jedenfalls hat aber die Wachstumskurve den angedeuteten Verlauf mit abnehmender Krümmung, d. h. zunehmender Annäherung an einen linearen Verlauf mit annähernd konstanter Wachstumsgeschwindigkeit.

An Stelle von Grauguß können zur Herstellung eines FJemenies auch andere Gußeisensorten, wie ζ Β. Temperguß. Gußeisen mit teilweise globularem und teilweise lamellarem Graphit usw. verwende' werden, je nachdem, welche Eigenschaften vom Element gewünscht werden.

Die Befestigung der Elemente am tragenden Grundmaterial des Stators oder des Rotors erfolgt durch übliche Verbindungstechnik wie z. B. mechanisch, durch Löten, Schweißen, Eingießen, Aufsintern usw.

An Stelle von Gußeisen können die Elemente 5 und 12 aus anderen Materialien bestehen, die bei höheren Temperaturen durch Oxydation ein Wachstum aufweisen. Hierzu eignen sich besonders gesinterte Graphit-Metall-Werkstoffe, wobei die Mctallphase, Nickel. Kupfer, Eisen, Zinn, Blei, Antimon und/oder Zink aufweist. Wie die Wachstuniskurven in F i g. 3 zeigen, erfolgt das Wachstum an Luft um so schneller, je mehr die Metallphase leicht oxydierbare Elemente wie Kupfer und Zinn enthält. Im Prinzip können zur Herstellung der Elemente 5, 12 alle Materialien verwendet werden, die unter dem Einfluß von chemischen Elementen oder Verbindungen der Umgebung z. B. durch Aufkohlen. Aufstickung, Aufschwefelung, Oxydation usw. oder durch eine Gefügeveränderung unter der Wirkung der Umgebungstemperatur wachsen.

Wie die F i g. 3 und 4 zeigen, weisen die Wachstumskurven zu Beginn der Glühbehandlung ein stärkeres Wachstum pro Zeiteinheit auf, als dies bei fortgeschrittener Glühzeit der Fall ist. Ferner tritt mit steigender Glühtemperatur ein stärkeres Wachstum auf. Um während des Betriebes wenigstens eine angenähert konstante Wachstumsgeschwindigkeit der Elemente zu erreichen, ist daher vorgesehen, nur jenen Wachstumsbereich auszunutzen, der sich durch eine angenähert konstante Wachstunisgeschwindigkeit auszeichnet und in den F i g. 3 und 4 jenem Kurvenasl entspricht, der sich von einer Glühzeit von etwa 250 Stunden bis zu einer Glühzeit von etwa 1000 Stunden erstreckt. In jedem Falle sind, je nach dem verwendeten Werkstoff, die Cilühtemperatur und die Glühzeit so aufeinander abzustimmen, daß die Wachstumsgeschwindigkeit am End;: der Wärmebehandlung angenähert konstant ist oder doch eine geringere Änderung als in der Anfangspreise aufweist. Wird zur Herstellung der Elemente Gußeisen verwendet, so sind Glühtemperaturen von mindestens .¹JOOT zweckmäßig, um die Voralterung im Interesse der Wirtschaftlichkeit abzukürzen. Bei der Verwendung eines Materials auf Kupferbasis, entsprechend den in F i g. 3 angegebenen, ist die Anwendung von

Glühteniperaturen von mindestens 250"C geeignet. Durch geeignete, aggressive Atmosphäre, deren Zusammensetzung gegebenenfalls von derjenigen der Betriebsbedingungen in Richtung forcierter Wachstumsgeschwindigkeit abweichen kann, läßt sich der Zeitaufwand für die Voralterung weiter vermindern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   I. Verfahren zur Herstellung von Streifschutzelementen, die das durch Streifung, Erosion oder Korrosion entstehende Spiel im Betrieb wieder vermindern, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifschutzelemente aus einem an sich bekannten, in einer oxydierenden, aufstickenden, aufschwefeln-Betriebsbedingungen, denen die Maschine unterworfei ist, festgelegt.

   Um das Spiel zwischen dem Rotor und dem Statoi möglichst klein zu halten, wurde vorgeschlagen, die Ro torschaufeln am Kopf mit einer Anschärfung zu verse hen. Streifen die Schaufeln den Stator, so werden dit angeschärften Schaufelenden verbogen oder abgerie ben, so daß keine schädlichen Streifkräfte auftreten.

   Um das Spiel zwischen dem Rotor und dem Statoi