GASTURBINENBAUTEIL UND VERDICHTER MIT EINEM SOLCHEN BAUTEIL

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinenbauteil, insbesondere Flugtriebwerksbauteil bzw. Verdichterbauteil.

In Gasturbinen, insbesondere in Flugtriebwerken wird in der Regel Luft durch eine hintereinander geschaltete Anordnung aus einer Verdichtereinheit, einer Brennkammereinheit und einer Turbineneinheit bewegt. Die Verdichtereinheit sowie die Turbineneinheit weisen dabei Schaufeln auf. In der Regel ist im Bereich der Verdichtereinheit sowie im Bereich der Turbineneinheit jeweils ein Teil dieser Schaufeln an einem Rotor angeordnet und ein Teil dieser Schaufel an einem Stator angeordnet, der den Rotor umgibt. Der Stator wird dabei in der Regel von einem Gehäuse gebildet. Die Schaufeln sind dabei nach Art eines Kranzes bzw. mehrerer Kränze angeordnet und weisen an deren radial außen gelegenen Enden eine Schaufelspitze auf. Bezogen auf die an einem Rotor angeordneten Schaufeln, die so genannten Laufschaufeln, besteht die grundsätzliche Gefahr, dass im radial äußeren Bereich, also im Bereich der Schaufelspitzen, nennenswerte Spaltverluste auftreten, da die Schaufeln relativbeweglich gegenüber dem Stator bzw. dem Gehäuse angeordnet sind bzw. sein müssen. In entsprechender Weise können bei den am Stator angeordneten Schaufeln, den so genannten Leitschaufeln, an den radial innen gelegenen Enden Spaltverluste im Bereich der zwischen diesem und dem Rotor gebildeten Spalten auftreten.

Um dieser Gefahr entgegenzuwirken bzw. die Spaltverluste zu mindern ist bereits bekannt geworden, so genannte Einlaufbeläge vorzusehen. Diese Einlaufbeläge können für Laufschaufeln beispielsweise an der radialen Innenseite des Gehäuses vorgesehen sein. Zusätzlich können dabei die Schaufelspitzen mit Abrasivbelägen versehen sein, die ein Anstreifen der Schaufelspitzen an den Einlaufbelägen unterstützen.

Der Anmelderin ist - zumindest als interner Stand der Technik - ferner bekannt, dass derartige Einlaufbeläge auf Elastomerbasis (z.B. Silikonbasis) sein können bzw. aus Elastomer (z.B. Silikon) oder silikonhaltig (z.B. elastomerhaltig). Derartige Einlaufbeläge auf Elastomerbasis bzw. aus Elastomer oder mit Elastomer zeigen beim Anstreifen ein unregelmäßiges Erscheinungsbild bzw. werden ungleichmäßig abgerieben. Dadurch werden die aerodynamischen Verhältnisse sowie die Spalthaltung verschlechtert, da in der Regel mehr Material als die nominelle Zustellung ausgerieben wird.

Fig. 1 zeigt einen Einlaufbelag mit einem Gehäuse gemäß dem Stand der Technik, wie er der Anmelderin zumindest intern bekannt ist. Wie dort gut zu erkennen ist, ist in dem Einlaufbelag keine Profi-

