RU2386038C2 - Working blade of turbomachine - Google Patents
Working blade of turbomachine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2386038C2 RU2386038C2 RU2008117931/06A RU2008117931A RU2386038C2 RU 2386038 C2 RU2386038 C2 RU 2386038C2 RU 2008117931/06 A RU2008117931/06 A RU 2008117931/06A RU 2008117931 A RU2008117931 A RU 2008117931A RU 2386038 C2 RU2386038 C2 RU 2386038C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- turbomachine according
- brush
- brush seal
- working blade
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к торцевым уплотнениям рабочих лопаток паровых турбин, газотурбинных двигателей и установок, а также лопаток других роторных машин.The invention relates to mechanical engineering, in particular to mechanical seals of working blades of steam turbines, gas turbine engines and installations, as well as blades of other rotary machines.
Известно щеточное уплотнение, содержащее закрепленные в корпусе упругие щетинины, контактирующие с поверхностью вращающегося вала (ФРГ. Заявка №3802653, кл. F16J 15/16, 1989 г. - аналог).Known brush seal containing fixed in the case of elastic bristles in contact with the surface of the rotating shaft (Germany. Application No. 3802653, CL F16J 15/16, 1989 - analogue).
Известно щеточное уплотнение зазора между статором и ротором, содержащее установленный в одной из деталей узел, выполненный в виде закрепленных в корпусе пучков проволоки из разных материалов (А.С. СССР №1665136, МПК F16J 15/16, опубл. 23.07.91).A brush seal of the gap between the stator and rotor is known, which contains an assembly installed in one of the parts and made in the form of bundles of wire of different materials fixed in the housing (AS USSR No. 1665136, IPC F16J 15/16, publ. 23.07.91).
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является рабочая лопатка турбомашины, содержащая перо с щеточным уплотнением, размещенным в периферийной зоне пера (А.С. СССР №1799058, МПК F01D 5/18, опубл. 10.07.89).The closest technical solution, selected as a prototype, is the working blade of a turbomachine containing a pen with a brush seal located in the peripheral zone of the pen (AS USSR No. 1799058, IPC F01D 5/18, publ. 10.07.89).
Однако известные щеточные уплотнения характеризуются невысокой надежностью в эксплуатации, поскольку гибкие элементы, выполненные из отдельных проволочек, не позволяют длительное время сохранять свое первоначальное упорядоченное расположение в уплотнении из-за действия высоких контактных напряжений. Кроме того, получение щеточных уплотнений из отдельных щетинок на торце рабочей лопатки является нетехнологичным.However, the known brush seals are characterized by low reliability, since flexible elements made of separate wires do not allow a long time to maintain their original ordered arrangement in the seal due to the action of high contact stresses. In addition, obtaining brush seals from individual bristles at the end of the working blade is not technologically advanced.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание лопатки с надежным в эксплуатации торцевым щеточным уплотнением, расположенным в периферийной зоне ее пера.The technical result of the claimed invention is the creation of a blade with reliable in operation end brush seal located in the peripheral zone of its pen.
Технический результат достигается тем, что в рабочей лопатке турбомашины, содержащей перо с щеточным уплотнением, размещенным в периферийной зоне пера, в отличие от прототипа, щеточное уплотнение выполнено из монолитного материала, причем, как вариант, лопатка и щеточное уплотнение могут быть выполнены из одного монолитного материала.The technical result is achieved by the fact that in the working blade of a turbomachine containing a pen with a brush seal located in the peripheral zone of the pen, unlike the prototype, the brush seal is made of monolithic material, and, as an option, the blade and brush seal can be made of one monolithic material.
Технический результат достигается также тем, что лопатка снабжена торцевой крышкой, а щеточное уплотнение выполнено на торцевой крышке, причем, как вариант, основа щеточного уплотнения может иметь каналы охлаждения.The technical result is also achieved by the fact that the blade is equipped with an end cap, and the brush seal is made on the end cap, and, alternatively, the base of the brush seal may have cooling channels.
