用于涡轮机器的压缩机的可磨密封件组合物
阅读：461发布：2024-01-03
专利汇可以提供用于涡轮机器的压缩机的可磨密封件组合物专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于 涡轮 机器的可磨 密封件 (36)的组合物，具体是粉末形式的组合物，所述密封件(36)在与所述 涡轮机 器的 转子 接触 的情况下能够 破碎 。密封件形成在基材壳体(28)的弧形壁(30)上。所述组合物包含：占多数的金属相，其中按 质量 计 铝 占多数，存在一些铬；占少数的第二相，其包含矿物材料和/或有机材料。本发明还涉及一种用于制造涡轮机器的可磨密封件(36)的方法，具体是用于喷气 发动机 的低压 压缩机 ，也称为助推器。，下面是用于涡轮机器的压缩机的可磨密封件组合物专利的具体信息内容。
1.一种用于涡轮机器的可磨密封件的组合物，所述密封件在与所述涡轮机器的转子接触的情况下能够破碎，所述组合物包括：
铝质量占多数的金属相，
包含矿物材料和/或有机材料的第二相；
其中
所述金属相还包含铬和镍，所述金属相按质量计包含比镍多的铬。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述金属相按质量计包含20％至45％的铬。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述有机材料包括聚酯，所述矿物材料包括六方氮化硼。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述金属相占组合物质量的82％至90％。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述第二相占组合物质量的10％至25％。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述第二相包含下列材料中的至少一种：聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、双马来酰亚胺、氟塑料、酮基树脂、聚合物液晶；或这些的任何组合。
7.根据权利要求1所述的组合物，其中所述第二相包含下列材料中的至少一种：二硫化钼、石墨、滑石、膨润土、云母；或这些的任何组合。
8.一种用于涡轮机器的压缩机，包括具有转子叶片的转子和与所述转子叶片以密封方式配合的可磨密封件，其中可磨密封件包括组合物，所述组合物包括：
铝质量占多数的金属相，所述金属相还包含铬和镍，所述金属相按质量计包含比镍多的铬；和
包含矿物材料和/或有机材料的第二相。
9.根据权利要求8所述的压缩机，其中所述压缩机包括有机基质复合物壁和在所述壁和所述可磨密封件之间的界面，所述可磨密封件布置在所述有机基质复合物壁上，所述界面由金属带件形成。
10.根据权利要求8所述的压缩机，其中可磨密封件的径向厚度大于或等于转子叶片的平均厚度。
11.一种用于产生喷气发动机的可磨密封件的方法，所述密封件包括弧形壁和施加于弧形壁的可磨组合物，所述方法包括以下步骤：
提供或产生弧形壁；
通过热喷涂将可磨的密封组合物施加到弧形壁上，所述组合物包含在金属相中占多数的铝，和包含矿物材料和/或有机材料的第二相；其中所述金属相还包含铬和镍，所述金属相按质量计包含比镍多的铬。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在施加步骤期间，通过等离子喷涂施加组合物。
用于涡轮机器的压缩机的可磨密封件组合物
技术领域
背景技术
[0002] 转子叶片的末端与围绕它们的壳体之间的机械间隙引起泄漏，这降低了涡轮机器的压缩机的性能。为了减少这种泄漏，必须在保持安全裕度的同时减小叶片和壳体之间的距离。实际上，在接触的情况下，叶片和壳体都可能被损坏，从而危及涡轮机的安全操作。这种事件仍然是常见的，具体是由于转子的振动、摄取、离心力、膨胀和偏心。因此，在壳体和刀片之间的界面处添加可磨材料层使得能够在接触的情况下控制损坏，因为这种损坏仅限于会破碎的密封件材料。
