RU2795531C2 - Method for manufacturing a run-in seal - Google Patents
Method for manufacturing a run-in seal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2795531C2 RU2795531C2 RU2021129348A RU2021129348A RU2795531C2 RU 2795531 C2 RU2795531 C2 RU 2795531C2 RU 2021129348 A RU2021129348 A RU 2021129348A RU 2021129348 A RU2021129348 A RU 2021129348A RU 2795531 C2 RU2795531 C2 RU 2795531C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- attachment points
- seal
- honeycomb structure
- sections
- cut
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам изготовления уплотнений зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций.The invention relates to mechanical engineering, in particular to methods for manufacturing gap seals in the flow path of turbomachines operating for a long time at elevated temperatures and high-frequency vibrations.
Эффективность работы турбомашин, в числе прочего зависит от задерживающего эффекта уплотнения между вращающимися лопатками и внутренней поверхностью корпуса в вентиляторе, компрессоре и турбине. Одним из основных видов подобных уплотнений являются прирабатываемые (истираемые) уплотнения, обеспечивающие высокую герметичность конструкции за счет прорезания бандажом, охватывающим внешние края лопаток турбомашины, канавок в уплотнительном материале.The efficiency of turbomachines, among other things, depends on the delaying effect of sealing between the rotating blades and the inner surface of the housing in the fan, compressor and turbine. One of the main types of such seals are run-in (abraded) seals, which ensure high tightness of the structure due to the cutting of grooves in the sealing material by a bandage covering the outer edges of the turbomachine blades.
Прирабатываемые уплотнения являются одним из наиболее эффективных методов совершенствования аэродинамики проточной части турбины, повышающим экономичность за счет снижения утечки рабочего тела в периферийном зазоре над рабочими лопатками. На текущий момент наиболее распространенными являются уплотнения на основе металлических сотовых структур, которым в процессе изготовления придают заданную форму и методом сварки или пайки монтируют одним из оснований на подложку, получая сегменты уплотнения, в конечном итоге размещаемые в пазах на статоре турбомашины.Run-in seals are one of the most effective methods for improving the aerodynamics of the turbine flow path, increasing efficiency by reducing the leakage of the working fluid in the peripheral gap above the rotor blades. At the moment, the most common are seals based on metal honeycomb structures, which are given a predetermined shape during the manufacturing process and mounted by one of the bases on the substrate by welding or soldering, obtaining seal segments that are ultimately placed in grooves on the turbomachine stator.
Эффект, достигаемый использованием таких прирабатываемых уплотнений, заключается в препятствовании перетеканию газа или пара между ступенями турбины.The effect achieved by using such run-in seals is to prevent the flow of gas or steam between the turbine stages.
На острых кромках уплотнения происходит срыв потока, который, благодаря геометрии соты разворачивается в обратную сторону и «запечатывает» пространство между лопаткой ротора и кожухом турбины, предотвращая утечки. За счет этого происходит экономия топлива и повышается эффективность работы турбомашины. Прирабатываемые уплотнения на основе сотовых структур отличаются также хорошей теплоотводящей способностью.At the sharp edges of the seal, flow stall occurs, which, due to the honeycomb geometry, turns in the opposite direction and “seals” the space between the rotor blade and the turbine casing, preventing leakage. Due to this, fuel is saved and the efficiency of the turbomachine is increased. The run-in seals based on honeycomb structures also have good heat dissipation properties.
Объемные характеристики (конфигурация) сотовых структур определяются геометрией внутреннего пространства агрегата, в котором они должны использоваться. Для обеспечения необходимого геометрического соответствия исходная сотовая структура подвергается механической обработке, приобретая требуемую форму с плоскими сечениями, ступеньками, пазами и др. В ходе обработки изделие должно сохранять целостность, чтобы в дальнейшем обеспечить необходимую герметичность конструкции.Volumetric characteristics (configuration) of honeycomb structures are determined by the geometry of the internal space of the unit in which they are to be used. To ensure the necessary geometric conformity, the original honeycomb structure is subjected to mechanical processing, acquiring the required shape with flat sections, steps, grooves, etc. During processing, the product must maintain integrity in order to further ensure the necessary tightness of the structure.
