DE2341124A1 - Rotationsscheibenwaermeaustauscher fuer gasturbinen - Google Patents
Rotationsscheibenwaermeaustauscher fuer gasturbinenInfo
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Description
DIPL.-ING. A. GRÜNECKER DR.-ING. H. KINKELDEY
DR.-ING. W. STOCKMAlR, Ae. E.(cauf inst oftechnj
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8000 MÜNCHEN 22 Maximilianstraße 43
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Yokohama City, Japan
Botationsscheibenwärmeaustauscher für Gastrurbinen
Die Erfindung betrifft einen Hotationsscheibenwärmeaustauscher
für Gasturbinen, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer mit einem Schmiermittel imprägnierten
Schicht auf einem Dichtungselement für solche Eotationsscheibenwärmeaustauscher.
400813/0798
Es ist bekannt, dass ein Rotationsscheibenwärmeaustauscher für Gasturbinen üblicherweise aus einem in dem Austauschergehäuse
oder in dem Turbinengehäuse befestigten Dichtungselement und einem Matrixelement besteht, das aus einem
keramischen Material besteht und in dem Gehäuse der Gasturbine drehbar gelagert ist. Das Matrixelement ist dabei
so ausgelegt, dass es gleitend mit dem Dichtungselement in Berührung steht und.unter relativ hohem Dichtungsdruck
an diesem und auf diesem läuft. Ein Arbeitsmedium, beispielsweise Luft, wird von dem Kompressor über das Dichtungselement
und das Matrixelement in die Verbrennungskammer geleitet und wird auf diesem Weg durch das heisse
Maschinenabgas, das die gleichen Elemente passiert, vorgewärmt. Während dieses Vorganges verhindert das Dichtungselement
einen Leckverlust des Arbeitsmediums. Auf diese Weise sind das Dichtungselement und das Matrixelement
hohen Drücken und starker Reibung ausgesetzt, wodurch an beiden Elementen ein starker Verschleiss auftreten
kann. Diese Elemente müssen daher nicht nur bei den hohen Betriebstemperaturen und den auftretenden Reibungen verschleissbeständig
sein, sondern müssen zusätzlich auch sowohl während des Nprmalbetriebes als auch während des
Anlaufstadiums der Turbine erhebliche und schnelle Temperaturänderungen
aufη ehmen.
Bislang wurden für solche Dichtungselemente Sinterstoffe verwendet, die beispielsweise aus einem Gemisch eines
Metalloxids und eines Erdalkalimetallfluorids, -phosphate
oder -borats oder aus einem feuerfesten Material bestanden,
das mit den vorgenannten Mischungen besprüht worden war. Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen und
Verfahren liegt jedoch darin, dass das Dichtungselement selbst aufgrund der starken Reibung mit dem Matrixelement
bei den hohen Temperaturen, normalerweise 500 - 700 C,
409313/0798
stark verschleisst. Auch, das aus Keramik bestehende Matrixelement zeigt einen erheblichen Verschleiss, was dazu führt,
dass die Aufrechterhaltung einer zufriedenstellenden Dichtung über längere Betriebsdauern kaum möglich ist.
Zur Vermeidung der durch zu hohen Abrieb entstehenden Nachteile liegt der Erfindung also die Aufgabe zugrunde, einen
Austauscher der eingangs genannten Art mit einem Dichtungselement und einer auf diesem laufenden Matrix zu schaffen, die
in wirtschaftlicher Weise auch über längere Zeiträume hin eine gute und sichere Dichtung ermöglichen. Der Erfindung liegt
weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung der entsprechenden Dichtungselemente zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Rotationsscheibenwärmeaustauscher
der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der gekennzeichnet ist, durch ein in einem Gehäuse befestigtes
Dichtungselement, eine erste, auf einer der Oberflächen des Dichtungselementes angebrachte poröse Schicht, ein in dem Gehäuse
drehbar gelagertes Matrixelement, das auf einer seiner Oberflächen eine zweite poröse Schicht trägt und relativ zum
Dichtungelement drehbar ist, wobei die erste und die zweite poröse Schicht unter Dichtungsdruck aufeinander laufen, und
durch mindestens ein wärmebeständiges Schmiermittel mit dem die erste poröse Schicht (Ie) imprägniert ist.
Vorzugsweise besteht die erste poröse Schicht aus einer (1)
Nickeloxid oder Kobaltoxid und (2) Erdalkalimetallfluorxde, -phosphate oder -borate enthaltenden Pulvermischkeramik.