[0003] EP 3023511A1公开了一种用于涡轮机的可磨密封件的组合物，该组合物包含铝基、镍粉和聚酯粉末。该文献还教导了一种用于轴流式涡轮机器的低压压缩机的外壳体，其具有围绕环形排转子叶片的可磨密封件。该密封件包括覆盖有可磨材料层的圆形基材，该可磨材料层包括主要由铝组成的，具有较小比例的镍的金属相。可磨材料还包含25％至55％的添加剂，例如聚酯(polyester)、甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate)、六方氮化硼(hexagonal boron nitride)、氟化钙(calcium fluoride)。基材被分段并形成压缩机的有机基质外壳体复合物。现在，可以改善这种密封件的特性。此外，密封件的施加仍然很复杂。
发明内容
[0004] 技术问题
[0005] 本发明的目的是解决现有技术中提出的至少一个问题。更具体地，本发明的目的是优化密封件的易碎性。本发明的目的还在于提出一种简单、耐用、轻便、经济、可靠、易于生产、易于维护和易于检查的解决方案，并且提高效率。
[0006] 技术方案
[0007] 本发明涉及一种用于涡轮机器的可磨密封件的组合物，具体是粉末形式的组合物，所述密封件在与所述涡轮机器的转子接触的情况下能够破碎，所述组合物包含：铝质量占多数的金属相，包含矿物材料和/或有机材料的第二相；值得注意的是，金属相还包含铬。金属相还包含镍。金属相按质量计包含比镍更多的铬。
[0008] 镍的添加具有令人感兴趣的物理性质，具体是在硬度和韧性方面，使得能够在可磨材料的硬度/韧性与其成本之间获得良好的折衷。
[0009] 根据本发明的有利实施方案，组合物可以包含一种或多种以下单独使用或以任何可行的技术组合的特征：
[0010] -金属相按质量计包含20％至45％的铬。
[0011] -聚合物材料包括聚酯，有机材料包括六方氮化硼。
[0012] -金属相由铝和铬组成。
[0013] -金属相占组合物质量的50％至90％。
[0014] -金属相占组合物质量的82％至90％。
[0015] -第二相占组合物质量的10％至50％。
[0016] -第二相占组合物质量的10％至25％。
[0017] -第二相包含下列材料中的至少一种：聚酰亚胺(polyimide)、聚酰胺酰亚胺(polyamideimide)、聚醚酰亚胺(polyetherimide)、双马来酰亚胺(bismaleimide)、氟塑料(fluoroplastic)、酮基树脂(ketone-based resin)、聚合物液晶；或这些的任何组合。
[0019] 本发明还涉及一种用于涡轮机器的可磨密封件的组合物，具体是粉末形式的组合物，所述密封件在与所述涡轮机器的转子接触的情况下能够破碎(crumble)，所述组合物包含：铝质量占多数的金属相，包含矿物材料和/或有机材料的第二相；值得注意的是，金属相占组合物质量的80％至90％，和/或至少表示：占组合物质量的81％、或82％或83％。
[0020] 本发明还涉及一种用于涡轮机器的可磨密封件的组合物，具体是粉末形式的组合物，所述密封件在与所述涡轮机器的转子接触的情况下能够破碎，所述组合物包含：铝质量占多数的金属相，包含矿物材料和/或有机材料的第二相；值得注意的是，矿物材料占组合物质量的10％至45％、或10％至25％。
[0021] 本发明还涉及一种用于涡轮机器的可磨密封件的组合物，具体是粉末形式的组合物，所述密封件在与所述涡轮机器的转子接触的情况下能够破碎，所述组合物包含：铝质量占多数的金属相，包含矿物材料和/或有机材料的第二相；值得注意的是，有机材料占组合物质量的10％至45％、或10％至25％。