Прирабатываемые уплотнения на основе сотовых структур обладают высокой пористостью, снижающей износ лопаток турбомашины в процессе эксплуатации. Однако для эффективного функционирования такого уплотнения необходимо, чтобы при его срезании лопатками турбомашины не происходило существенной деформации формы самой соты, поскольку стабильность формы и качество ячейки напрямую влияют на эффективность работы и прирост КПД турбомашины. Таким образом, существует проблема одновременного обеспечения высокой прирабатываемости и низкой деформированности остаточного уплотнения.Run-in seals based on honeycomb structures have a high porosity, which reduces the wear of turbomachine blades during operation. However, for the effective functioning of such a seal, it is necessary that when it is cut by the blades of a turbomachine, there is no significant deformation of the shape of the honeycomb itself, since the shape stability and quality of the cell directly affect the efficiency and increase in the efficiency of the turbomachine. Thus, there is a problem of simultaneously providing high running-in capability and low deformation of the permanent seal.
Прочностные характеристики уплотнения во многом зависят от способа его изготовления. На данный момент широко распространены уплотнения на основе сварных сотовых структур, представляющих собой совокупность гофрированных лент, соединенных в сотовую структуру при помощи точечной лазерной, контактной или контактно-конденсаторной сварки, пайки, или объединением указанных методов. В отличие от других способов изготовления прирабатываемых уплотнений(например, склеиванием, гибкой или спеканием) технология изготовления на основе сварных сотовых структур позволяет достичь максимальной простоты конструкции, низкой стоимости, малого времени и высокой технологичности получения уплотнения, а также дает возможность проводить предварительную эрозионную или механическую обработку структуры.The strength characteristics of the seal largely depend on the method of its manufacture. At the moment, seals based on welded honeycomb structures are widely used, which are a set of corrugated tapes connected into a honeycomb structure using laser spot, contact or contact-capacitor welding, soldering, or a combination of these methods. Unlike other methods of manufacturing run-in seals (for example, by gluing, bending or sintering), the manufacturing technology based on welded honeycomb structures allows achieving maximum design simplicity, low cost, short time and high manufacturability of sealing, and also makes it possible to carry out preliminary erosion or mechanical structure processing.
В промышленном производстве уплотнений на основе сварных сотовых структур обычно применяют одноточечное (см., например, Иванов В.В., Тагильцев СВ. Сравнительный анализ технологий изготовления сотовых уплотнений // Газотурбинные технологии. 2019. №6. С. 26-29) либо двухточечное, как это описано, например, в заявке CN 109204845, сварное соединение, когда каждые соприкасающиеся грани сот скрепляют либо в одной лежащей в плоскости симметрии сотовой структуры точке, либо в двух равноудаленных от плоскости симметрии сотовой структуры точках. При небольшой высоте сотовой структуры, сравнимой с геометрическими размерами соты и расстояниями между точками крепления, этого бывает достаточно. По мере увеличения высоты сотовой структуры такой подход перестает себя оправдывать, поскольку при приработке уплотнения или в процессе механической обработки для придания изделию необходимой геометрической формы срез может оказаться на значительном удалении от точек крепления, что неизбежно приведет к деформации соты - сминанию и разрыву ее краев и, соответственно, ухудшению целостности изделия.In the industrial production of seals based on welded honeycomb structures, a single-point seal is usually used (see, for example, Ivanov V.V., Tagiltsev SV. Comparative analysis of manufacturing technologies for honeycomb seals // Gas Turbine Technologies. 2019. No. 6. P. 26-29) or point-to-point, as described, for example, in application CN 109204845, a welded joint, when each contacting face of the honeycomb is fastened either at one point lying in the symmetry plane of the honeycomb structure, or at two points equidistant from the symmetry plane of the honeycomb structure. With a small height of the honeycomb structure, comparable with the geometric dimensions of the honeycomb and the distances between the attachment points, this is enough. As the height of the honeycomb structure increases, this approach ceases to justify itself, since during the running-in of the seal or during machining to give the product the necessary geometric shape, the cut may be at a considerable distance from the attachment points, which will inevitably lead to deformation of the honeycomb - crushing and tearing of its edges and , respectively, to the deterioration of the integrity of the product.