lierung bzw. sind in dem Einlaufbelag keine Vertiefungen vorgesehen. Wenn nun eine Schaufel - was nicht gezeigt ist - in diesen Einlaufbelag bzw. an diesem Einlaufbelag anstreift, bildet sie genau eine Vertiefung in diesem Einlaufbelag 100, der hier beispielhaft in einem Gehäusesegment 102 angeordnet ist, entsprechend ihrer Schaufelbreite bzw. entsprechend der Breite des Schaufelkranzes.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gasturbinenbauteil zu schaffen, das wenigstens einen Einlaufbelag aufweist und verbesserte Verhältnisse hinsichtlich der aerodynamischen Verhältnisse bzw. der Spalthaltung ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird insbesondere ein Gasturbinenbauteil gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Ein erfindungsgemäßer Verdichter ist Gegenstand des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es wird also erfindungsgemäß insbesondere ein Gasturbinenbauteil vorgeschlagen, das beispielsweise als Flugtriebwerksbauteil gestaltet ist. Das Gasturbinenbauteil ist für eine Gasturbine bzw. für ein Flugtriebwerk vorgesehen. Die Gasturbine bzw. das Flugtriebwerk, für das das bzw. für die das Gasturbinenbauteil bzw. Flugtriebwerksbauteil vorgesehen ist, weist einen Rotor auf, der bezüglich einer vorbestimmten Drehachse drehbar gelagert ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Flugtriebwerk ferner einen Stator aufweist, gegenüber dem der Rotor drehbar gelagert ist. Das erfϊndungsgemäße Gasturbinenbauteil weist einen Einlaufbelag für das Zusammenwirken mit einem relativbeweglich zum Gasturbinenbauteil angeordneten weiteren Bauteil der Gasturbine auf. Dies kann beispielsweise so sein, dass der Einlaufbelag an einem Gehäuse oder Gehäuseabschnitt vorgesehen ist und der Rotor gegenüber diesem Gehäuse bzw. Gehäuseabschnitt, der einen Stator bildet, relativbeweglich bzw. re- latiwerdrehbar ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Gasturbinenbauteil von einem Rotor gebildet wird, und der Rotor somit mit einem Einlaufbelag versehen ist, wobei das „weitere Bauteil" das Gehäuse bzw. ein damit verbundenes Bauteil, wie feststehender Schaufelkranz bzw. feststehende Schaufeln bzw. Leitschaufeln bzw. Leitschaufelkranz, ist. Damit ist also auch der Rotor relativbeweglich gegenüber dem Gehäuse bzw. das Gehäuse relativbeweglich gegenüber dem Rotor. Es ist vorgesehen, dass der Einlaufbelag des Gasturbinenbauteils mehrere voneinander axial beabstandete und jeweils in der sich um eine Achse bzw. Axialrichtung herum erstreckenden Umfangsrichtung um- fangsmäßig geschlossene Vertiefungen aufweist.

Diese Vertiefungen können beispielsweise als Rillen gestaltet sein. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass diese Rillen bzw. diese Vertiefungen im Wesentlichen eine Ebene aufspannen, die besonders bevorzugt quer zur angesprochenen Axialrichtung gelegen ist. Die Axialrichtung bzw. Achse entspricht vorzugsweise im Wesentlichen der Drehachse des Rotors oder einer hierzu parallelen Achse bzw. Richtung.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung sind die quer zur Umfangsrichtung gelegenen Querschnitte der jeweiligen Vertiefung jeweils in Umfangsrichtung gesehen identisch. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die angesprochenen Querschnitte entlang der Umfangsrichtung variieren.

In bevorzugter Ausgestaltung sind die in Axialrichtung beabstandet vorgesehenen Vertiefungen so ausgebildet, dass ihre in der angesprochenen Umfangsrichtung gesehenen Querschnitte einander gleichen. Es kann so insbesondere vorgesehen sein, dass die angesprochenen Vertiefungen jeweils identisch gestaltet sind, und sich lediglich dadurch unterscheiden, dass sie axial beabstandet sind bzw. a- xial an verschiedenen Positionen gelegen sind. Die Querschnitte, die bezogen auf eine Vertiefung o- der auf alle Vertiefungen jeweils in deren Umfangsrichtung quer zu dieser gelegen sind können beispielsweise abgerundet, beispielsweise im Wesentlichen halbkreisförmig oder nach einer Halbellipse, ausgestaltet sein, oder beispielsweise rechteckig oder quadratisch. Auch andere Querschnittsformen sind bevorzugt. Die Vertiefungen können so ausgebildet sein, dass sie sich in Radialrichtung verjüngen oder erweitern oder in Radialrichtung im Wesentlichen konstante Breite aufweisen.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Einlaufbelag bzw. sind die Einlaufbeläge aus Silikon.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist der Einlaufbelag wenigstens vier axial voneinander beabstandete und sich jeweils um eine Achse dieser Axialrichtung herumerstreckenden Umfangsrichtung umfangsmäßig geschlossene Vertiefungen auf. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass vier solcher Vertiefungen oder fünf solcher Vertiefungen oder sechs solcher Vertiefungen oder sieben solcher Vertiefungen oder mindestens acht solcher Vertiefungen oder mindestens zehn solcher Vertiefungen oder mindestens fünfzehn solcher Vertiefungen oder mindestens zwanzig solcher Vertiefungen axial beabstandet voneinander angeordnet am Einbaubelag vorgesehen sind, die umfangsmäßig jeweils geschlossen sind. In vorteilhafter Ausgestaltung spannen diese Vertiefungen jeweils axial beabstandete und parallel zueinander gelegene Ebenen auf. Es kann vorgesehen sein, dass die axialen Zwischenräume der jeweils in axialer Richtung benachbarten Vertiefungen sich in dieser Axialrichtung über eine Breite erstrecken, die < 10 mm, bevorzugt < 8 mm, bevorzugt < 5 mm, bevorzugt < 4 mm, bevorzugt < 3 mm, bevorzugt < 2mm, bevorzugt < 1 mm beträgt. Die Breite ist dabei insbesondere das Maximalmaß in der Breitenrichtung, und zwar insbesondere gemessen in der Axialrichtung die bereits angesprochen wurde.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass das weitere Bauteil, das relativ zu dem Gasturbinenbauteil beweglich angeordnet ist, eine Schaufel, insbesondere Verdichterschaufel, ist, bzw. ein entsprechender Schaufelkranz.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Einlaufbelag, der die mehreren umfangsmäßig geschlossenen Vertiefungen aufweist, einstückig ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Einlaufbelag, der die mehreren umfangsmäßig geschlossenen Vertiefungen aufweist, für einen Schaufelkranz vorgesehen ist, also im für eine Anordnung von Schaufeln die miteinander verbunden sind und umfangsmäßig verteilt angeordnet sind.