Vorzugsweise beträgt der Anteil an der ersten Komponente
der Keramik, d.h. also an den Oxiden, 75 - 9O Gew.-%,
Während der Anteil der zweiten Keramikkomponente, also
der Erdalkalimetallsalze, bei IO - 25 Gew.-% liegt. Die
Porosität der Schicht auf dem Dichtungselement beträgt vorzugsweise 20 - 30 Vol.-%.
/feiterhiri wird zur Lösung der Aufgabe erfindungsgemäss
ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man (a) auf die
Oberfläche des Dichtungselegentas/ airfigUnterschichtmaterial
aufsprüht, dass man (b) zur Bildung der porösen Schicht ein pulvriges Gemisch auf diese Oberfläche sprüht, das
als ein erstes Material Nickeloxid oder Kobaltoxid und als ein zweites Material Erdalkalimetallfluoride, -phosphate
oder -borate enthält, und dass man (c) die so erhaltene poröse Schicht mit Graphit, Molybändisulfid, Wolframdisulfid,
Bornitrid oder Serizit imprägniert.
Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1
in perspektivischer Darstellung ein Dichtungselement und ein entsprechendes Matrixelement
eines Rotationswärmeaustauschers einer Gasturbineτ
Fig. 2
in graphischer Darstellung die Abhängigkeit der Porosität der porösen Schicht auf dem
Dichtungselement vom Sprühabstand;
Figuren
bis 5
bis 5
in graphischer Darstellung die Abriebtiefe
der porösen Schicht des Dichtungselementes als Funktion der Betriebsdauer unter verschiedenen
Bedingungen;
Fig. 6
Fig. 7
in lOOfacher Vergrösserung einen Querschnitt
durch eine aufgesprühte poröse Schicht auf einer Unterschicht auf einem Dichtungselement und
eine optische MikroStruktur in lOOfacher Vergrösserung eines Ausschnitts der Gleitfläche
des Matrixelementes.
A0981 3/0798
In der Pig. 1 ist das Dichtungselement 1 in einem nicht näher gezeigten Gehäuse einer nicht näher gezeigten Gasturbine
befestigt. Das Dichtungselement besteht vorzugsweise aus den beiden Teilen la und Ib. Die Teile la und Ib
weisen Öffnungen Ic bzw. Id auf. Auf der Rückseite der
Teile la und Ib des Dichtungselementes 1 ist eine in der
Fig. 1 angedeutete poröse Schicht Ie angebracht. Die Oberfläche
der imprägnierten porösen Schicht wirkt als Gleitfläche. Ein Matrixelement 2 ist drehbar in dem nicht gezeigten
Gehäuse der Gasturbine gelagert. Das Matrixelement besitzt eine Bienenwabenstruktur 2a, die aus flachen und
gewellten Platten besteht. Im Zentrum des Matrixelementes ist eine Nabe 2b vorgesehen, die eine in den Figuren nicht
dargestellte Antriebswelle aufnehmen kann. Die Bienenwabenstruktur 2a ist von einem Gehäuse 2c umgeben. Die Endflächen
der Bienenwabenstruktur 2a, der Nabe 2b und des
Gehäuses 2c bilden zusammen die Gleitfläche, auf der die poröse Oberfläche des Dichtungselementes 1 unter Andruck
gleitet.
Im Betrieb wird das Matrixelement 2 relativ zum Dichtungselement 1 rotiert, wobei die entsprechenden Gleitflachen
in engem Kontakt aufeinander stehen. Bekannterweise strömt das Arbeitsmedium, beispielsweise Luft, von
dem in den Figuren nicht dargestellten Kompressor zu einer ebenfalls nicht gezeigten Verbrennungskammer, wobei
. es durch die Öffnung Ic des Dichtungselementes 1 und das Matrixelement 2 strömt. Beim Durchströmen des Matrixelementes
2 wird das Arbeitsmedium durch das heisse Turbinenabgas, das durch die Öffnung Id des Dichtungselementes
und durch das Matrixelement 2 strömt, vorgewärmt. Um dies zu gewährleisten, müssen das Dichtungselement 1 und das
Matrixelement 2 auch bei hohen Temperaturen und hohen Belastungen unter ausreichend hohem Dichtungsdruck ausreichend
lange aufeinander laufen.
