Дослідження і розробка вдосконалених покриттів лабіринтних ущільнень турбін газотурбінних двигунів

Автор(и)

  • Viktor Greshta Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0002-4589-6811
  • Daria Tkach Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0003-0851-1481
  • Eugene Sotnikov АТ «Мотор Січ» пр. Моторобудівників, 15, м. Запоріжжя, Україна, 69068, Україна https://orcid.org/0000-0003-3549-2765
  • Dmytro Pavlenko Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0001-6376-2879
  • Olexandr Klymov Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0003-1248-6645

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.140912

Ключові слова:

газотурбінний двигун, коефіцієнт корисної дії, радіальний зазор, лабіринтне ущільнення, легування, витрати газу

Анотація

Виконано аналіз підвищення ефективності турбін авіаційних двигунів шляхом вдосконалення складу ущільнювальних покриттів, що застосовуються в лабіринтних ущільненнях. Встановлено, що до таких покриттів висувається ряд суперечливих вимог, щодо їх властивостей на початковому етапі обкатки двигуна і при подальшій експлуатації. Показано основні види пошкоджень зазначених покриттів застосовуваних у конструкції лабіринтних ущільнень в процесі експлуатації газотурбінних двигунів. В зв’язку з необхідністю підвищення температури газів в турбіні авіаційних двигунів запропоновано додатково легувати серійні покриття на нікелевій основі ітрійвміщуючими лігатурами.

Наведено результати дослідження впливу легування ущільнювальних покриттів, що прироблюються, на експлуатаційні властивості в умовах впливу високотемпературного газового потоку. Визначено, що найбільш раціональним є легування серійного покриття КНА-82 багатокомпонентною лігатурою Co-Ni-Cr-Al-Y.

Встановлено, що застосування розробленого покриття в діапазоні температур 1100...1200 °С дозволяє знизити питомі витрати палива авіаційних двигунів за рахунок підвищення коефіцієнта корисної дії турбіни, а також запобігти зношуванню торцевих поверхонь гребінців лабіринтного ущільнення ротора. На підставі моделювання плину потоку в зазорі лабіринтного ущільнення чисельним методом показано, що застосування розроблених матеріалів покриттів в конструкції ущільнень турбіни компресора і вільної турбіни дозволяє знизити величину витоку охолоджуючого повітря в проточну частину турбіни за рахунок зменшення зносу гребінців лабіринтних ущільнень ротора

Біографії авторів

Viktor Greshta, Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Кандидат технічних наук, професор

Кафедра фізичного матеріалознавства

Daria Tkach, Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Кандидат технічних наук

Кафедра фізичного матеріалознавства

Eugene Sotnikov, АТ «Мотор Січ» пр. Моторобудівників, 15, м. Запоріжжя, Україна, 69068

Начальник цеху

Цеху № 3

Dmytro Pavlenko, Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технологій авіаційних двигунів

Olexandr Klymov, Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра фізичного матеріалознавства