[0022] 本发明还涉及一种用于涡轮机器的可磨密封件的组合物，具体是粉末形式的组合物，所述密封件在与所述涡轮机器的转子接触的情况下能够破碎，所述组合物包含：铝质量占多数的金属相，第二相；值得注意的是，第二相包含下列材料中的至少一种：聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、双马来酰亚胺、氟塑料、酮基树脂、聚合物液晶、二硫化钼、石墨、滑石、膨润土、云母；或任何可行的组合。
[0023] 本发明还涉及一种用于涡轮机器的压缩机，具体是用于涡轮机器的低压压缩机，包括具有转子叶片的转子和与所述转子叶片密封配合的可磨密封件，值得注意的是，可磨密封件包括根据本发明的组合物。
[0024] 根据本发明的有利实施例，压缩机可以包括一种或多种以下单独使用或以任何可能的技术组合的特征：
[0025] -压缩机包括有机基质复合物壁和在所述壁和所述可磨密封件之间的界面，所述可磨密封件布置在所述有机基质复合物壁上，所述界面由金属带件形成。
[0026] -以密封方式与可磨密封件配合的转子叶片由钛制成。
[0027] -转子叶片配置成以跨音速运行。
[0028] -可磨密封件的径向厚度大于或等于转子叶片的平均厚度，和/或大于或等于3.00mm。
[0030] -由可磨材料制成的密封件的紧凑性大于或等于：90％、或95％、或98％、或99％。
[0031] 本发明还涉及一种涡轮机器，具体是喷气发动机，其包括可磨密封件，值得注意的是可磨密封件的组成符合本发明，涡轮机器可以包括根据本发明的压缩机。
[0032] 本发明还涉及一种用于制造涡轮机器的可磨密封件的方法，具体是用于喷气发动机，该密封件包括弧形壁和施加于弧形壁的可磨组合物，该方法包括以下步骤：(a)提供或产生弧形壁；(f)通过热喷涂将可磨密封件组合物施加到弧形壁上，所述组合物包含在金属相中占多数的铝、和第二相；值得注意的是，在施加步骤(f)中，金属相还包含镍，可能在施加步骤(f)的开始和/或结束时，组合物符合本发明。
[0033] 根据本发明的一个有利形式，在施加步骤(f)期间，通过等离子喷涂施加组合物。
[0034] 通常，本发明的每个主题的有利实施例也适用于本发明的其他主题。本发明的每个主题可以与其他主题组合，并且本发明的主题还可以与说明书的实施例组合，此外，可以根据所有技术上可能的组合彼此组合，除非明确相反说明。
[0035] 产生的优势
[0036] 可磨组合物中铬的存在提供了在基材上改善的锚定(anchoring)。例如，改善了与金属带件的内聚力，具体是粘合到有机基质复合物壳体上。
[0037] 同时，增加了由等离子喷涂产生的可磨材料的易碎行为。这具体归因于金属部分和第二部分的更好混合。这些中的每一个都形成比现有技术更小的颗粒。颗粒的几何形状和表面可以显示出更好的相互渗透。附图说明
[0038] 图1示出了根据本发明的轴流式涡轮机器。
[0039] 图2是根据本发明的涡轮机器的压缩机的图。
[0040] 图3示出了根据本发明的涡轮机器的可磨密封件。
[0041] 图4示出了根据本发明的用于为涡轮机器产生可磨密封件的方法的图。
具体实施方式
[0042] 在以下描述中，术语“内部”和“外部”是指相对于轴向涡轮发动机的旋转轴线的位置。轴向方向对应于沿涡轮机器的旋转轴线的方向。径向方向垂直于旋转轴线。上游和下游指的是涡轮机器中的流动的主要流动方向。
[0043] 金属相可以理解为材料的物理性质。
[0044] 可磨材料(abradable material)应理解为与涡轮机器的转子元件接触时会破碎的材料。该材料可适于在其中集中磨损和变形，同时保持转子的完整性。
[0045] 图1是轴流式涡轮机器的简化图。这种具体情况是涡扇发动机的情况。喷气发动机2包括称为低压压缩机4的第一压缩级、称为高压压缩机6的第二压缩级、燃烧室8和一个或多个涡轮机级10。在操作中，通过中心轴传递到转子12的涡轮机10的机械功率使两个压缩机4和6移动。后者(两个压缩机)包括与成排定子叶片相关联的多排转子叶片。因此，转子围绕其旋转轴线14的旋转使得可以产生空气流并且逐渐地将空气流压缩到燃烧室8的入口。