Технический результат достигается также тем, что щеточное уплотнение имеет следующие варианты выполнения: слой износостойкого покрытия, содержащего дисульфид молибдена; модифицированный поверхностный слой, полученный имплантацией ионов легирующих элементов при энергии ионов 0,2-300 кэВ и дозе имплантации ионов от 1010 до 5·1020 ион/см2, причем в качестве ионов для имплантации используют ионы Cr, Y, Yb, C, B, Zr, N, La, Ti или их комбинацию.The technical result is also achieved by the fact that the brush seal has the following options: a layer of wear-resistant coating containing molybdenum disulfide; a modified surface layer obtained by implanting ions of alloying elements at an ion energy of 0.2-300 keV and an ion implantation dose of 10 10 to 5 · 10 20 ion / cm 2 , and Cr, Y, Yb, C ions are used as implantation ions , B, Zr, N, La, Ti, or a combination thereof.
Технический результат достигается также тем, что перо лопатки имеет защитное покрытие, причем в качестве материала покрытия используют нитриды Me-N, карбиды Ме-С и карбонитриды Me-NC, где Me - Ti, Zr, Al, W, Mo, TiZr, TiAl, TiAlZr, TiAlZrMo или их сочетание, N - азот, С - углерод.The technical result is also achieved by the fact that the feather of the blade has a protective coating, moreover, Me-N nitrides, Me-C carbides and Me-NC carbonitrides are used as the coating material, where Me is Ti, Zr, Al, W, Mo, TiZr, TiAl , TiAlZr, TiAlZrMo, or a combination thereof, N is nitrogen, C is carbon.
Технический результат достигается также тем, что в щеточном уплотнении в качестве контактных элементов использованы гибкие щетины, размеры которых составляют: длина щетины от 5 мм до 20 мм, толщина - от 0,1 мм до 1,5 мм, при величинах зазоров между щетинами от 0,5 мкм до 300 мкм; как варианты щетины выполнены: параллельными продольной оси лопатки; щетины выполнены под углом α к продольной оси лопатки, в плоскости движения лопатки при вращении ротора, с наклоном щетины в сторону, противоположную движению лопатки, причем угол α составляет величины от 15° до 89°.The technical result is also achieved by the fact that in the brush seal, flexible bristles are used as contact elements, the dimensions of which are: bristle length from 5 mm to 20 mm, thickness from 0.1 mm to 1.5 mm, with gap values between bristles from 0.5 microns to 300 microns; as bristle options are made: parallel to the longitudinal axis of the blade; the bristles are made at an angle α to the longitudinal axis of the blade, in the plane of motion of the blade during rotation of the rotor, with the tilt of the bristles in the direction opposite to the movement of the blade, the angle α being from 15 ° to 89 °.
Технический результат достигается также тем, что лопатка является лопаткой газовой или паровой турбины.The technical result is also achieved by the fact that the blade is a blade of a gas or steam turbine.
Технический результат достигается также тем, что поперечное сечение уплотнения может быть выполнено по следующим вариантам: соответствующим фигуре, описанной вокруг поперечного сечения периферийной зоны пера; равным по форме и площади поперечному сечению периферийной зоны пера; эквидистантным поперечному сечению периферийной зоны пера; большим поперечного сечения периферийной зоны пера, и в том числе иметь форму и площадь, обеспечивающую образование сплошного кольцевого уплотнения при сборке лопаток на диске.The technical result is also achieved by the fact that the cross section of the seal can be made in the following ways: corresponding to the figure described around the cross section of the peripheral zone of the pen; equal in shape and area to the cross section of the peripheral zone of the pen; an equidistant cross section of the peripheral zone of the pen; a large cross section of the peripheral zone of the pen, including having a shape and area that ensures the formation of a continuous ring seal when assembling the blades on the disk.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана рабочая турболопатка. На фиг.2 показана турболопатка в условиях эксплуатации.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a working turbopatka. Figure 2 shows a turbopat in operation.