Из патента RU 2745839 известен способ изготовления прирабатываемого уплотнения на основе сотовой структуры, в котором за счет создания распределенного в шахматном порядке в объеме прирабатываемого уплотнения массива точек крепления достигают снижения его деформируемости и обеспечивают высокую целостность готового изделия при сохранении высокой технологичности изготовления и высокой прирабатываемости, поскольку практически при любой глубине среза в объеме уплотнения останется достаточное количество точек крепления, чтобы удерживать сотовую структуру в недеформируемом состоянии, причем половина ближайших к срезу точек крепления располагается в непосредственной близости от него.From patent RU 2745839, a method for manufacturing a burn-in seal based on a honeycomb structure is known, in which, by creating a staggered array of attachment points distributed in the volume of a burn-in seal, its deformability is reduced and high integrity of the finished product is ensured while maintaining high manufacturability and high running-in, since at almost any cut depth, a sufficient number of attachment points will remain in the seal volume to keep the honeycomb structure in a non-deformable state, and half of the attachment points closest to the cut are located in close proximity to it.
Данный способ вполне оправдан в том случае, когда производитель не обладает полной информацией о характеристиках оборудования, в котором будет использоваться производимое прирабатываемое уплотнение. Готовым изделием в данном случае является недеформированная исходная сотовая структура, которая впоследствии приобретает требуемую конфигурацию на этапе предварительной механической обработки перед монтажом или в процессе использования.This method is quite justified in the case when the manufacturer does not have full information about the characteristics of the equipment in which the produced running-in seal will be used. The finished product in this case is an undeformed original honeycomb structure, which subsequently acquires the required configuration at the stage of pre-machining before installation or during use.
В случае, когда производителю изначально известны геометрия внутреннего пространства агрегата, в котором прирабатываемое уплотнение будет использоваться, конфигурации срезов, формирующих из исходной сотовой структуры разноуровневую структуру, известно, какое из оснований сотовой структуры подлежит закреплению на подложке, указанный способ представляется излишне затратным, поскольку понятно, что нет никакой необходимости создавать такое количество точек крепления в объеме прирабатываемого уплотнения, по крайней мере, в той его части, которая заведомо будет удаляться в процессе механической обработки. Кроме того, при известной конфигурации срезов появляется возможность проводить предварительную механическую обработку уже на этапе производства прирабатываемого уплотнения и поставлять потребителю в качестве готового изделия разноуровневую сотовую структуру требуемой конфигурации.In the case when the manufacturer initially knows the geometry of the internal space of the unit in which the running-in seal will be used, the configuration of the sections that form a multi-level structure from the original honeycomb structure, it is known which of the bases of the honeycomb structure is to be fixed on the substrate, this method seems to be excessively expensive, since it is clear that there is no need to create such a number of attachment points in the volume of the running-in seal, at least in that part of it that will certainly be removed during machining. In addition, with a known configuration of cuts, it becomes possible to carry out pre-machining already at the stage of production of a running-in seal and supply the consumer with a multi-level honeycomb structure of the required configuration as a finished product.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание для случая известной определяемой геометрическими характеристиками внутреннего пространства агрегата конфигурации срезов используемого в нем уплотнения низкозатратного способа изготовления прирабатываемого уплотнения, обеспечивающего высокую целостность готового изделия при сохранении высокой технологичности изготовления и высокой прирабатываемости.The task to be solved by the present invention is to create for the case of a well-known geometrical characteristics of the internal space of the unit the configuration of the slices used in it of the seal, a low-cost method for manufacturing a running-in seal, which ensures high integrity of the finished product while maintaining high manufacturability and high running-in.
Положительный эффект изобретения достигается тем, что для создания прирабатываемого уплотнения гофрированные ленты последовательно накладывают друг на друга и скрепляют на соприкасающихся участках с образованием сотовой структуры.The positive effect of the invention is achieved by the fact that in order to create a run-in seal, the corrugated tapes are sequentially superimposed on each other and fastened in contact areas to form a honeycomb structure.