409813/0 798
Ira einzelnen wird die poröse Schicht auf dem Dichtungselement
1 gemäss der Erfindung wie folgt hergestellt und imprägniert:
Zunächst wird auf die als Dichtungsfläche vorgesehene Fläche des Dichtungselementes eine Unterbeschichtung aufgebracht,
die beispielsweise aus pulverförmigem Nickelaluminit
besteht. Anschliessend wird ein Gemisch aus Nickeloxid- und Calciumfluoridpulvern auf die vorbeschichtete
Oberfläche des Dichtungselementes gesprüht. Die Korngrösse
dieser Pulver muss entsprechend ausgesucht sein. Der Nickeloxidgehalt in dem Beschichtungsgemisch beträgt
vorzugsweise 75 - 90 Gew.~%, während der Gehalt an Calciumfluorid vorzugsweise bei IO - 25 Gew.—% liegt. Bei einem
Nickelgehalt von mehr als 9O % und einem Calciumfluoridgehalt
von weniger als 10 % wird der Sprühwirkungsgrad bei höheren Temperaturen merklich verschlechtert. Wenn
dagegen auf der anderen Seite der Gehalt an Nickeloxid weniger als 75 % und der Gehalt an Calciuraf luorid mehr
als 25 % beträgt, nimmt die Haftfestigkeit der aufgesprühten porösen Schichten auf dem Substrat merklich ab.
Die Porosität der aufgespritzten porösen Schichten beträgt vorzugsweise 20 - 30 Vol.-% und kann durch unterschiedliche
Sprühabstände beliebig verändert werden. Bei einer Porosität von mehr als 30 % werden leicht spröde
Schichten erhalten. Porositäten von weniger als 20 % sind schwierig herzustellen. Nickeloxid kann dabei durch
Kobaltoxid und CaIciumfluorid durch ein anderes Erd-
alkalimetallfluorid, -phosphat oder -borat ersetzt sein.
Nach dem Bilden der gewünschten porösen Schicht auf dem Dichtungselement wird diese Schicht mit einem wärmebeständigen
Schmiermittel imprägniert, beispielsweise mit Graphit, Molybdändisulfid, Wolframdisulfid. Bornitrid
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oder Serizit.
Bei der Herstellung einer imprägnierten porösen Schicht
auf der Oberfläche des Matrixelementes kann das gleiche Verfahren, wie vorstehend beschrieben, verwendet werden.
Das Matrixelement wird in der Regel jedoch aus keramischer Masse hergestellt und ist daher bereits von vornherein
porös. Es erübrigt sich in solchen Fällen also zunächst eine poröse Schicht auf das Matrixelement aufzusprühen.
In solchen Fällen reicht es aus, wenn man das keramische Matrixelement direkt mit dem wärmebeständigen Schmiermittel
imprägniert.
Zur Bildung einer unteren Grundierschicht wurde das aus rostfreiem Stahl 18-8 hergestellte Dichtungselement mit
pulverförmigen Nickelaluminit besprüht. Auf diese Schicht wurden Pulverteilchen eines Gemisches von 8O Gew.-%
Nickeloxid und 20 Gew.-% Calciumfluorid unter Auswahl geeigneter Korngrössen aufgesprüht. Dieses Aufsprühen
wurde mit einem elektrischen Strom von 400 A bei einer Spannung von 75 V, bei einem Wasserstoffstrom von 15 ml/s
und einem Stickstoffstrom von 75 ml/s durchgeführt. Dabei
wurden die Sprühabstände, d.h. die Abstände, aus denen die Pulverteilchen auf die Oberfläche gestrahlt wurden,
verändert, wobei poröse Schichten mit unterschiedlichen Porositätsgraden erhalten wurden. In der Fig. 2 ist
die Porosität der erhaltenen Schicht als Funktion des Sprühabstandes dargestellt. Dem Diagramm ist zu entnehmen,
dass Porositäten für die Schichten im Bereich von 2O Vol.-%
lediglich durch Änderung des Sprühabstandes eingestellt v/erden können. In der Fig. 6 ist in lOOfacher
lichtmikroskopischer Vergrösserung die Mikrostruktur eines Querschnitts durch eine aufgesprühte Schicht gezeigt,
409813/0798
die durch Aufsprühen der Teilchen aus einer Entfernung
von 150 mm erhalten wurde. Die Porosität der gezeigten Schicht beträgt 25 %. In dem gezeigten Mikrophoto erscheinen
die Porenbereiche schwarz.
