RU95576U1 - Прирабатываемое уплотнение турбины - Google Patents
Прирабатываемое уплотнение турбины Download PDFInfo
- Publication number
- RU95576U1 RU95576U1 RU2010109937/22U RU2010109937U RU95576U1 RU 95576 U1 RU95576 U1 RU 95576U1 RU 2010109937/22 U RU2010109937/22 U RU 2010109937/22U RU 2010109937 U RU2010109937 U RU 2010109937U RU 95576 U1 RU95576 U1 RU 95576U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- run
- seal according
- additive
- seal
- additionally contains
- Prior art date
Links
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
1. Прирабатываемое уплотнение турбины, выполненное из адгезионно соединенных между собой частиц порошкового наполнителя, составляющего основу материала уплотнения и добавок, отличающееся тем, что в качестве материала наполнителя используется высоколегированная сталь состава: Cr от 10,0 до 16,0%, Мо от 0,8 до 3,7%, Fe остальное, с размерами частиц порошка от 15 до 180 мкм, а в качестве добавки используется гексагональный нитрид бора в количестве от 0,5 до 10,0%. ! 2. Прирабатываемое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что размеры частиц порошка гексагонального нитрида бора составляют менее 1 мкм. ! 3. Прирабатываемое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что дополнительно в качестве добавки содержит от 0,4 до 3% BaSO4. ! 4. Прирабатываемое уплотнение по п.2, отличающееся тем, что дополнительно в качестве добавки содержит от 0,4 до 3% BaSO4. ! 5. Прирабатываемое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что дополнительно в качестве добавки содержит от 0,4 до 3% углерода. ! 6. Прирабатываемое уплотнение по п.2, отличающееся тем, что дополнительно в качестве добавки содержит от 0,4 до 3% углерода. ! 7. Прирабатываемое уплотнение по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что выполнено спеканием в вакууме или защитной среде при температуре от 950 до 1250°С. ! 8. Прирабатываемое уплотнение по п.7, отличающееся тем, что в качестве защитной среды использован СО и/или СO2. ! 9. Прирабатываемое уплотнение по п.7, отличающееся тем, что спекание осуществлено в вакууме не хуже 10-2 мм рт.ст. ! 10. Прирабатываемое уплотнение по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что получено газотермическим нанесением на элемент турбомашины. ! 11. Прирабатываемое уплотнение по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что
Description
Полезная модель относится к машиностроению, в частности к уплотнениям зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций.
Эффективность работы газотурбинных двигателей и установок, а также паровых турбин зависит герметичности уплотнения между вращающимися лопатками и внутренней поверхностью корпуса в вентиляторе, компрессоре и турбине. Одним из основных видов подобных уплотнений являются истираемые уплотнения, герметичность которых обеспечивается за счет прорезания выступами на торцах лопаток канавок в истираемом уплотнительном материале. Уплотнения турбин выполняют например, используя плетеные металлические волокна, соты [патент США N 5080934, МПК. F01D 11/08, 427/271, 1991] или спеченные металлические частицы. Приработка этих уплотнений происходит за счет его высокой пористости и его низкой прочности. Последнее обуславливает невысокую эрозионную стойкость уплотнительных материалов, что приводит к быстрому износу уплотнения. В качестве прирабатываемых уплотнений в современных двигателях и установках используют также газотермические покрытия, имеющих, по сравнению с вышеописанными материалами, меньшую трудоемкость изготовления.
Известно прирабатываемое уплотнение турбомашины [патент США №4291089], получаемое методом газотермического напыления порошкового материала. При этом уплотнение формируется в виде покрытия, которое наносится непосредственно на кольцевой элемент корпуса турбомашины в зону уплотнения между корпусом и лопаткой.
Недостатком известного уплотнения является невозможность одновременного обеспечения высокой прирабатываемости и износостойкости покрытия.
Известно также прирабатываемое уплотнение турбомашины [патент США №4936745], выполненное в виде высокопористого керамического слоя с пористостью от 20 до 35 объемных %.
Недостатком известного уплотнения является низкая эрозионная стойкость и прочность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является прирабатываемое уплотнение турбины, выполненное из адгезионно соединенных между собой частиц порошкового наполнителя, составляющего основу материала уплотнения и добавок, [патент РФ №2039631, МПК B22F 3/10, Способ изготовления истираемого материала, 1995]. При этом уплотнение включает заполненные в сотовые ячейки и спеченные в вакууме или защитной среде гранулированный прошковый материл состава Cr-Fe-NB-C-Ni.
