DE102009034025A1 - Inlet lining for arrangement on a gas turbine component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Einlaufbelag (10) zur Anordnung an einem Gasturbinenbauteil, insbesondere einem Flugtriebwerksgehäuse (12) oder einem Flugtriebswerksgehäusesegment, für eine Gasturbine, wobei der Einlaufbelag (10) einen Elastomerdichtkörper (14) zum Zusammenwirken mit einem relativbeweglich zum Einlaufbelag angeordneten weiteren Bauteil, insbesondere einem Rotor, der Gasturbine umfasst, wobei in den Elastomerdichtkörper (14) mindestens ein formstabilisierendes Verstärkungselement (16) eingebettet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Flugtriebwerk, mit einem Gehäuse (12), an welchem ein Einlaufbelag (10) angeordnet ist.The invention relates to an inlet lining (10) for arrangement on a gas turbine component, in particular an aircraft engine housing (12) or an aircraft engine housing segment, for a gas turbine, wherein the inlet lining (10) has an elastomer sealing body (14) for interacting with a further component that is movable relative to the inlet lining, in particular a rotor comprising gas turbine, wherein in the elastomeric sealing body (14) at least one shape-stabilizing reinforcing element (16) is embedded. The invention further relates to a turbomachine, in particular an aircraft engine, with a housing (12) on which an inlet lining (10) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft einen Einlaufbelag der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zur Anordnung an einem Gasturbinenbauteil. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Flugtriebwerk, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 8 angegebenen Art mit einem Gehäuse, an welchem ein Einlaufbelag angeordnet ist.The The invention relates to an inlet lining in the preamble of the claim 1 specified type for placement on a gas turbine component. The invention further relates to a turbomachine, in particular an aircraft engine specified in the preamble of claim 8 Type with a housing on which an inlet lining is arranged.
Ein
derartiger Einlaufbelag zur Anordnung an einem Gasturbinenbauteil,
insbesondere einem Flugtriebwerksgehäuse oder einem Flugtriebwerksgehäusesegment,
ist beispielsweise bereits aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Einlaufbelag zu schaffen, der eine verbesserte Spalthaltung ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strömungsmaschine mit einer verbesserten Spalthaltung zu schaffen.task the present invention is to provide an inlet lining, which allows an improved gap attitude. Another The object of the invention is to use a turbomachine to create an improved gap.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch einen Einlaufbelag mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 zur Anordnung an einem Gasturbinenbauteil sowie durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Einlaufbelags als vorteilhafte Ausgestaltungen der Strömungsmaschine und umgekehrt anzusehen sind.The Tasks are inventively by an inlet lining with the features of claim 1 for placement on a gas turbine engine component and by a turbomachine with the features of Patent claim 8 solved. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are given in the respective subclaims, wherein advantageous Embodiments of the inlet lining as advantageous embodiments the turbomachine and vice versa are to be considered.
Ein Einlaufbelag, welcher eine verbesserte Spalthaltung ermöglicht, ist erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass in den Elastomerdichtkörper mindestens ein formstabilisierendes Verstärkungselement eingebettet ist. Im Unterschied zum Stand der Technik verhindert das Verstärkungselement beim Anstreifen eines Rotors oder dergleichen am Einlaufbelag eine unnötige Beschädigung des Elastomerdichtkörpers durch Ausreißen größerer Elastomerbereiche, Rissbildung, Ausrieb über das nominelle Ausmaß hinaus und dergleichen. Hierdurch wird eine zuverlässige Formstabilisierung des Einlaufbelags bzw. des Elastomerdichtkörpers sichergestellt, wodurch ein gleichmäßigerer Abrieb, die verbesserte Spalthaltung und eine entsprechende Wirkungsgradsteigerung einer zugeordneten Gasturbine gewährleistet sind. Gleichzeitig erhöht das Verstärkungselement vorteilhaft die Lebensdauer des Einlaufbelags. Anstelle eines einzelnen Verstärkungselements können auch zwei oder mehrere Verstärkungselemente vorgesehen sein.One Inlet lining, which allows an improved gap attitude, is inventively created that in the elastomeric seal at least one shape-stabilizing Reinforcement element is embedded. In contrast to The prior art prevents the reinforcing element when rubbing a rotor or the like on the inlet lining an unnecessary Damage to the elastomeric seal by tearing larger elastomeric areas, cracking, overflow the nominal extent and the like. hereby becomes a reliable shape stabilization of the inlet lining or the elastomeric sealing body ensured, whereby a smoother abrasion, the improved cleavage and a corresponding increase in efficiency of an associated Gas turbine are guaranteed. At the same time increased the reinforcing element advantageously the life of the Run-in coating. Instead of a single reinforcing element can also have two or more reinforcing elements be provided.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verstärkungselement zumindest bereichsweise wabenförmig und/oder faserteppichförmig und/oder gewebeförmig und/oder gelegeförmig und/oder multiaxialgelegeförmig und/oder geflochten und/oder mattenförmig und/oder filzförmig ausgebildet ist. Hierdurch kann der Einlaufbelag konstruktiv besonders flexibel ausgebildet werden, um verschiedenen Geometrien und Anforderungsprofilen optimal Rechnung zu tragen. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement über den überwiegenden und/oder den gesamten Erstreckungsbereich des Einlaufbelags gleichförmig ausgebildet ist.In an advantageous embodiment of the invention is provided that the reinforcing element at least partially honeycomb-shaped and / or fiber carpet and / or tissue-shaped and / or jelly-shaped and / or multiaxial jelly-shaped and / or braided and / or mat-shaped and / or felt-shaped is trained. As a result, the inlet lining can be constructive in particular be flexibly formed to different geometries and requirement profiles optimally take into account. It can also be provided that the reinforcing element over the vast majority and / or the entire extension region of the inlet lining uniform is trained.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem das Verstärkungselement anorganische Verstärkungsfasern, insbesondere Basaltfasern und/oder Borfasern und/oder Glasfasern und/oder Keramikfasern und/oder Kieselsäurefasern, und/oder metallische Verstärkungsfasern und/oder organische Verstärkungsfasern, insbesondere Aramidfasern und/oder Kohlenstofffasern und/oder Polyester-Fasern und/oder Nylon-Fasern und/oder Polyethylen-Fasern und/oder Polyacrylamid-Fasern, umfasst. Hierdurch kann der Elastomerdichtkörper vorteilhaft als Faser-Elastomer-Verbundteil mit hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten ausgebildet werden und eignet sich daher optimal für Leichtbauanwendungen. Die jeweiligen mechanischen und thermischen Eigenschaften des Einlaufbelags können dabei gezielt über eine Vielzahl von Parametern wie beispielsweise die Materialkombination Verstärkungselement-Elastomerdichtkörper, Faserwinkel, Faservolumenanteil, Schichtreihenfolge und dergleichen eingestellt werden.Further Benefits arise by the reinforcing element inorganic Reinforcing fibers, in particular basalt fibers and / or Boron fibers and / or glass fibers and / or ceramic fibers and / or silica fibers, and / or metallic reinforcing fibers and / or organic Reinforcing fibers, in particular aramid fibers and / or carbon fibers and / or polyester fibers and / or nylon fibers and / or polyethylene fibers and / or Polyacrylamide fibers. As a result, the elastomeric sealing body advantageous as a fiber-elastomer composite part with high specific stiffnesses and strengths are formed and is therefore ideal for lightweight applications. The respective mechanical and Thermal properties of the inlet lining can thereby specifically via a variety of parameters such as the material combination reinforcing element-elastomer sealing body, Fiber angle, fiber volume fraction, layer order, and the like be set.
Indem das Verstärkungselement geschlichtete Verstärkungsfasern umfasst, können insbesondere kerbempflindlichen Fasern bei der Herstellung des Einlaufbelags vor Beschädigung geschützt werden. Alternativ oder zusätzlich kann durch einen haftvermittelnden Auftrag die Haftung zwischen dem Verstärkungselement und dem Elastomerdichtkörper erheblich gesteigert werden.By sneaking the reinforcing element In particular, grain-sensitive fibers can be protected against damage during the production of the inlet lining. Alternatively or additionally, the adhesion between the reinforcing element and the elastomeric sealing body can be considerably increased by an adhesion-promoting application.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verstärkungselement Kurzfasern und/oder Langfasern und/oder Endlosfasern und/oder einen Draht umfasst. Hierdurch können die mechanischen Eigenschaften des Einlaufbelags optimal an seinen jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden, wobei die höchsten Steifigkeits- und Festigkeitswerte mit Endlosfasern und/oder Draht erzielt werden. Die Einbettung des Verstärkungselements in den Elastomerdichtkörper kann in Abhängigkeit der Ausgestaltung des Verstärkungselements beispielsweise direkt in einem Extruder erfolgen.In a further advantageous embodiment of the invention is provided that the reinforcing element short fibers and / or long fibers and / or Endlosfasern and / or a wire comprises. This allows the mechanical properties of the inlet lining optimally to his be adapted to their intended use, with the highest Stiffness and strength values with continuous fibers and / or wire be achieved. The embedding of the reinforcing element in the elastomeric sealing body can depend on the configuration of the reinforcing element, for example done directly in an extruder.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Elastomerdichtkörper Acrylnitril-Butadien-Styrol und/oder ein Polyamid und/oder ein Polylacetat und/oder ein Polyacrylat und/oder ein Polycarbonat und/oder ein Polyethylenterephthalat und/oder Polyethylen und/oder Polypropylen und/oder Polystyrol und/oder ein Polyetherketon und/oder Polyvinylchlorid und/oder ein Polyphenylensulfid und/oder ein Polysulfon und/oder ein Polyetherimid und/oder Polytetrafluorethen und/oder ein Polyurethan und/oder ein Polyisopren und/oder ein Silikon umfasst. Auch hierdurch können die mechanischen, chemischen und thermischen Eigenschaften des Elastomerdichtkörpers optimal auf den jeweiligen Einsatzzweck des Einlaufbelags sowie auf die Eigenschaften des Verstärkungselements abgestimmt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Elastomerdichtkörper aus einem Materialgemisch, einem mehrlagigen Material oder nur aus einem einzigen Material besteht.In Another embodiment of the invention is provided that the elastomeric sealing body Acrylonitrile-butadiene-styrene and / or a polyamide and / or a polylacetate and / or a polyacrylate and / or a polycarbonate and / or a Polyethylene terephthalate and / or polyethylene and / or polypropylene and / or Polystyrene and / or a polyether ketone and / or polyvinyl chloride and / or a polyphenylene sulfide and / or a polysulfone and / or a polyetherimide and / or polytetrafluoroethene and / or a polyurethane and / or a polyisoprene and / or a silicone. Also by this can the mechanical, chemical and thermal properties of the Elastomer sealing body optimally adapted to the respective application the inlet lining as well as the properties of the reinforcing element be matched. It can be provided that the elastomeric sealing body from a material mixture, a multilayer material or only from a single material.
