DE2711176B1 - Vorrichtung zur Pruefung von Anstreifvorgaengen zwischen rotierenden und feststehenden Bauteilen von Stroemungsmaschinen,insbesondere Gasturbinentriebwerken - Google Patents
Vorrichtung zur Pruefung von Anstreifvorgaengen zwischen rotierenden und feststehenden Bauteilen von Stroemungsmaschinen,insbesondere GasturbinentriebwerkenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Prüfung von Anstreifvorgängen zwischen rotierenden
und feststehenden Bauteilen von Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken.
Bei Strömungsmaschinen, z. B. Gasturbinentriebwerken, ergeben sich nach wie vor Probleme hinsichtlich
der Auswahl geeigneter Werkstoffe zwischen im Betrieb miteinander korrespondierenden Dichtelemen-
J5 ten, ζ. B. zwischen dem Verdichter- oder Turbinenrotor
und dem Verdichter- bzw. Turbinenstator.
Darüber hinaus ist es bei neuzeitlichen Gasturbinenstrahltriebwerken
vielfach üblich, sogenannte »innenringlose« Leitgitter, z. B. für den Verdichterstator bzw.
»deckbandlose« Laufschaufeln an Verdichter- oder Turbinenläufern vorzusehen.
Zwecks möglichst geringer Leckspalte ist es hierbei vorgesehen, die Schaufelspitzen in einer ersten Anfahrphase
des Triebwerks an den Schaufelenden zugewandten, am Stator angeordneten Einlaufbelägen entlangstreifen
bzw. sich einschleifen zu lassen.
Ferner muß bei Gasturbinentriebwerken gelegentlich damit gerechnet werden, daß insbesondere im turbinenseitigen
Bereich auftretende, thermisch bedingte Exzentrizitäten zwischen Rotor und Stator zu ungewollten
Anstreifvorgängen z.B. zwischen den Turbinenlaufschaufelspitzen und diesen zugewandten Dichtflächen
am Turbinenstator kommt wobei letzterer Fall auch eine Laufschaufelkonzeption mit einschließt bei der das
Schaufeldeckband beispielsweise gleichzeitig als Labyrinthdichtung ausgebildet ist
In diesen und ähnlich gelagerten Fällen ist es wichtig, Werkstoffpaarungen zwischen im Betrieb rotierenden
und feststehenden Bauteilen zu schaffen, die den betrieblichen Anforderungen u. a. hinsichtlich der
Temperaturbelastbarkeit der Verformbarkeit des Spannungs- Dehnungsverhaltens sowie u. a. hinsichtlich
der Haftungsfähigkeit z. B. am Dichtungsträger oder Gehäuse, otpimal gewachsen sein sollten.
Um einen gefahrlosen Betrieb einer Strömungsmaschine bzw. eines Gasturbinentriebwerkes zu gewährleisten,
erscheint es weiterhin als besonders wichtig, grundsätzlich schon in der Entwurfsphase oder gar beim
Vorentwurf einer derartigen Maschine die notwendigen Aufschlüsse über die Wahl im Rahmen des besprochenen
Problemkreises geeigneter Werkstoffe zu erhalten.
Hierzu gehört selbstverständlich auch die Erprobung bisher in der Praxis noch nicht verwendeteter
Werkstoffsorten bzw. Werkstoffzusammensetzungen, die im Rahmen einer Umrüstung bei bereits bestehenden
Strömungsmaschinen- bzw. Triebwerkskonzeptionen zum Einsatz gebracht werden sollen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Rahmen der vorstehend erörterten Problematik geeignete
Vorrichtung zu schaffen, mit der optimale Materialkombinationen ermittelt werden können sollen,
und zwar besonders im Hinblick auf in der Praxis auftretende Anstreifvorgänge bei Strömungsmaschinen, ι s
vorzugsweise Gasturbinentriebwerken.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Prüfung der Anstreifvorgänge
in der Kombination zwischen sich drehenden und feststehenden Bauteilen und/oder Materialproben derselben
erfolgt, wozu ein motorisch angetriebener Rotationskörper, z. B. eine Scheibe, sowie eine in axialer
und radialer Richtung gegenüber dieser Scheibe verstellbare Halterung mit den Bauteilen bzw. Materialproben
bestückbar sind.