Известный материал прирабатываемого уплотнения турбомашины [патент РФ №2039631, МПК B22F 3/10, Способ изготовления истираемого материала, 1995] используется для уплотнения, которое выполнено в виде жестко соединенного со статором слоя сотовой структуры. При соприкосновении выступов на торце лопатке с сотовой структурой острые кромки гребешков притупляются, что приводит к снижению эффективности уплотнения. При этом слой сотовой структуры может быть закреплен на элементе турбомашины методом сварки или пайки [например, патент РФ №2277637, МПК F01D 11/08, 2006 г.].
Процесс изготовления и прикрепления сотовой структуры достаточно сложен, трудоемок, а также связан с большими временными затратами. При этом, сотовая структура может быть соединена как с кольцевым элементом турбомашины, так и с отдельными, образующими кольцо вставками [например, патент РФ 2287063, МПК F01D 11/08, 2006 г.].
Недостатками прототипа являются невозможность одновременного обеспечения высокой прирабатываемости, механической прочности и износостойкости материала уплотнения, а также необходимости использования сотовых ячеек.
В этой связи, использование уплотнения, не содержащего слоя сотовой структуры, а выполненного из монолитного материала допускающими врезание в него выступов лопатки и снижающими их износ в процессе эксплуатации, привело бы к дальнейшему повышению эффективности работы турбомашин.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является одновременное обеспечение высокой прирабатываемости, механической прочности и износостойкости материала уплотнения, а также снижения трудоемкости его изготовления.
Технический результат достигается тем, что прирабатываемое уплотнение турбины, выполненное из адгезионно соединенных между собой частиц порошкового наполнителя, составляющего основу материала уплотнения и добавок, в отличие от прототипа, в качестве материала наполнителя использует высоколегированную сталь состава: Cr - от 10,0 до 16,0%, Мо - от 0,8 до 3,7%, Fe - остальное, с размерами частиц порошка от 15 мкм до 180 мкм, а в качестве добавки используется гексагональный нитрид бора в количестве от 0,5% до 10,0%, причем размеры частиц порошка гексагонального нитрида бора составляют менее 1 мкм.
Технический результат достигается также тем, что прирабатываемое уплотнение в качестве добавки, как варианты, дополнительно содержит: от 0,4% до 3% BaSO4; от 0,4% до 3% углерода.
Технический результат достигается также тем, что прирабатываемое уплотнение выполнено спеканием в вакууме или защитной среде при температуре от 950°С до 1250°С, причем, как варианты, качестве защитной среды использован СО и/или СО2; спекание осуществлено в вакууме не хуже 10-2 мм рт. ст.
Технический результат достигается также тем, что прирабатываемое уплотнение получено газотермическим нанесением на элемент турбомашины.
Технический результат достигается также тем, что прирабатываемое уплотнение в качестве добавки, как варианты, дополнительно содержит: Са в пределах от 0,01 до 0,2%; CaF2 в количестве от 4 до 11%.
Исследованиями авторов было установлено, что в определенных условиях возможно создание материала для уплотнений обладающего с одной стороны, достаточно высокими механической прочностью и износостойкостью, позволяющими изготавливать из него элементы уплотнений, не разрушающиеся в условиях эксплуатации, а с другой - обладать высокой прирабатываемостью. Совмещение высокой механической прочности и прирабатываемости в разработанном материале для уплотнений, объясняется, в частности, тем, что адгезионная прочность частиц наполнителя, образующего материал весьма высока, тогда как в результате мгновенного ударного-теплового воздействия в условиях эксплуатации уплотнения на отдельную частицу наполнителя кинетическая энергия удара переходит в тепловую энергию. В результате этого, адгезионная прочность на границе рассматриваемой частицы резко снижается и в результате удара происходит его отрыв. В целом же процесс прирабатываемости уплотнения складывается из совокупности единичных процессов отрыва частиц наполнителя в результате снижения адгезионной прочности на границе каждой частицы. Кроме того, отрыв и унос частицы приводит к отводу излишней теплоты из зоны приработки и не позволяет нагреваться основной массе материала. Таким образом реализуется совмещение адгезионной прочности соединения частиц наполнителя составляющую величину от 20 до 100% прочности частиц и локальной адгезионной прочности соединения частиц в зоне контакта с контр-телом от 0,5 до 3% от прочности частиц наполнителя. В связи с дискретным характером взаимодействия системы «уплотнение-лопатка», практически, после приработки происходит их безконтактное взаимодействие.