Das auf diese Weise mit einer aufgesprühten porösen Schicht versehene Dichtungselement wurde im Vakuum in eine alkoholische
Bornitridlösung getaucht. Dabei wurde die poröse Schicht mit Bornitrid getränkt. Das auf diese Weise imprägnierte
Dichtungselement wurde gut durchgetrocknet und anschliessend unter Andruck im Gleitkontakt relativ zur
Oberfläche eines keramischen Matrixelementes bei einer Temperatur von 5OO 0C rotiert. Der Oberflächenandruck
2
lag bei 350 - 36O g/cm . Die Peripheriegeschwindigkeit der Anordnung betrug für eine genau vorgegebene Dauer 30 m/min: anschliessend wurde der Abrieb des., Dichtungselementes gemessen. Die Ergebnisse sind in der Fig. 3 dargestellt, in der die Abriebtiefe in ,um als Funktion der Umlaufdauer dargestellt ist. Die in der Fig. 3 gezeigte Kurve zeigt den Abrieb eines Dichtungselementes mit einer nichtimprägnierten porösen Schicht, deren Porosität 25 % betrug. Die Kurve 2 in Fig. 3 zeigt den Abrieb eines Dichtungselementes mit einer porösen Schicht, deren Porosität 53 % ■ beträgt und die mit Bornitrid imprägniert war. Die Kurve zeigt den Abrieb eines Dichtungselementes mit einer porösen Schicht, deren Porosität 35 % betrug und die mit Bornitrid imprägniert war. Die Kurve 4 in Fig. 3 zeigt den Abrieb an einer porösen Dichtungselementenschicht mit einer Porosität von 42 % bei Imprägnierung mit Bornitrid. Die Kurve 5 in Fig. 3 zeigt schliesslich den Abrieb der porösen Schicht eines Dichtungselementes, deren Porosität 25 % betrug und die mit Bornitrid imprägniert war. Die zuvor genannten Porositäten von 25, 53, 35 und 42 % entsprechen Sprühabständen von 150, 200, 100 bzw. 50 mm.
lag bei 350 - 36O g/cm . Die Peripheriegeschwindigkeit der Anordnung betrug für eine genau vorgegebene Dauer 30 m/min: anschliessend wurde der Abrieb des., Dichtungselementes gemessen. Die Ergebnisse sind in der Fig. 3 dargestellt, in der die Abriebtiefe in ,um als Funktion der Umlaufdauer dargestellt ist. Die in der Fig. 3 gezeigte Kurve zeigt den Abrieb eines Dichtungselementes mit einer nichtimprägnierten porösen Schicht, deren Porosität 25 % betrug. Die Kurve 2 in Fig. 3 zeigt den Abrieb eines Dichtungselementes mit einer porösen Schicht, deren Porosität 53 % ■ beträgt und die mit Bornitrid imprägniert war. Die Kurve zeigt den Abrieb eines Dichtungselementes mit einer porösen Schicht, deren Porosität 35 % betrug und die mit Bornitrid imprägniert war. Die Kurve 4 in Fig. 3 zeigt den Abrieb an einer porösen Dichtungselementenschicht mit einer Porosität von 42 % bei Imprägnierung mit Bornitrid. Die Kurve 5 in Fig. 3 zeigt schliesslich den Abrieb der porösen Schicht eines Dichtungselementes, deren Porosität 25 % betrug und die mit Bornitrid imprägniert war. Die zuvor genannten Porositäten von 25, 53, 35 und 42 % entsprechen Sprühabständen von 150, 200, 100 bzw. 50 mm.
409813/0798
Die in der Fig. 3 dargestellten Kurven zeigen, dass der Abrieb für ein Dichtungselement mit einer porösen Schicht
von 35 % Porosität oder darüber auch bei Imprägnierung mit Bornitrid (Kurven 2 und 4) nicht so sehr unterschiedlich
von dem einer nichtimprägnierten porösen Schicht (Kurve 1) war. Das keramische Matrixelement zeigte dabei
keinen Abrieb,
Nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurde ein pulvriges Gemisch von Nickeloxid und Calciumfluorid auf
ein Dichtungselement aufgestrahlt, wobei eine poröse Schicht mit einer Porosität von ca. 25 % erhalten wurde.