Рабочая лопатка 1 (газовой или паровой турбины) содержит перо 2 с торцевой частью 3, на которой расположено щеточное уплотнение 4, выполненное монолитно с лопаткой 1. На торце 3 пера лопатки выполнены каналы охлаждения 5. Щеточное уплотнение имеет щетинки 6, выполненные монолитно с лопаткой 1. В зависимости от задач и конкретной конструкции турбомашины, поперечное сечение уплотнения 4 может быть выполнено по следующим вариантам: соответствующим фигуре, описанной вокруг поперечного сечения периферийной зоны пера 2; равным по форме и площади поперечному сечению периферийной зоны пера 2; эквидистантным поперечному сечению периферийной зоны пера 2; большим поперечного сечения периферийной зоны пера 2, и в том числе иметь форму и площадь, обеспечивающую образование сплошного кольцевого уплотнения при сборке лопаток на диске турбомашины.The working blade 1 (gas or steam turbine) contains a
Гибкость используемых в уплотнении 4 щетинок 6, прижатых своими концами к внутренней поверхности статора 7 (фиг.2), обеспечивает качественное уплотнение зазора. Щетинки 6, выполненные заодно с лопаткой 1, имеют строго регулярное распределение по поверхности торца 3, которое сохраняют в процессе эксплуатации. При работе турбомашины избыточное тепло, выделяющиеся в зоне контакта щетинок 6 и поверхности статора 7, удаляется охлаждающим воздухом по каналам охлаждения 5.The flexibility used in the
Пример. Для оценки надежности работы предлагаемого щеточного уплотнения были проведены следующие испытания. Были изготовлены образцы с торцевыми уплотнениями по двум вариантам: первый вариант - прототип (А.С. СССР №1799058, МПК F01D 5/18, опубл. 10.07.89) - имел щеточное уплотнение, выполненное из нихромовых щетинок диаметром около 0,1 мм и высотой 6 мм, расположенных под углом 60° к торцевой поверхности пера лопатки. Щетинки были закреплены методом пайки и расположены на торцевой крышке лопатки.Example. To assess the reliability of the proposed brush seal, the following tests were carried out. Samples with mechanical seals were manufactured in two versions: the first option - a prototype (AS USSR No. 1799058, IPC F01D 5/18, publ. 07/10/89) - had a brush seal made of nichrome bristles with a diameter of about 0.1 mm and a height of 6 mm, located at an angle of 60 ° to the end surface of the feather blade. The bristles were fixed by soldering and located on the end cover of the scapula.
Второй вариант щеточного уплотнения - по предлагаемому техническому решению - имел такие же, как у прототипа геометрические и размерные характеристики, однако щетинки и лопатка были изготовлены из одного монолитного материала методом «ноу-хау». Второй вариант включал в себя также следующие подварианты исполнения: щеточное уплотнение выполнено из монолитного материала (лопатка снабжена торцевой крышкой, а щеточное уплотнение выполнено на торцевой крышке; основа щеточного уплотнения имеет каналы охлаждения) - (А); щеточное уплотнение и лопатка выполнены из одного монолитного материала (основа щеточного уплотнения имеет каналы охлаждения) - (Б); щеточное уплотнение и лопатка выполнены из одного монолитного материала (основа щеточного уплотнения имеет каналы охлаждения; щеточное уплотнение имеет слой износостойкого покрытия, содержащего дисульфид молибдена) - (В); щеточное уплотнение и лопатка выполнены из одного монолитного материала (основа щеточного уплотнения имеет каналы охлаждения; щеточное уплотнение имеет слой износостойкого покрытия, содержащего дисульфид молибдена; щеточное уплотнение имеет модифицированный поверхностный слой, полученный имплантацией ионов легирующих элементов при энергии ионов 0,2-300 кэВ и дозе имплантации ионов от 1010 до 5·1020 ион/см2, причем в качестве ионов для имплантации используют ионы Yb) - (Г); щеточное уплотнение и лопатка выполнены из одного монолитного материала (основа щеточного уплотнения имеет каналы охлаждения; щеточное уплотнение имеет слой износостойкого покрытия, содержащего дисульфид молибдена; щеточное уплотнение имеет модифицированный поверхностный слой, полученный имплантацией ионов легирующих элементов при энергии ионов 0,2-300 кэВ и дозе имплантации ионов от 1010 до 5·1020 ион/см2, причем в качестве ионов для имплантации используют ионы Yb; перо лопатки имеет защитное покрытие TiAlZrMo) - (Д).The second version of the brush seal - according to the proposed technical solution - had the same geometric and dimensional characteristics as the prototype, however, the bristles and the blade were made of one monolithic material using the know-how method. The second option also included the following execution options: the brush seal is made of monolithic material (the blade is equipped with an end cap, and the brush seal is made on the end cap; the base of the brush seal has cooling channels) - (A); the brush seal and the blade are made of one monolithic material (the base of the brush seal has cooling channels) - (B); the brush seal and the blade are made of one monolithic material (the base of the brush seal has cooling channels; the brush seal has a layer of wear-resistant coating containing molybdenum disulfide) - (B); the brush seal and the blade are made of the same monolithic material (the base of the brush seal has cooling channels; the brush seal has a layer of wear-resistant coating containing molybdenum disulfide; the brush seal has a modified surface layer obtained by implanting ions of alloying elements at an ion energy of 0.2-300 keV and a dose of implantation of ions from 10 10 to 5 · 10 20 ion / cm 2 , and ions for implantation use ions Yb) - (G); the brush seal and the blade are made of the same monolithic material (the base of the brush seal has cooling channels; the brush seal has a layer of wear-resistant coating containing molybdenum disulfide; the brush seal has a modified surface layer obtained by implanting ions of alloying elements at an ion energy of 0.2-300 keV and the ion implantation dose is from 10 10 to 5 · 10 20 ion / cm 2 , and Yb ions are used as ions for implantation; the blade feather has a protective coating TiAlZrMo) - (D).