Dadurch sind geeignete Materialpaarungen ohne weiteres zu ermitteln.
Anhand eines Ausführungsbeispiels ist die Erfindung in den Zeichnungen weiter erläutert; es zeigt
F i g. 1 eine schematisch dargestellte Vorderansicht
der Vorrichtung und
F i g. 2 ein Seitenteil des zur Vorrichtung nach F i g. 1 gehörigen U-förmigen Bügels.
Bei der Vorrichtung nach F i g. 1 und 2 ist als motorisch angetriebener Rotationskörper z. B. eine
Scheibe 1 vorgesehen, der eine in axialer und radialer Richtung gegenüber dieser Scheibe 1 verstellbare bzw.
gegen diese zustellbare Halterung 2 zugeordnet ist
Die verstellbare Halterung 2 ist in Form eines mit seinen beiden freien Schenkeln gegen die Scheibe 1
geöffneten, U-förmigen Bügels 3 ausgebildet, in welchem ein federnd ausgehängter Aufspannblock 4
eine der Scheibe 1 rotationssymmetrisch zugewandte Aufspannfläche für ein zu testendes Bauteil bzw. eine
Materialprobe 5 aufweist Bei dieser Materialprobe 5 kann es sich beispielsweise um einen am Strömungsmaschinengehäuse
zu befestigenden Reibelag handeln. Bei den an der Scheibe 1 befestigten Materialproben 6 kann
es sich beispielsweise um Laufschaufel-Simulatoren handeln.
Ebenso wäre es vorstellbar, anstelle eines Reibbelags für die Materialprobe 5 simulierte Verdichter- oder
Turbinenleitschaufeln am Aufspannblock 4 anzuordnen sowie anstelle der als Schaufelsimulatoren gewählten
Materialproben 6 einen harten Anlaufbelag am äußeren Umfang der Scheibe 1 zu befestigen.
Fernerhin wäre es z. B. vorstellbar, mit der Vorrichtung das Anstreifen von Labyrinthdichtungen an
statinären Dichtungsträgern zu sumulieren, wobei hierzu dann die Dichtkämme auf der Scheibe 1, so
hingegen der Einlaufbelag des Dichtungsträgers den Dichtkämmen gegenüber am Aufspannblock 4 zu
befestigen wären.
Die Vorrichtung nach der Erfindung schließt selbstverständlich die Möglichkeit mit ein, anstelle von
Bauteil-Simulatoren wie z. B. Leit- oder Laufschaufel-Simulatoren, komplette aus der Serienfertigung entnommene
Strömungsmaschinenbauteile, also z. B. Leitoder Laufschaufeln, zu Testzwecken einzusetzen.
Gemäß F i g. 1 kann der Aufspannblock 4 weiter über im wesentlichen parallel zur vertikalen Längsmittelebene
der Scheibe 1 angeordnete, ausschließlich eine radiale und axiale Bewegung zulassende Federstäbe 7
am Bügel 3 aufgehängt bzw. befestigt sein. Wie aus der Zeichnung weiter ersichtlich, soll der U-förmige Bügel 3
für die radiale Verstellung gegenüber der Scheibe 1 entlang Gleitführungen 8 verfahrbar sein, die an einem
oberen Aufnahmerahmen 9 angeordnet sind, an welchem auch die Antriebseinrichtungen wie Motor 10,
Getriebe 11 sowie eine Verstellspindel 12 über ein Druckstück 14 an den Bügel 3 rückwärtig angreifen. Die
Gewindemuffe 13 ist weiter in einem am oberen Aufnahmerahmen 9 befestigten Tragkörper 15 gelagert.