[0046] 进气风扇16联接到转子12并产生空气流，该空气流被分成核心流18和旁路流20，所述核心流18穿过涡轮机器的各个上述级，所述旁路流20沿着机器穿过环形管道(部分示出)，以便然后在涡轮机出口处重新加入核心流。
[0047] 可以加速旁路流以产生飞机飞行所需的推力反应。核心流18和旁路流20是同轴环形流，一个在另一个内。它们由涡轮机器壳体和/或整流罩(shrouds)经管道运行。为此，壳体具有圆柱形壁21，其可以是内部的和外部的。
[0048] 图2是诸如图1这样的轴流式涡轮机器的压缩机的截面图。压缩机可以是低压压缩机4。该图示出了风扇16和分流器22的用于将核心流18与旁路流20分离的一部分。转子12包括多排转子叶片24，在这种情况下为三排。
[0049] 低压压缩机4包括多个定子，在当前情况下为四个，每个定子包含其中的一排定子叶片26。某些定子叶片的取向可以调节，在这种情况下，这些定子叶片也称为可变桨距叶片(variable-pitch vanes)。每个定子与风扇16或与一排转子叶片相关联，以整流气流，从而将流速转换成压力，具体是转换成静压。
[0050] 压缩机4可以包括外壳体28。该壳体可以包括弧形壁30。该壁30可以呈现围绕旋转轴线14的整体闭合环状(monolithic closed hoop)，或者由半壳或甚至半圆形成。
[0052] 定子叶片26基本上从壁30径向延伸，并且可以通过销32紧固和固定在其上。可选地，定子叶片26包括固定平台34，固定平台34可以接收固定销32。叶片和平台都可以由钛制成。
[0053] 定子通过其壳体28接收至少一个环形密封件36，可以是围绕每个环形排的转子叶片24的环形密封件36。至少一个或多个环形密封件或每个环形密封件36可以是具有可磨材料38的环形层的可磨密封件。因此，密封件是可磨密封件36，它们有助于通过使叶片24和壳体28更靠近在一起来减少泄漏。
[0054] 可选地，内整流罩40连接到定子叶片26的内端。这些整流罩40还可以接收如本发明所述的可磨密封件，并以密封方式与转子12配合。
[0055] 图3示出了用于诸如图2所示的压缩机的可磨密封件36。该图示出了壳体28或基材28的壁34，施加到其上的密封件36的可磨层38，以及两个定子叶片26之间的转子叶片24的端部。
[0056] 可磨层38从叶片26的一个平台34延伸到下一个平台，这属于布置在上游或下游的相邻排。至少一个可磨密封件或每个可磨密封件可以与叶片平台的材料接触，可以是电接触。
[0057] 可磨层38可以直接施加到壳体28的壁30上。此外，密封件36可以包括在基材和可磨层38之间的中间层。中间层可以是带件42，例如钢板或镍板。带件42可以经穿孔和/或切割。它可以具有恒定的厚度。可磨层38可以比带件42厚。
[0058] 带件42可以结合到壁30，和/或通过叶片26的平台34保持。可选地，带件42的上游和/或下游边缘夹在平台34和壁30之间。
[0059] 可磨层38具有与核心流18接触的内表面44。其表面44在压缩核心流的过程中引导并限制核心流18。它可以与平台34的内表面齐平。
[0060] 形成可磨层38以及密封件36的材料的组成可以包括至少两个混合相，具体是金属相和第二相。第二相可以是矿物和/或有机物。可磨材料可以是复合物；和/或颗粒状；和/或由其某些成分填充的空间。第二相可以形成润滑剂。
[0061] 金属相主要包含铝。组合物的金属相是铝基的。也就是说，可磨材料的金属中质量最大的是铝。铝占主导优化了密封件36的质量。金属相还可以包含铬，其质量比例小于铝。
[0062] 金属相可以包含20％至45％的铬，和55％至80％的铝。铝和铬可以是仅有的两种金属，其中每种质量占组合物质量的至少0.10％或至少1％。金属相可以由铝和铬组成。