Die so erhaltene Schicht wurde mit Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Serizit oder Graphit imprägniert. Dieses
so imprägnierte Dichtungselement lief unter Andruck im Gleitkontakt unter den im Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen
auf einem keramischen Matrixelement um. In der Fig. 4 ist die Abriebtiefe als Funktion der Umlaufdauer
dargestellt. Die durch Aufstrahlen erhaltenen porösen
Schichten hatten Porositäten von 24 - 28 %. Die Kurve 1 im Diagramm der Fig. 4 zeigt den Abrieb eines
Dichtungseiementes mit nichtimprägnierter poröser Beschichtung.
Die Kurve 2 zeigt den Abrieb eines Dichtungselementes, dessen poröse Schicht mit Serizit imprägniert
war, während die Kurve 3 den Abrieb einer entsprechenden Schicht zeigt, die mit Wolframdisulfid imprägniert war.
In der Kurve 4 der Fig. 4 ist der Abrieb der porösen Schicht eines Dichtungseleuentes dargestellt, wobei die
poröse Schicht mit Molybdändisulfid imprägniert war.
Die Kurve 5 zeigt den entsprechenden Abrieb für eine mit Graphit imprägnierte poröse Schicht.
409813/0798
Den dargestellten Kurven der Fig. 4 kann entnommen werden,
dass der Abrieb der porösen Schichten der Dichtungselemente nur etwa halb so gross war, wenn die porösen Schichten
mit einem Schmiermittel imprägniert waren.
In Fachkreisen gilt als obere Temperaturgrenze, bis zu der Molybdändisulfid und Wolframdisulfid ihre Schmier-.
ο fähigkeit behalten, eine Temperatur von 400 C. Beim Einsatz der genannten Schmiermittel im Temperaturbereich
um 500 C wird man also mit einer teilweisen Zersetzung rechnen müssen. Da jedoch auch der bei dieser Zersetzung
entstehende Schwefel eine gewisse Schmierfähigkeit aufweist, lagen die Abriebwerte auch für jene Dichtungselemente,
deren poröse Schicht mit Molybdändisulf id oder Wolframdisulfid imprägniert war (Kurven 3 und 4) noch bei
immer einhalb bis ein Drittel des Abriebes für ein Dichtungselement mit einer nxchtimpragnierten porösen
Schicht (Kurve 1).
In Fig. 7 ist die lichtmikroskopische Mikrostruktur eines Querschnitts durch ein keramisches Matrixelement in 100-facher
Vergrösserung gezeigt. Die gezeigte Aufnahme lässt erkennen, dass sowohl in den ebenen als auch in den gewellten Platten des Matrixelementes eine Anzahl von Poren
vorliegen. Das Matrixelement konnte daher in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise mit Bornitrid imprägniert
werden. Auf dem so imprägnierten keramischen Matrixelement lief für eine bestimmte vorgegebene Zeit ein Dichtungselement
mit einer porösen Schicht unter Dichtungsandruck gleitend um. Der Abrieb auf dem Dichtungselement wurde
gemessen. Im Diagramm der Fig. 5 ist die Abriebtiefe auf dem Dichtungselement als Funktion der ISr.laufdauer dar-
409813/0788
gestellt. Die poröse Schicht des Dichtungselementes wurde
durch Aufsprühen eines Gemisches von 8O Gew.-% Nickeloxid
und 20 Gew.-% Calciumfluorid aus einer Entfernung von
150 mm hergestellt. Die Versuchsbedingungen lagen bei 500 C,
350 - 360 g/cm Oberflächenandruck und einer Umfangsgeschwindigkeit
von 30 m/min. Diese Parameter entsprechen den Versuchsparametern im Beispiel 1. Die erhaltenen Ergebnisse
sind in der Fig. 5 in der gleichen Weise wie in Fig. 3 dargestellt. Die Kurve 1 in der Fig. 5 zeigt den
Abrieb eines Dichtungselementes mit nichtimprägnierter aufgestrahlter poröser Schicht, während die Kurve 2
den Abrieb eines Dichtungselementes mit einer aufgesprühten porösen Schicht zeigt, die mit Bornitrid imprägniert
ist.
r>'
Aus den in Fig. 5 gezeigten Kurven- kann entnommen werden,
dass der Abrieb eines Dichtungselementes mit einer porösen Schicht, die mit einem Schmiermittel imprägniert ist,
fast 1/5 des Abriebes einer nichtimprägnierten Schicht beträgt. Das keramische Matrixelement, das im Rahmen
dieses Beispiels verwendet wurde, zeigte keinerlei Abrieb und vermag über lange Zeiträume ausreichend dichtend
zu wirken. Da lediglich die porösen Bereiche der Gleitflächen des Matrixelementes mit Bornitrid imprägniert
sind, wird durch eine solche Imprägnierung der lichte Durchflussquerschnitt des Matrixelementes nicht verringert
und nehmen daher auch die Wärmeaustauscheigenschaften und die Festigkeit des Elementes in keiner Weise ab.