Посилання

  1. Kofman, V. M. (2012). Opredelenie koefficienta poleznogo deystviya turbiny GTD po parametram neravnomernyh gazovyh potokov. Vestnik Ufimskogo gosudarstvennogo aviacionnogo tekhnicheskogo universiteta, 16 (5 (50)), 39–40.
  2. Sporer, D., Wilson, S., Dorfman, M. (2010). Ceramics for Abradable Shroud Seal Applications. Ceramic Engineering and Science Proceedings, 39–54. doi: https://doi.org/10.1002/9780470584293.ch5
  3. Chupp, R. E., Hendricks, R. C., Lattime, S. B., Steinetz, B. M. (2006). Sealing in turbomachinery. NASA/TM-2006-214341, 62.
  4. Bondarchuk, P. V., Tisarev, A. Yu., Lavrushin, M. V. (2012). Razrabotka metodiki rascheta sistemy upravleniya radial'nymi zazorami v turbine GTD. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta, 3 (34), 272–278.
  5. Inozemcev, A. A., Bazhin, S. V., Snitko, M. A. (2012). Voprosy optimizacii radial'nyh zazorov TVD aviacionnogo GTD. Vestnik dvigatelestroeniya, 2, 149–154.
  6. Inozemcev, A. A., Sandrackiy, V. L. (2006). Gazoturbinnye dvigateli. Moscow, 1204.
  7. Komarov, O. A., Dmitriev, S. Yu., Dautov, D. R., Ossiala, V. B. A. (2017). Poteri KPD v turbine vysokogo davleniya s bandazhirovannoy rabochey lopatkoy. Vestnik Ufimskogo gosudarstvennogo aviacionnogo tekhnicheskogo universiteta, 21 (2 (76)), 70–75.
  8. Ma, X., Matthews, A. (2009). Evaluation of abradable seal coating mechanical properties. Wear, 267 (9-10), 1501–1510. doi: https://doi.org/10.1016/j.wear.2009.03.044
  9. Gao, S., Xue, W., Duan, D., Li, S. (2016). Tribological behaviors of turbofan seal couples from friction heat perspective under high-speed rubbing condition. Friction, 4 (2), 176–190. doi: https://doi.org/10.1007/s40544-016-0114-x
  10. Karpinos, B. S., Korovin, A. V., Lobun'ko, A. P., Vedishcheva, M. Yu. (2014). Ekspluatacionnye povrezhdeniya turboreaktivnyh dvuhkonturnyh aviacionnyh dvigateley s forsazhnoy kameroy sgoraniya. Vestnik dvigatelestroeniya, 1.
  11. Fois, N., Watson, M., Marshall, M. (2016). The influence of material properties on the wear of abradable materials. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 231 (2), 240–253. doi: https://doi.org/10.1177/1350650116649528
  12. Hardwicke, C. U., Lau, Y.-C. (2013). Advances in Thermal Spray Coatings for Gas Turbines and Energy Generation: A Review. Journal of Thermal Spray Technology, 22 (5), 564–576. doi: https://doi.org/10.1007/s11666-013-9904-0
  13. Faraoun, H. I., Seichepine, J. L., Coddet, C., Aourag, H., Zwick, J., Hopkins, N. et. al. (2006). Modelling route for abradable coatings. Surface and Coatings Technology, 200 (22-23), 6578–6582. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.11.105
  14. Voevodin, A. A., Erohin, A. L., Spasskiy, S. E. (1991). Model' vybora skhemy mnogosloynogo ionno-plazmennogo pokrytiya na osnove rascheta napryazheniy v ego sloyah. Poverhnost'. Fizika, himiya, mekhanika, 9, 78–84.
  15. Dvirnik, Ya. V., Pavlenko, D. V. (2014). Metodika modelirovaniya techeniya potoka v osevom kompressore GTD chislennym metodom. Vestnik dvigatelestroeniya, 1, 34–40.
  16. Koval', V. A., Anurov, Yu. M., Belyaeva, S. O., Kovaleva, E. A., Yaroslavcev, S. V. (2009). Chislenniy analiz vozmozhnostey 2-D i 3-D metodov proektirovaniya osevyh turbomashin. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (5 (40)), 12–18. Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/21063/19508
  17. Bielikov, S. B., Hreshta, V. L., Tkach, D. V. et. al. (2017). Otsinka ekspluatatsiynoi nadiinosti teplozakhysnykh ushchilniuvalnykh pokryttiv detalei hazoturbinnykh dvyhuniv. Novi materialy i tekhnolohiyi v metalurhii ta mashynobuduvanni, 2, 14–17.
  18. Greshta, V. L., Tkach, D. V., Klimov, A. V., Sotnikov, E. G., Lekhovicer, Z. V., Stepanova, L. P. (2016). Issledovanie fazovogo sostava zharostoykih uplotnitel'nyh pokrytiy, primenyaemyh v GTD. Aviacionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, 8, 113–121.
  19. Umanskiy, A. P., Polyarus, E. N., Kostenko, A. D., Terent'ev, A. E. (2012). Vliyanie sostava pokrytiy na osnove intermetallidov nikelya na mekhanizmy ih iznashivaniya v usloviyah vysokotemperaturnyh triboispytaniy. Problemy trybolohiyi, 3, 123–127.
  20. Makarov, A., Zaytsev, N. (2015). Engineering and theoretical problems of labyrinth seals application in high-speed rotor machines. Perm National Research Polytechnic University Aerospace Engineering Bulletin, 42, 61–81. doi: https://doi.org/10.15593/2224-9982/2015.42.05
  21. Reznik, S. B., Bandurko, E. A. (2013). Raschetno-eksperimental'naya ocenka effektivnosti razlichnyh tipov labirintnyh uplotneniy. Vestnik dvigatelestroeniya, 10 (107), 189–193.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-08-21

Як цитувати

Greshta, V., Tkach, D., Sotnikov, E., Pavlenko, D., & Klymov, O. (2018). Дослідження і розробка вдосконалених покриттів лабіринтних ущільнень турбін газотурбінних двигунів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(12 (94), 56–63. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.140912

Номер

Том 4 № 12 (94) (2018): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Viktor Greshta, Daria Tkach, Eugene Sotnikov, Dmytro Pavlenko, Olexandr Klymov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.