[0063] 可选地，金属相还可以包含镍，具体是质量比例比铬的小，例如小两倍。
[0064] 举例来说，金属相可以按质量计包含10％的铬和/或5％的镍；或按质量计，30％的铬和10％的镍。
[0065] 此外，金属相可包含铁、铜、锌、锰、镁和/或杂质；这些组分单独或总共代表金属相质量的1％至0.1％。
[0066] 组合物的第二相的有机材料可以包括聚合物，例如聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、双马来酰亚胺、氟塑料、酮基树脂、聚合物液晶；或这些的任何可能的组合。
[0067] 第二相还可以包括六方氮化硼、氟化钙、二硫化钼、石墨、滑石、膨润土、云母；或这些的任何可能的组合。这些材料可以被认为是矿物材料。
[0068] 第二相可以包含至少一种矿物材料与至少一种有机材料的混合物。
[0069] 第二相的质量可以表示为：组合物质量的5％至50％、或15％至25％、可以是20％。金属相可以代表可磨层的大部分体积，也就是说金属相可以形成接收第二相的基质。
[0070] 可以的是，可磨层可以由金属粉末颗粒形成，其中颗粒间空间填充有第二相。可磨层中的空隙小于1％，优选小于0.1％。
[0071] 图4是用于产生如图2和/或3所示的轴流式涡轮机器的可磨密封件的方法的图。密封件可以用在压缩机中，具体是低压压缩机中，如图1和/或图2所示。
[0072] 该方法包括以下步骤，可按以下顺序执行：
[0073] (a)-提供或产生(100)弧形壁，例如压缩机外壳体的壁，所述壁用作基材，[0074] (b)-提供或产生(102)带平台的定子叶片；
[0075] (c)-提供或产生(104)带件；
[0076] (d)-抵靠壳体安装(106)带件，具体是抵靠弧形壁的内表面；
[0077] (e)-通过它们的平台将叶片固定(108)抵靠到弧形壁上，形成环形排；
[0078] (f)-将可磨材料的组合物施加(110)到平台的环形排之间的弧形壁上，以便覆盖带件。
[0080] 该组合物还可以包含铬和可以存在的第二金属，二者均为粉末形式。铬的质量至少表示为：金属相的20％、或21％、或22％、或23％。粉末的组成可以与上述可磨层的化学组成相匹配。
[0081] 在步骤(f)的施加(110)结束时，组合物的至少一种或每种化合物保持粉末形式、或至少一种化合物熔化、或每种化合物熔化。
[0082] 可能某些、或至少一种或每种类型的粉末颗粒基本上是固体。每种颗粒都可以形成均匀的物质。可选地，一种类型的颗粒是中空颗粒，例如铝或铬颗粒。
[0083] 在步骤(f)的施加(110)期间，可以通过等离子喷涂将组合物施加到壳体上，也就是说抵靠弧形壁。这种热技术对于本领域技术人员来说是公知的，它可以以类似于EP 1010861A2中公开的方式进行。可以将第二相的粉末引入金属粉末下游的等离子体射流中。
其他技术是可以想到的。或者，可以通过烧结将组合物施加到基材上，可能需要长时间加热。在该替代方案中，一些颗粒可保持其原始形状。
其他技术是可以想到的。或者，可以通过烧结将组合物施加到基材上，可能需要长时间加热。在该替代方案中，一些颗粒可保持其原始形状。
[0084] 根据本发明，以下步骤是完全可选的：(b)提供(102)定子叶片；(c)提供或产生(104)带件；(d)抵靠壳体安装(106)带件，具体是抵靠弧形壁的内表面；(e)固定(108)叶片。实际上，可磨材料的组合物可以施加到没有叶片或桨叶和/或没有带件的基材上。例如，步骤(f)的施加(110)可以在形成为弧形壁厚度的通道中进行；和/或直接在弧形壁的内表面上进行。
[0085] 关于组合物限定的特征可以应用于密封件，反之亦然。
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