Die vorstehende Beschreibung und die Beispiele zeigen also, dass durch die Rotationsscheibenwärmeaustauscher gemäss
der Erfindung der Abrieb des Dichtungselementes bei hohen
Temperaturen auf einen Wert von 50 bis nur 20 % des Abriebes
gesenkt werden kann, den herkömmliche Dichtungs-
4098 1 3/0798
elemente aufweisen. Trotz dieser Abriebverminderung wird das Matrixelement jedoch in keiner Weise einem stärkeren
Verschleiss unterworfen, vielmehr zeigten alle untersuchten Matrixelemente keinen nachweisbaren Abrieb. Durch
diese Kombination kann über lange Betriebszeiten eine ausserordentlich stabile Dichtung und eine überlegene
Schmierung erreicht werden.'
Λ 0 9 8 1 3/0798
Claims (10)
- Patentansprüche./Rotationsscheibenwärmeaustauscher für Gasturbinen, gekennzeichnet durch ein in einem Gehäuse befestigtes Dichtungselement, eine erste, auf einer der Oberflächen des Dichtungselementes angebrachte poröse Schich't, ein in dem Gehäuse drehbar gelagertes Matrixelement, das auf einer seiner Oberflächen eine zweite poröse Schicht trägt und relativ zum Dichtungselement drehbar ist, wobei die erste und die zweite poröse Schicht unter Dichtungsdruck aufeinander laufen, und durch mindestens ein wärmebeständiges Schmiermittel mit dem die erste poröse Schicht (1e) imprägniert ist.
- 2. Austauscher nach Anspruch 1, da.durch gekennzeichnet, daß die erste porös.e Schicht (1e) aus einer'(1) Nickeloxid oder Kobaltoxid und (2) Erdalkalimetalifluoride, -phosphate oder -borate enthaltenden Pulvermischkeramik besteht.
- 3. Austauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Keramikkomponente in einer Menge von 75 - 90 Gew.-% und die zweite Keramikkomponente in einer Menge von 10-25 Gew.-% vorliegen.
- 4-. Austauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität der ersten; porösen Schicht (1e) 20 - 30 Vol.-% beträgt.
- 5. Austauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel Graphit, Molybdändißulfid, Wolframdisulfid, Bornitrid oder Serizit ist.40981 3/0798
- 6. Austauscher nach, einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß auch die poröse Schicht auf dem Matrixelement (2) mit dem Schmiermittel imprägniert ist.,
- 7- Austauscher nach einem der Ansprüche 1 "bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixelement (2) aus Keramik besteht, die gegebenenfalls ebenfalls mit dem Schmiermittel imprägniert ist.
- 8. Verfahren zum Herstellen einer mit einem Schmiermittel imprägnierten Schicht auf einem Dichtungselement für Rotationsscheibenwärmeaustauscher für Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß man (a) auf die Oberfläche des Dichtungseleiaentes ein Unterschichtmaterial aufsprüht, daß man (b) zur Bildung der porösen Schicht ein pulvriges Gemisch auf diese Oberfläche sprüht, das als ein erstes Material Nickeloxid oder Kobaltoxid und als ein zweites Material Erdalkalimetallfluoride, -phosphate oder -borate enthält, und daß man (c) die so erhaltene poröse Schicht mit Graphit, Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Bornitrid oder Serizit imprägniert.
- 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Pulver in der Verfahrensstufe (b) aus einer Entfernung von I30 - 180 mm aufstrahlt, um dadurch eine Porosität der Schicht von 20 - JO Vol.~% einzustellen.
- 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet t daß man die porös*1 Schicht durch Eintauchen in eine alkoholische Bornitridlösung unter Vakuum imprägniert.U09813/0798
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| US5145011A (en) * | 1989-07-19 | 1992-09-08 | NGK Insulations, Ltd. | Sealing members for use in gas preheater |
| US5234048A (en) * | 1991-01-14 | 1993-08-10 | Ngk Insulators, Ltd. | Sealing members for gas preheaters, and sealing structures using such sealing members for gas preheaters |
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