Новым в случае реализации изобретения по п. 1 формулы является то, что при известной определяемой геометрическими характеристиками внутреннего пространства агрегата конфигурации срезов используемого в нем уплотнения, формирующих из исходной сотовой структуры высотой Н разноуровневую структуру, для каждого m-го среза, отсчитываемого от подлежащего закреплению на подложке основания сотовой структуры, соприкасающиеся участки лент последовательно скрепляют на глубину Lm каждого m-го среза таким образом, чтобы центры точек крепления лежали с отступом на величину радиуса точки крепления непосредственно под плоскостью, проведенной параллельно плоскости подлежащего закреплению на подложке основания сотовой структуры через ближайшую к основанию точку m-го среза с высотой hm.New in the case of the implementation of the invention according to
Новым в частном случае реализации изобретения по п. 2 формулы является то, что, если hm-hm-1>Н/2, где hm и hm-1 - высоты m-го и (m-1)-го срезов соответственно, соприкасающиеся участки лент последовательно скрепляют дополнительными точками крепления, располагаемыми между точками крепления m-го и (m-1)-го срезов по меньшей мере на глубину m-го среза на уровне расположения дополнительных точек крепления.New in the particular case of the implementation of the invention according to claim 2 of the formula is that if h m -h m-1 > H / 2, where h m and h m-1 are the heights of the m-th and (m-1)-th sections, respectively, the contacting sections of the tapes are sequentially fastened with additional attachment points located between the attachment points of the m-th and (m-1)-th sections, at least to the depth of the m-th cut at the level of the additional attachment points.
Новым в частном случае реализации изобретения по п. 3 формулы является то, что дополнительные точки крепления располагают на равном расстояния между точками крепления m-го и (m-1)-го срезов.New in the particular case of the implementation of the invention according to claim 3 of the formula is that additional attachment points are placed at an equal distance between the attachment points of the m-th and (m-1)-th sections.
Изобретение поясняется фиг. 1, где проиллюстрирован вариант осуществления изобретения в соответствии с п. 2 формулы для случая уплотнения с гексагональной формой соты. Рисунок поясняет изобретение, но не ограничивает его.The invention is illustrated in FIG. 1, which illustrates an embodiment of the invention in accordance with claim 2 for the case of a seal with a hexagonal honeycomb shape. The drawing explains the invention but does not limit it.
Изобретение по независимому пункту 1 формулы осуществляют следующим образом.The invention according to the
Например, необходимо в конечном итоге получить прирабатываемое уплотнение в виде разноуровневой сотовой структуры с известной максимальной высотой H и с известными глубинами срезов Lm и высотами срезов hm относительно подлежащего закреплению на подложке основания сотовой структуры, которые и формируют требуемую разноуровневую структуру.For example, it is necessary to eventually obtain a run-in seal in the form of a multi-level honeycomb structure with a known maximum height H and with known cut depths L m and cut heights h m relative to the base of the honeycomb structure to be fixed on the substrate, which form the required multi-level structure.
Для изготовления прирабатываемого уплотнения ленты исходного материала, предварительно гофрированные регулярным образом, чтобы форма гофры соответствовала половине соты и чтобы при наложении друг на друга соседних лент образовывались соты нужной конфигурации, последовательно прикрепляют друг к другу соприкасающимися участками до образования сотовой структуры прирабатываемого уплотнения нужного размера. Крепление осуществляют не по всей площади соприкасающихся участков лент, а точечно. При этом для каждого m-го среза соприкасающиеся участки лент последовательно скрепляют на глубину Lm каждого m-го среза таким образом, чтобы центры точек крепления лежали с отступом на величину радиуса точки крепления непосредственно под плоскостью, проведенной параллельно плоскости подлежащего закреплению на подложке основания сотовой структуры через ближайшую к основанию сотовой структуры точку m-го среза с высотой hm.For the manufacture of a running-in seal, the tapes of the starting material, previously corrugated in a regular manner so that the shape of the corrugations corresponds to half of the honeycomb and so that honeycombs of the desired configuration are formed when adjacent tapes are superimposed on each other, are sequentially attached to each other by adjoining sections until a honeycomb structure of the run-in seal of the desired size is formed. Fastening is carried out not over the entire area of the contacting sections of the tapes, but pointwise. At the same time, for each m-th cut, the contacting sections of the tapes are successively fastened to a depth L m of each m-th cut so that the centers of the attachment points lie indented by the value of the radius of the attachment point directly under the plane drawn parallel to the plane of the honeycomb base to be fixed on the substrate. structure through the m-th cut point closest to the base of the honeycomb structure with height h m .