Однако, для реализации описанного механизма прирабатываемости уплотнения необходимо обеспечить ряд условий. К этим условиям относятся: соотношение адгезионной прочности соединения частиц наполнителя должна составлять величину от 20 до 100% прочности частиц; локальная адгезионная прочность частиц в зоне контакта с контр-телом от 0,5 до 12% от прочности частиц наполнителя; размеры частиц наполнителя должны составлять величину от 15 до 180 мкм; использоваться, в качестве добавки гексагональный нитрид бора в количестве от 0,5% до 10,0%, а размеры частиц порошка гексагонального нитрида бора должны составлять менее 1 мкм. Кроме того, функциональные свойства могут регулироваться использованием в качестве добавок BaSO4 - от 0,4% до 3% и углерода от 0,4% до 3%. При этом важное значение имеют также условия получения прирабатываемого уплотнения: процесса спекания в вакууме или защитной среде при температуре от 950°С до 1250°С, при использовании в качестве защитной среды СО и/или СO2 или спекания в вакууме (не хуже 10-2 мм рт. ст.). Получение уплотнения может быть осуществлено также и газотермическим методом. А использование такой добавки как Са в пределах от 0,01 до 0,2%, также способствует, для определенных условий работы турбомашины, повышению эксплуатационных свойств уплотнения.
Пример. В качестве основы для получения прирабатываемого уплотнения использовался металлический порошок составов: 1) Cr - 10,0%, Мо - от 0,8%, Fe - остальное; 2) Cr - 14,3%, Мо - 2,6%, Fe - остальное; 3) Cr - 16,0%, Мо - 3,7%, Fe - остальное. Размеры частиц наполнителя составляли величины: 15 мкм; 30 мкм; 63 мкм; 100 мкм; 160 мкм; 180 мкм. Исходный порошковый материал дополнительно содержал гексагональный нитрид бора (BN) размерами частиц порошка менее 1 мкм в количестве: 0,5%; 1,0%; 5,0%; 7,0%; 10,0%.
Кроме того, были использованы порошковые материалы вышеуказанных составов с дополнительными добавками следующих компонентов: 1) BaSO4: 0,4%; 1,2%; 3%. 2) углерод: 0,4%; 0,8%; 2,1%; 3%. 3) Са: 0,01%; 0,05%; 0,1%; 0,2%. 4) CaF2: 4%; 6%; 8%; 11%.
Прирабатываемое уплотнение было изготовлено спеканием в вакууме и защитной среде. Спекание одной части заготовок проводили при температуре 1200±100°С в вакуумной электропечи ОКБ 8086 при остаточном давлении в камере не хуже 10-2 мм рт. ст., а другой части - при той же температуре в среде газа: 1) СО. 2) СO2 3) смеси газов СО и СO2 в соотношениях объемных процентов: 10%:90%; 25%:75%; 10%:90%; 50%:50%; 75%:25%; 90%:10%. Давление прессования при изготовлении заготовок прирабатываемого уплотнения для всех вариантов было равным: 40 кгс/мм2; 50 кгс/мм2; 60 кгс/мм2; 70 кгс/мм2. Механические свойства полученного материала составили: твердость НВ от 137 до 146; σв=27,6…36,6 кгс/мм2; σт,=17,4…24,4 кгс/мм2; КС=1,18…1,58 кгм/см2.
Результаты испытаний образцов уплотнений из разработанного материала в условиях эксплуатации показали сочетание высоких прочностных характеристик уплотнений, с хорошей прирабатываемостью.
Claims (14)
1. Прирабатываемое уплотнение турбины, выполненное из адгезионно соединенных между собой частиц порошкового наполнителя, составляющего основу материала уплотнения и добавок, отличающееся тем, что в качестве материала наполнителя используется высоколегированная сталь состава: Cr от 10,0 до 16,0%, Мо от 0,8 до 3,7%, Fe остальное, с размерами частиц порошка от 15 до 180 мкм, а в качестве добавки используется гексагональный нитрид бора в количестве от 0,5 до 10,0%.