Hierbei kann es sich um eine Leitschaufel bzw. einen Leitschaufelkranz oder um eine Laufschaufel bzw. um einen Laufschaufelkranz handeln. Es ist insbesondere vorgesehen, dass sich die entsprechende Schaufel bzw. die entsprechenden Schaufeln desselben Schaufelkranzes im montierten Zustand eines Verdichters über mehrere axial beabstandete entsprechende Vertiefungen des Einlaufbelags erstrecken.

In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass wenigstens ein, insbesondere alle, axialer Richtung benachbarten Vertiefungen, die im Einlaufbelag vorgesehen sind, gegeben sind, jeweils ≥ 0,5 mm, vorzugsweise > 1 mm, vorzugsweise > 2mm, vorzugsweise > 3 mm, vorzugsweise > 5 mm, vorzugsweise > 10 mm breit sind.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist die quer zur Umfangsrichtung in Axialrichtung verlaufende Breite der Nuten bzw. Vertiefungen bzw. Rillen für jede dieser entlang der Umfangsrichtung im Wesentlichen konstant. Es kann auch vorgesehen sein, dass die verschiedenen Vertiefungen im Vergleich jeweils die gleiche Breite in der angesprochenen Richtung aufweisen.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Vertiefungen jeweils eine Tiefe aufweisen, die > 0,05 mm und < 6 mm, bevorzugt > 0,1 mm und < 5 mm, bevorzugt > 0,1 mm und < 3 mm, besonders bevorzugt > 0,1mm und < 2 mm ist. Es kann vorgesehen sein, dass das Gasturbinenteil ein Gehäuse oder ein Gehäusesegment ist, wie beispielsweise Verdichtergehäuse, insbesondere Niederdruckverdichtergehäuse oder Hochdruckverdichtergehäuse bzw. -gehäuse-segment.

Das Gasturbinenbauteil kann aber auch beispielsweise ein Rotor sein.

Ferner wird erfindungsgemäß ein Verdichter gemäß Anspruch 9 vorgeschlagen.

Der Verdichter kann mit Einzelschaufeln oder mit einem Integralrotor, wie BLISK oder BLING. versehen sein, wobei die Einzelschaufeln bzw. die Schaufeln des Integralrotors mit Vertiefungen des Einlaufbelags zusammenwirken. Das Zusammenwirken der angesprochenen Schaufeln mit den Einlaufbelägen bzw. den dort angeordneten Vertiefungen sind insbesondere zur Spaltabdichtung vorgesehen bzw. um Spaltverluste zu reduzieren.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Einlaufbelag mit den mehreren Vertiefungen für genau ein und denselben Schaufelkranz vorgesehen ist. Es ist also insbesondere die Schaufelbreite relativ zur Breite der Vertiefungen so, dass die Schaufel sich über mehrere der Vertiefungen in Axialrichtung erstreckt. Dies gilt insbesondere für die Gestaltung des Gasturbinenbauteils mit dem Einlaufbelag sowie für den Verdichter. Es ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Einlaufbelag einstückig ist. Besonders bevorzugt ist der Einlaufbelag aus einem Material bzw. aus nur einem Material.