Für die Axialverstellung bzw. Zustellung gegenüber der Scheibe 1 kann der obere Aufnahmerahmen 9
zusammen mit dem Bügel 3 entlang parallel zur Längsachse der Scheibe 1 bzw. deren Antriebswellenstrang
verlaufenden, an einem unteren Aufnahmerahmen 16 der Vorrichtung angeordneten Gleitführungen
17,18 verschoben werden.
Die in der Zeichnung nicht weiter dargestellten Antriebseinrichtungen für die Axialverstellung, wie
Motor, Getriebe, Verstellspindel und deren Lagerung können über einen in in der waagrechten Mittelebene
der Scheibe 1 gelegenen Punkt 19 seitlich an den Bügel 3 angreifen und am unteren Aufnahmerahmen 16
angeordnet sein.
Als Antriebsmotoren, z. B. 10, für die Axial- bzw. Radialverstellung können als sogenannte »Schritt-Schalt-Motoren«
ausgebildete Elektromotoren zugrundegelegt werden und die Getriebe, z.B. 11, zwischen
Motor und Spindel, können als Ketten- oder Radgetriebe ausgebildet sein.
Nach der Zeichnung stützt sich weiter der Aufspannblock 4 auf der der Scheibe 1 abgewandten Seite über
ein im wesentlichen in der waagrechten Längsmittelebene der Scheibe 1 liegendes, mittels einer Vorspannschraube
20 justierbares Verbindungsglied 21 am U-förmigen Bügel 3 ab. Dieses Verbindungsglied 21
weist zur Radialkraftmessung eine Dehnmeßstreifen-Dose 22 auf und ist weiter über eine Kugepfanne 23 am
Aufspannblock 4 angelenkt.
Gemäß F i g. 2 stützt sich der Aufspannblock 4 über ein weiteres in der waagrechten Längsmittelebene der
Scheibe 1 liegendes, mittels einer Vorspannschraube 24 justierbares Verbindungsglied 25 in axialer Richtung an
einem seitlichen Wandteil 26 des U-förmigen Bügels 3 ab. Zur Axialkraftmessung wiest auch dieses Verbindungsglied
25 eine Dehnmeßstreifen-Dose 27 auf und es ist ebenfalls weiter über eine Kugelpfanne 28, hier
jedoch im Punkt 29, am Aufspannblock 4 angelenkt.
In den Zeichnungen nicht weiter dargestellt, kann in den Kraftfluß zwischen Scheibe und zugehörigen
Antriebsmotor eine Drehmomentmeßeinrichtung für die gleichzeitige Ermittlung der auftretenden Schnitt-
und Reibleistungen geschaltet sein.
Es kann weiter ein stufenloser, hinsichtlich seiner Drehzahl variabler Antrieb für die Scheibe vorgesehen
sein.
Gemäß einer weiteren in den Zeichnungen nicht weiter erläuterten Ausführungsform soll der Bügel und
damit die am Aufspannblock befestigte Materialprobe in axialer und radialer Richtung unabhängig voneinander
mit unterschiedlichen Vorschubgeschwindigkeiten verstellbar sein, und zwar über eine gemeinsame,
externe Steuereinrichtung.
Im übrigen kann zur Kalibrierung der in F i g. 1 und 2
dargestellten, zur Radial- bzw. Axialkraftmessung vorgesehenen Dehnmeßstreifen-Dosen 22 bzw. 27
jeweils eine Eichdose in Serie zu diesen Betriebsdosen angebracht werden. Auf diese Weise kann die statisch
eingeleitete Kraft jeweils immer von einer Eich- und einer Betriebsdose (22 bzw. 27) gleichermaßen erfaßt
werden.
Ein brauchbares Meßergebnis resultiert dann aus einem Vergleich zwischen den Ist-Wert (Betriebsdose)
und dem Sollwert an der Eichdose.
Ferner können durch entsprechende Anbringung von Thermoelementen in den Materialproben am drehenden
bzw. feststehenden Teil der Vorrichtung die Temperaturverläufe beim Anstreiftest ermittelt werden.