2. Прирабатываемое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что размеры частиц порошка гексагонального нитрида бора составляют менее 1 мкм.
3. Прирабатываемое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что дополнительно в качестве добавки содержит от 0,4 до 3% BaSO4.
4. Прирабатываемое уплотнение по п.2, отличающееся тем, что дополнительно в качестве добавки содержит от 0,4 до 3% BaSO4.
5. Прирабатываемое уплотнение по п.1, отличающееся тем, что дополнительно в качестве добавки содержит от 0,4 до 3% углерода.
6. Прирабатываемое уплотнение по п.2, отличающееся тем, что дополнительно в качестве добавки содержит от 0,4 до 3% углерода.
7. Прирабатываемое уплотнение по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что выполнено спеканием в вакууме или защитной среде при температуре от 950 до 1250°С.
8. Прирабатываемое уплотнение по п.7, отличающееся тем, что в качестве защитной среды использован СО и/или СO2.
9. Прирабатываемое уплотнение по п.7, отличающееся тем, что спекание осуществлено в вакууме не хуже 10-2 мм рт.ст.
10. Прирабатываемое уплотнение по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что получено газотермическим нанесением на элемент турбомашины.
11. Прирабатываемое уплотнение по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что дополнительно в качестве добавки содержит Са в пределах от 0,01 до 0,2%.
12. Прирабатываемое уплотнение по п.7, отличающееся тем, что дополнительно в качестве добавки содержит Са в пределах от 0,01 до 0,2%.
13. Прирабатываемое уплотнение по п.8, отличающееся тем, что дополнительно в качестве добавки содержит Са в пределах от 0,01 до 0,2%.
14. Прирабатываемое уплотнение по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что дополнительно в качестве добавки содержит CaF2 в количестве от 4 до 11%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010109937/22U RU95576U1 (ru) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | Прирабатываемое уплотнение турбины |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010109937/22U RU95576U1 (ru) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | Прирабатываемое уплотнение турбины |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95576U1 true RU95576U1 (ru) | 2010-07-10 |
Family
ID=42684937
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010109937/22U RU95576U1 (ru) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | Прирабатываемое уплотнение турбины |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU95576U1 (ru) |
-
2010
- 2010-03-16 RU RU2010109937/22U patent/RU95576U1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU98159U1 (ru) | Элемент прирабатываемого уплотнения турбины | |
US20150337671A1 (en) | Abrasive blade tip treatment | |
JP2009515043A (ja) | ストロンチウムチタン酸化物及びそれから製造された被削性コーティング | |
US20120189434A1 (en) | Coating with abradability proportional to interaction rate | |
US20110243715A1 (en) | Abradable turbine air seal | |
RU2429106C2 (ru) | Прирабатываемое уплотнение турбины | |
RU2436658C2 (ru) | Составной элемент прирабатываемого уплотнения турбины | |
RU109427U1 (ru) | Уплотнение зазоров проточной части турбомашины | |
CN104675442B (zh) | 具有高热硬度护罩切割沉积部的涡轮轮叶 | |
RU95576U1 (ru) | Прирабатываемое уплотнение турбины | |
RU105673U1 (ru) | Прирабатываемое уплотнение турбомашины | |
RU95575U1 (ru) | Прирабатываемое уплотнение турбомашины | |
RU2424874C1 (ru) | Элемент прирабатываемого уплотнения турбины | |
RU94884U1 (ru) | Материал прирабатываемого уплотнения | |
EP3623082B1 (en) | Method of producing an abrasive tip for a turbine blade | |
RU2455116C1 (ru) | Элемент истираемого уплотнения турбины | |
RU114091U1 (ru) | Прирабатываемое уплотнение турбины с армирующим элементом | |
RU2703669C1 (ru) | Прирабатываемая вставка уплотнения турбины | |
RU2696985C1 (ru) | Материал прирабатываемого уплотнения турбомашины | |
RU2436966C2 (ru) | Материал прирабатываемого уплотнения турбомашины | |
RU2484924C2 (ru) | Элемент прирабатываемого уплотнения турбины | |
RU2425984C1 (ru) | Прирабатываемое уплотнение турбомашины | |
RU2454473C1 (ru) | Истираемое уплотнение турбомашины | |
RU120143U1 (ru) | Сотовый элемент прирабатываемого уплотнения турбины | |
Smarsly et al. | Advanced high temperature turbine seal materials and designs |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20140317 |