Im Folgenden soll nun ein Ausführungsbeispiel anhand der Figur näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein in einem Gehäuse vorgesehener Einlaufbelag ohne Profilierung entsprechend dem Stand der Technik; und

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Gasturbinenbauteil bzw. einen erfindungsgemäßen Verdichter in teilweise schematischer Ansicht.

Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Gestaltung entsprechend der Erfindung. Gezeigt ist insbesondere ein Verdichter 1 in teilweiser Ansicht, der ein ebenfalls teilweise gezeigtes Gehäusebauteil 10 aufweist. Das Gehäusebauteil 10 ist mit einem Einlaufbelag 12 versehen. In diesem Einlaufbelag 12 ist eine Mehrzahl von Vertiefungen bzw. Nuten 14 vorgesehen, die bezogen auf die Drehrichtung eines nicht dargestellten Rotors bzw. in Bezug auf die Axialrichtung, die schematisch durch den Doppelpfeil 16 dargestellt ist, und die Drehachse des Rotors bzw. an ihr zur Parallelachse verdeutlichen soll, axial beabstandet voneinander angeordnet sind. Die Vertiefungen sind hier beispielhaft als Umfangsrillen bzw. umfangsmäßig geschlossene Rillen ausgebildet, und weisen einen jeweils einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Breite 18 der Vertiefungen bzw. Rillen 14 ist bei der Gestaltung gemäß Fig. 2 so, dass je Rille 14 die Breite 18 konstant ist. Im Vergleich der Rillen 14 untereinander sind Rillen 14 gegeben, die unterschiedliche Breite aufweisen, wie beispielhaft anhand der Rillen bzw. Vertiefungen 18a und 18b verdeutlicht ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Breite der Rillen bzw. Vertiefungen 14 über sämtliche Vertiefungen 14 identisch ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Breite 18 der Rillen ein Mindestmaß von 1 mm aufweist. Ferner kann vorgesehen sein, dass der zwischen benachbarten Rillen bzw. Vertiefungen 14 gegebene axiale Zwischenraum < 5 mm ist.

Wie gut in Fig. 2 entnommen werden kann, sind in dem Einlaufbelag 12 mehr als drei, nämlich hier sechs, Vertiefungen bzw. Umfangsrillen 14 vorgesehen.

Es ist also insbesondere eine Profilierung durch Umfangsrillen 14 gegeben.

Der Belag 12 ist also bei der Gestaltung gemäß dem Ausfuhrungsbeispiel profiliert, und zwar durch Einbringung von Umfangsrillen 14 im Einlaufbelag 12. Das Gehäusebauteil 10 bzw. das Gasturbinenbauteil 10 mit dem Einlaufbelag 12 ist dazu bestimmt, mit einer Schaufel bzw. mit den Schaufeln eines Schaufelkranzes zusammenzuwirken, um eine Abdichtung zu bewirken bzw. Spaltverluste zu verringern. Dies ist insbesondere so, dass die Schaufeln des Schaufelkranzes am Einlaufbelag 12 anstreifen. Dieses Anstreifen ist insbesondere so, dass die Schaufelbreite sich dabei über mehrere axial versetzt zueinander angeordnete und benachbarte Vertiefungen 14 erstreckt. Durch den Doppelpfeil 22 ist beispielhaft eine Schaufelbreite angedeutet. Eine derartige Schaufel bzw. ein derartiger Schaufelkranz wirkt insbesondere bei einem Verdichter 1 mit dem Gasturbinenbauteil bzw. Gehäusebauteil, das mit dem Einlaufbelag 12 versehen ist, zusammen.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass das gleichmäßige Ausreiben des Einlaufbelags 12 gemäß der beispielhaften Erfindung zur gewollten Spalteinstellung ohne Störung der Aerodynamik durch erhöhte Rauheit der Beläge führt.

Mit der in Fig. 2 gezeigten Gestaltung kann das AnstreifVerhalten verbessert werden.