Сравнительные испытания проводились в условиях, имитирующих работу газотурбинного двигателя, при использовании в зоне контакта уплотнения охлаждающего воздуха.Comparative tests were carried out under conditions simulating the operation of a gas turbine engine when using cooling air seals in the contact zone.
Повышение надежности работы предлагаемых лопаток с уплотнениями, которую показали проведенные испытания, указывает на то, что при применении одного из следующих вариантов выполнения лопатки с щеточным уплотнением: щеточное уплотнение выполнено из монолитного материала (лопатка снабжена торцевой крышкой, а щеточное уплотнение выполнено на торцевой крышке; основа щеточного уплотнения имеет каналы охлаждения) - (А); щеточное уплотнение и лопатка выполнены из одного монолитного материала (основа щеточного уплотнения имеет каналы охлаждения) - (Б); щеточное уплотнение и лопатка выполнены из одного монолитного материала (основа щеточного уплотнения имеет каналы охлаждения; щеточное уплотнение имеет слой износостойкого покрытия, содержащего дисульфид молибдена) - (В); щеточное уплотнение и лопатка выполнены из одного монолитного материала (основа щеточного уплотнения имеет каналы охлаждения; щеточное уплотнение имеет слой износостойкого покрытия, содержащего дисульфид молибдена; щеточное уплотнение имеет модифицированный поверхностный слой, полученный имплантацией ионов легирующих элементов при энергии ионов 0,2-300 кэВ и дозе имплантации ионов от 1010 до 5·1020 ион/см2, причем в качестве ионов для имплантации используют ионы Yb) - (Г); щеточное уплотнение и лопатка выполнены из одного монолитного материала (основа щеточного уплотнения имеет каналы охлаждения; щеточное уплотнение имеет слой износостойкого покрытия, содержащего дисульфид молибдена; щеточное уплотнение имеет модифицированный поверхностный слой, полученный имплантацией ионов легирующих элементов при энергии ионов 0,2-300 кэВ и дозе имплантации ионов от 1010 до 5·1020 ион/см2, причем в качестве ионов для имплантации используют ионы Yb; перо лопатки имеет защитное покрытие TiAlZrMo) - (Д), - позволяют достичь технического результата заявляемого устройства - создание лопатки с надежным в эксплуатации торцевым щеточным уплотнением, расположенным в периферийной зоне ее пера.Improving the reliability of the proposed blades with seals, which was shown by tests, indicates that when using one of the following options for performing a blade with a brush seal: the brush seal is made of monolithic material (the blade is equipped with an end cap and the brush seal is made on the end cap; the base of the brush seal has cooling channels) - (A); the brush seal and the blade are made of one monolithic material (the base of the brush seal has cooling channels) - (B); the brush seal and the blade are made of one monolithic material (the base of the brush seal has cooling channels; the brush seal has a layer of wear-resistant coating containing molybdenum disulfide) - (B); the brush seal and the blade are made of the same monolithic material (the base of the brush seal has cooling channels; the brush seal has a layer of wear-resistant coating containing molybdenum disulfide; the brush seal has a modified surface layer obtained by implanting ions of alloying elements at an ion energy of 0.2-300 keV and a dose of implantation of ions from 10 10 to 5 · 10 20 ion / cm 2 , and ions for implantation use ions Yb) - (G); the brush seal and the blade are made of the same monolithic material (the base of the brush seal has cooling channels; the brush seal has a layer of wear-resistant coating containing molybdenum disulfide; the brush seal has a modified surface layer obtained by implanting ions of alloying elements at an ion energy of 0.2-300 keV and dose of implantation of ions from 10 10 to 5 · 10 20 ion / cm 2 , moreover, Yb ions are used as ions for implantation; the blade feather has a protective coating TiAlZrMo) - (D), - allow to achieve technical whose result of the claimed device is the creation of a blade with a reliable end face brush seal located in the peripheral zone of its pen.