Таким образом, конфигурация точек крепления определяется требуемой конфигурацией готового изделия.Thus, the configuration of the attachment points is determined by the desired configuration of the finished product.
В частном случае реализации способа по п. 2 формулы, в случае если hm-hm-1>H/2, т.е. когда расстояние между плоскостями, в которых расположены точки крепления у соседних m-го и (m-1)-го срезов превышает половину высоты сотовой структуры, соприкасающиеся участки лент последовательно скрепляют дополнительными точками крепления, располагаемыми между точками крепления m-го и (w-1)-го срезов, по меньшей мере на глубину m-го среза на уровне расположения дополнительных точек крепления. Это позволяет дополнительно укрепить сотовую структуру в окрестности линии среза, что особенной существенно на тех участках среза, где он более пологий. Если же расстояние между плоскостями, в которых расположены точки крепления у соседних m-го и (m-1)-го срезов настолько велико, что существует угроза чрезмерного снижения механической прочности изделия, может быть осуществлено дополнительное крепление и на всю глубину сотовой структуры.In a particular case of implementing the method according to claim 2 of the formula, if h m -h m-1 >H/2, i.e. when the distance between the planes in which the attachment points are located at the adjacent m-th and (m-1)-th sections exceeds half the height of the honeycomb structure, the contacting sections of the tapes are sequentially fastened with additional attachment points located between the attachment points of the m-th and (w- 1)-th slice, at least to the depth of the m-th slice at the level of location of additional attachment points. This makes it possible to additionally strengthen the honeycomb structure in the vicinity of the cut line, which is especially important in those sections of the cut where it is more gentle. If the distance between the planes in which the attachment points are located at the adjacent m-th and (m-1)-th sections is so large that there is a threat of excessive reduction in the mechanical strength of the product, additional attachment can be carried out throughout the entire depth of the honeycomb structure.
Когда срез обладает большой крутизной и угол его наклона приближается к 90°, достаточно расположить дополнительные точки крепления на равном расстояния между точками крепления m-го и (m-1)-го срезов, что и предлагается осуществлять в частном случае реализации способа по п. 3 формулы.When the cut has a large steepness and its angle of inclination approaches 90°, it is sufficient to place additional attachment points at an equal distance between the attachment points of the m-th and (m-1)-th sections, which is proposed to be carried out in the particular case of implementing the method according to
На фиг. 1 проиллюстрирован вариант осуществления изобретения п. 2 формулы для случая уплотнения с гексагональной формой соты. Здесь слева приведен вид сотовой структуры с выполненными срезами, на котором кружочками обозначены точки крепления, а справа схематично представлен вид сотовой структуры с выполненными срезами с разворотом на 90° по горизонтали, где квадратами обозначены уходящие внутрь сотовой структуры ряды точек крепления. Видно, что в соответствии с п. 1 формулы в сотовой структуре осуществлено скрепление на глубину L1 у 1-го среза, L2 у 2-го среза и в соответствии с п. 2 формулы осуществлено дополнительное скрепление на глубину Lдоп у 2-го среза, в котором точки крепления расположены между точками крепления 1-го и 2-го срезов.In FIG. 1 illustrates an embodiment of the invention of claim 2 for the case of a seal with a hexagonal honeycomb shape. Here, on the left is a view of the honeycomb structure with cuts, on which the attachment points are marked with circles, and on the right is a schematic view of the honeycomb structure with cuts made with a 90° horizontal turn, where the rows of attachment points going inside the honeycomb structure are marked with squares. It can be seen that, in accordance with