Claims (11)
1. Vorrichtung zur Prüfung von Anstreifvorgängen zwischen rotierenden und feststehenden Bauteilen
von Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken, dadurch gekennzeichnet,
daß die Prüfung der Anstreifvorgänge in der Kombination zwischen sich drehenden und f estehenden
Bauteilen und/oder Materialproben (5, 6) derselben erfolgt, wozu ein motorisch angetriebener
Rotationskörper, z. B. eine Scheibe (1), sowie eine in
axialer und radialer Richtung gegenüber dieser Scheibe verstellbare Halterung (2) mit den Bauteilen
bzw. Materialproben bestückbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als verstellbare Halterung (2) ein mit
seinen beiden freien Schenkeln gegen die Scheibe (1) geöffneter, U-förmiger Bügel (3) vorgesehen ist, in
dem ein Aufspannblock (4) federnd aufgehängt ist, der eine der Scheibe (1) rotationssymmetrisch
zugewandte Aufspannfläche für ein zu testendes Bauteil bzw. eine Materialprobe (5) aufweist
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufspannblock (4) über im
wesentlichen parallel zur vertikalen Längsmittelebene der Scheibe (1) angeordnete, ausschließlich eine
radiale und axiale Bewegung zulassende Federstäbe (7) am Bügel (3) aufgehängt bzw. befestigt ist.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der U-förmige Bügel
(3) für die radiale Verstellung gegenüber der Scheibe (1) entlang Gleitführungen (8) verfahrbar ist, die an
einem oberen Aufnahmerahmen (9) angeordnet sind, an welchem auch die Antriebseinrichtungen wie
Motor (10), Getriebe (11), Verstellspindel (12) und deren Lagerung für die Radialverstellung befestigt
sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Aufnahmerahmen (9)
zusammen mit dem Bügel (3) entlang parallel zur Längsachse der Scheibe (1) bzw. deren Antriebswellenstrang
verlaufenden, an einem unteren Aufnahmerahmen (16) der Vorrichtung angeordneten
Gleitführungen (17,18) verschiebbar ist
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtungen für die
Axialverstellung (Motor, Getriebe, Verstellspindel und deren Lagerung) über einen in der waagerechten
Mittelebene der Scheibe gelegenen Punkt (19) seitlich an den Bügel (3) angreifen und am unteren
Aufnahmerahmen (16) angeordnet sind
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Aufspannblock
(4) auf der der Scheibe (1) abgewandten Seite über ein im wesentlichen in der waagrechten
Längsmittelebene der Scheibe (1) liegendes, mittels einer Vorspannschraube (20) justierbares Verbindungsglied
(21) am U-förmigen Bügel (3) abstützt, wobei dieses Verbindungsglied (21) zur Radialkraftmessung
eine Dehnmeßstreifen-Dose (22) aufweist und weiter über eine Kugelpfanne (23) am
Aufspannblock (4) angelenkt ist
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß sich der Aufspannblock
(4) über ein im wesentlichen in der waagerechten Längsmittelebene der Scheibe (1)
liegendes, mittels einer Vorspannschraube (24) justierbares Verbindungsglied (25) in axialer Richtung
an einem seitlichen Wandteil (26) des U-förmigen Bügels (3) abstützt, wobei dieses
Verbindungsglied (25) zur Axialkraftmessung eine Dehnmeßstreifen-Dose (27) aufweist und weiter
über eine Kugelpfanne (28) am Aufspannblock (4) angelenkt ist
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß in den Kraftfluß
zwischen Scheibe (1) und zugehörigen Antriebsmotor eine Drehmomentmeßeinrichtung für die gleichzeitige
Ermittlung der auftretenden Schnitt- und Reibleistungen geschaltet ist.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß ein stufenloser, hinsichtlich
seiner Drehzahl variabler Antrieb für die Scheibe vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 10,
dadurch gekennzeichnet daß der Bügel (3) und damit die am Aufspannblock (4) befestigte Materialprobe
(5) bzw. das Bauteil hinsichtlich voneinander abweichender Vorschubgeschwindigkeiten in axialer
und radialer Richtung gleichzeitig steuerbar sind.
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