Предлагаемая лопатка с торцевым щеточным уплотнением, в отличие от прототипа, обеспечивает более высокие и стабильные параметры уплотнения, более технологична, поскольку щеточное уплотнение изготовлено из одного монолитного с лопаткой материала, имеет большее количество вариантов исполнения.The proposed blade with an end brush seal, in contrast to the prototype, provides higher and more stable sealing parameters, is more technologically advanced, since the brush seal is made of the same material, which is monolithic with the blade, and has a greater number of options.
Claims (20)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008117931/06A RU2386038C2 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Working blade of turbomachine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008117931/06A RU2386038C2 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Working blade of turbomachine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008117931A RU2008117931A (en) | 2009-11-10 |
RU2386038C2 true RU2386038C2 (en) | 2010-04-10 |
Family
ID=41354443
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008117931/06A RU2386038C2 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Working blade of turbomachine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2386038C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2600478C2 (en) * | 2011-03-31 | 2016-10-20 | Дженерал Электрик Компани | Aspirating face seal, gas turbine engine having said seal, method of sealing of said engine and method of replacing secondary seal of said face seal (versions) |
-
2008
- 2008-05-04 RU RU2008117931/06A patent/RU2386038C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2600478C2 (en) * | 2011-03-31 | 2016-10-20 | Дженерал Электрик Компани | Aspirating face seal, gas turbine engine having said seal, method of sealing of said engine and method of replacing secondary seal of said face seal (versions) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008117931A (en) | 2009-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20020096941A (en) | Spring-backed abradable seal for turbomachinery | |
US6830428B2 (en) | Abradable coating for gas turbine walls | |
US8382120B2 (en) | Method and apparatus for compliant plate seals | |
KR20080018125A (en) | Angel wing abradable seal and sealing method | |
US20050220610A1 (en) | Sealing device and method for turbomachinery | |
JP2010159876A (en) | System and method for providing compliant rotating seal | |
EP0902221A2 (en) | Anti-hysteresis brush seal | |
RU2518751C2 (en) | Bearing element unit for brush sealing and sealing unit for turbine installation | |
CA2205846A1 (en) | Combined brush seal and labyrinth seal segment for rotary machines | |
EP2960558B1 (en) | Shaft seal device and rotary machine | |
JP2007170302A (en) | Seal device | |
RU2362021C2 (en) | Turbine stator element (versions) and method of its production (versions) | |
US20130181408A1 (en) | Brush seal arrangement combined with honeycomb seal | |
DE602006003425D1 (en) | Rotor of high slenderness | |
JP2011185219A (en) | Shaft sealing device and rotary machine equipped with shaft sealing device | |
JP5732246B2 (en) | Brush seal | |
RU2386038C2 (en) | Working blade of turbomachine | |
CN108603603A (en) | Sealing device and rotating machinery | |
EP1574671A2 (en) | Dynamic seal for a turbine engine | |
GB2330630A (en) | Brush seal for use on rough rotating surfaces | |
KR20170007370A (en) | Method of manufacturing a component of a turbomachine, component of a turbomachine and turbomachine | |
US20110164962A1 (en) | Turbine blade with tip brush seal | |
US20130170965A1 (en) | Compliant plate seal for use with rotating machines and methods of assembling a rotating machine | |
US20150001809A1 (en) | Brush seal | |
JP2013122227A (en) | Sealing device and steam turbine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140505 |