Таким образом, варианты осуществления способа в соответствии с п. 1, п. 2 и п. 3 формулы позволяют выполнить срез (срезы) таким образом, чтобы точки крепления располагались максимально близко от него (от них) и сохранили готовое изделие в недеформированном состоянии. Иными словами, позволяют, не увеличивая механическую прочность сотовой структуры в целом и сохраняя высокую прирабатываемость, обеспечить высокую целостность готового изделия. Технологичность изготовления при этом также не ухудшается, поскольку не происходит снижения скорости сварки, а вот затраты на изготовление сотовой структуры сильно снижаются, поскольку количество точек крепления при изготовлении уплотнения минимизировано.Thus, the embodiments of the method in accordance with
Claims (3)
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021129348A RU2021129348A (en) | 2023-04-07 |
RU2795531C2 true RU2795531C2 (en) | 2023-05-04 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5628925A (en) * | 1994-03-31 | 1997-05-13 | Degussa Aktiengesellschaft | Process for manufacturing a coated, monolithic metal support |
WO2004071740A1 (en) * | 2003-02-05 | 2004-08-26 | Crosstie Technologies, Inc. | Elastomeric structural elements |
GB2502309A (en) * | 2012-05-23 | 2013-11-27 | Rolls Royce Plc | A honeycomb seal a method of manufacturing a honeycomb seal |
CN109204845A (en) * | 2017-12-18 | 2019-01-15 | 中国航空制造技术研究院 | A kind of manufacturing method of metal soundwich |
RU2745839C9 (en) * | 2020-09-03 | 2021-04-14 | Акционерное общество "РОТЕК" (АО "РОТЕК") | Method of manufacturing an abradable seal |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5628925A (en) * | 1994-03-31 | 1997-05-13 | Degussa Aktiengesellschaft | Process for manufacturing a coated, monolithic metal support |
WO2004071740A1 (en) * | 2003-02-05 | 2004-08-26 | Crosstie Technologies, Inc. | Elastomeric structural elements |
GB2502309A (en) * | 2012-05-23 | 2013-11-27 | Rolls Royce Plc | A honeycomb seal a method of manufacturing a honeycomb seal |
CN109204845A (en) * | 2017-12-18 | 2019-01-15 | 中国航空制造技术研究院 | A kind of manufacturing method of metal soundwich |
RU2745839C9 (en) * | 2020-09-03 | 2021-04-14 | Акционерное общество "РОТЕК" (АО "РОТЕК") | Method of manufacturing an abradable seal |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6350102B1 (en) | Shroud leakage flow discouragers | |
US8337146B2 (en) | Rotor casing treatment with recessed baffles | |
US20080080972A1 (en) | Stationary-rotating assemblies having surface features for enhanced containment of fluid flow, and related processes | |
JP5314851B2 (en) | Rotor blade for the second phase of the compressor | |
EP1985807B1 (en) | Seal for a gas turbine and corresponding manufacturing method | |
JP5475998B2 (en) | Method and apparatus for repairing a rotor disk for a gas turbine | |
US3529905A (en) | Cellular metal and seal | |
EP1985808A2 (en) | An abradable sealing for a gas turbine engine and the corresponding method of forming this sealing | |
EP2813671A1 (en) | Gas turbine with honeycomb seal | |
US7628581B2 (en) | Rotating machine | |
US20080050233A1 (en) | Turbo Machine | |
US11428110B2 (en) | Labyrinth seal abradable structure, notably for aircraft turbine | |
JP2008223660A (en) | Shaft sealing device and turbomachinery | |
US4477089A (en) | Honeycomb seal for turbine engines | |
US20130336799A1 (en) | Compressor blade | |
JP3710480B2 (en) | Rotating sealing element for rotating machinery | |
KR20090104112A (en) | Assembling method of stator blade ring segment, stator blade ring segment, coupling member, welding method | |
US4280795A (en) | Interblade seal for axial flow rotary machines | |
US20050089398A1 (en) | Leakage control in a gas turbine engine | |
RU2795531C2 (en) | Method for manufacturing a run-in seal | |
US20030012655A1 (en) | Turbine rotor blades assembly and method for assembling the same | |
US20070237627A1 (en) | Offset blade tip chord sealing system and method for rotary machines | |
RU2745839C1 (en) | Method of manufacturing an abradable seal | |
WO2012048957A1 (en) | Turbomachine rotor with blade roots with adjusting protrusions | |
US2946609A (en) | Labyrinth seal |