DE2711176B1

DE2711176B1 - Vorrichtung zur Pruefung von Anstreifvorgaengen zwischen rotierenden und feststehenden Bauteilen von Stroemungsmaschinen,insbesondere Gasturbinentriebwerken

Info

Publication number: DE2711176B1
Application number: DE2711176A
Authority: DE
Inventors: Albert Dipl-Ing Sickinger; Max Wunder
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1977-03-15
Filing date: 1977-03-15
Publication date: 1978-08-17
Also published as: DE2711176C2; IT1101827B; IT7848398A0; US4169367A; GB1598465A; JPS53134107A; FR2384252A1

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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.