Indem der Einlaufbelag bereichsweise aus einem Duroplast besteht, ist eine weitere Möglichkeit zur Anpassung der mechanischen und thermischen Eigenschaften des Einlaufbelags ermöglicht. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement auch in einen duroplastischen Bereich des Einlaufbelags eingebettet ist.By doing the inlet lining is partially made of a thermoset is another way to adapt the mechanical and thermal properties of the inlet lining allows. It can be provided that the reinforcing element also embedded in a duroplastic region of the inlet lining is.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Flugtriebwerk, mit einem Gehäuse, an welchem ein Einlaufbelag angeordnet ist, der einen Elastomerdichtkörper zum Zusammenwirken mit einem relativbeweglich zum Einlaufbelag innerhalb des Gehäuses angeordneten Rotor umfasst. Dabei wird eine verbesserte Spalthaltung erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass in den Elastomerdichtkörper mindestens ein formstabilisierendes Verstärkungselement eingebettet ist. Im Unterschied zum Stand der Technik verhindert das Verstärkungselement beim Anstreifen des Rotors am Einlaufbelag eine unnötige Beschädigung des Elastomerdichtkörpers beispielsweise durch Ausreißen größerer Elastomerbereiche, Rissbildung, Ausrieb über das nominelle Ausmaß hinaus oder Ähnliches. Hierdurch wird eine zuverlässige Formstabilisierung des Einlaufbelags bzw. des Elastomerdichtkörpers sichergestellt, wodurch die verbesserte Spalthaltung, ein gleichmäßigerer Abrieb und eine entsprechende Wirkungsgradsteigerung der Strömungsmaschine gewährleistet sind. Gleichzeitig erhöht das Verstärkungselement vorteilhaft die Lebensdauer des Einlaufbelags. Dabei kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass das Gehäuse und/oder der Einlaufbelag segmentiert ausgebildet ist bzw. sind. Anstelle eines einzelnen Verstärkungselements können auch zwei oder mehrere Verstärkungselemente vorgesehen sein.One Another aspect of the invention relates to a turbomachine, in particular an aircraft engine, with a housing on which an inlet lining is arranged, which is an elastomeric sealing body to interact with a relatively movable to the inlet lining within comprising the housing arranged rotor. There will be a improved cleavage according to the invention thereby achieved that in the elastomeric sealing body at least one embedded shape stabilizing reinforcing element. Unlike the prior art, the reinforcing element prevents When brushing the rotor at the inlet lining an unnecessary Damage to the elastomeric body, for example by Tearing larger elastomer areas, Cracking, abrasion beyond the nominal extent or the like. As a result, a reliable shape stabilization of Inlet lining or the elastomeric sealing body ensured making the improved gap pose more uniform Abrasion and a corresponding increase in efficiency of the turbomachine are guaranteed. At the same time, the reinforcing element increases advantageous the life of the inlet lining. It can basically be provided that the housing and / or the inlet lining is formed segmented or are. Instead of a single one Reinforcement member may also be two or more Reinforcing elements may be provided.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Einlaufbelag gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele ausgebildet ist. Die sich hieraus ergebenden Vorteile sind den entsprechenden Beschreibungen zu entnehmen.In an advantageous embodiment of the invention is provided that the inlet lining according to one of the preceding Embodiments is formed. The result of this The resulting benefits can be found in the corresponding descriptions.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Strömungsmaschine als Verdichter, insbesondere als Hochdruck- und/oder Niederdruckverdichter, und/oder als Turbine, insbesondere als Hochdruck- und/oder Niederdruckturbine, ausgebildet ist. Auf diese Weise können die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile besonders variabel bei unterschiedlichsten Strömungsmaschinentypen verwirklicht werden.Further Benefits arise by the turbomachine as Compressor, in particular as high-pressure and / or low-pressure compressor, and / or as a turbine, in particular as a high-pressure and / or low-pressure turbine, is trained. In this way, by the invention achievable advantages particularly variable in a wide variety of Turbomachinery types are realized.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigen:Further Features of the invention will become apparent from the claims, the embodiments and with reference to the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description and those mentioned below in the embodiments Features and feature combinations are not limited to those specified Combination, but also in other combinations or in isolation usable without departing from the scope of the invention. Showing:
Das
Verstärkungselement
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