RU140861U1 - ENERGY TURBINE STATOR ELEMENT - Google Patents

Abstract

Кожух статора энергетической турбины, выполненный с нанесенным на него уплотнительным покрытием, отличающийся тем, что уплотнительное покрытие имеет толщину 3 - 4,5 мм, а под ним выполнен подслой на основе NiAl толщиной 0,12 - 0,25 мм.The stator casing of the energy turbine, made with a sealing coating applied to it, characterized in that the sealing coating has a thickness of 3 - 4.5 mm, and underneath is a sublayer based on NiAl with a thickness of 0.12 - 0.25 mm.

Description

Полезная модель относится к элементу статора энергетической турбины, в частности к уплотняемым зазорам в роторных машинах. Более конкретно, полезная модель относится к конфигурации стационарного кожуха статора энергетический турбины таким образом, чтобы контролировать зазор между вращающимися и неподвижными компонентами турбин. В частности полезная модель относится уплотнительному покрытию, нанесенному на элементы статора энергетических турбин.The invention relates to a stator element of an energy turbine, in particular to sealing gaps in rotary machines. More specifically, a utility model relates to a configuration of a stationary stator housing of an energy turbine so as to control the gap between the rotating and stationary components of the turbines. In particular, the utility model relates to a sealing coating applied to stator elements of energy turbines.

Паровые турбины производств являются основными первичными двигателями мощных компрессорных и насосных агрегатов, надежности и эффективности работы которых уделяется особое внимание.Steam turbines of production are the main primary engines of powerful compressor and pump units, the reliability and efficiency of which are given special attention.

В настоящее время, ведущие мировые производители паровых турбин наиболее активно ведут исследования в направлении конструктивных решений уплотнений паровых турбин.Currently, the world's leading manufacturers of steam turbines are most actively conducting research in the direction of design solutions for steam turbine seals.

Уплотнительные, или изнашиваемые покрытия применяются в газотурбинных двигателях в авиации, энергетике, газоперекачивающих агрегатах (ГПА) взамен вставок из уплотнительных материалов. Изнашиваемые покрытия снижают зазор между статором и ротором газогенератора (компрессор и турбина). Методом плазменного напыления уплотнительные покрытия делаются настолько податливыми, чтобы кромка лопатки или лабиринт легко врезались в их слой, однако, достаточно прочными, чтобы выдерживать напор газового потока при повышенных температурах.Sealing or wearing coatings are used in gas turbine engines in aviation, energy, gas pumping units (GPU) instead of inserts from sealing materials. Wear coatings reduce the gap between the stator and the rotor of the gas generator (compressor and turbine). By plasma spraying, the sealing coatings are made so flexible that the edge of the scapula or labyrinth easily cut into their layer, however, they are strong enough to withstand the pressure of the gas stream at elevated temperatures.

Применение уплотняющих (прирабатываемых) покрытий в горячей части турбины газотурбинного двигателя (ГТД) позволяет заметно повысить КПД и тепловую мощность двигателя за счет уплотнения зазоров по периферийным торцам лопаток и по гребешкам лабиринтных уплотнений между ступенями по всей окружности вращения, сводя к минимуму износ дорогостоящих вращающихся лопаток ротора турбины. Основными требованиями к уплотнительным покрытиям в ГТД являются достаточная прочность, податливость при врезании лопаток лабиринтными выступами, антифрикционность, теплозащитные свойства, эрозионная стойкость и низкое сопротивление "выветриванию" рабочей поверхности (со стороны газового потока).The use of sealing (running-in) coatings in the hot part of the turbine of a gas turbine engine (GTE) can significantly increase the efficiency and thermal power of the engine by sealing gaps along the peripheral ends of the blades and along the combs of the labyrinth seals between the steps around the entire circumference of rotation, minimizing the wear of expensive rotating blades turbine rotor. The main requirements for sealing coatings in gas-turbine engines are sufficient strength, ductility when inserting blades with labyrinth protrusions, antifriction, heat-shielding properties, erosion resistance and low resistance to “weathering” of the working surface (from the gas stream).

Из уровня техники известен элемент статора турбины (RU 2362021 С2, МПК F01D 11/08, опубликовано 20.07.2009). Недостатком известного элемента статора энергетической турбины заключается в том, что поскольку уплотнительное покрытие, нанесенное на элемент подвергается не только температурной деформацией и вибрацией, но и предельными сдвиговыми нагрузками во время врезания кромок лопаток, то во время аварийной остановки энергетической турбины уплотнительные покрытия имеют пиковые нагрузки и отслаиваются с последующим разрушением.The turbine stator element is known from the prior art (RU 2362021 C2, IPC F01D 11/08, published July 20, 2009). A disadvantage of the known stator element of an energy turbine is that since the sealing coating applied to the element is subjected not only to temperature deformation and vibration, but also to extreme shear loads during cutting of the blade edges, during an emergency stop of the energy turbine, the sealing coatings have peak loads and exfoliate with subsequent destruction.

Ближайшим аналогом является элемент статора энергетической турбины содержит нанесенное на него уплотнительное покрытие (RU 2415199 C1, МПК C23C 14/38, опубликовано 27.03.2011). Покрытие, описанное в изобретении имеет толщину до 3 мм и содержит истираемый материал. Предпочтительнее этот истираемый материал содержит фазу металлической матрицы и, по меньшей мере, одну вторичную фазу. Более предпочтительно фаза металлической матрицы содержит, по меньшей мере, один сплав, выбранный из группы, состоящей из CoNiCrAlY, NiCrFeAl и NiCrAl.The closest analogue is the stator element of an energy turbine that contains a sealing coating applied to it (RU 2415199 C1, IPC C23C 14/38, published 03/27/2011). The coating described in the invention has a thickness of up to 3 mm and contains abradable material. More preferably, this abradable material comprises a metal matrix phase and at least one secondary phase. More preferably, the metal matrix phase contains at least one alloy selected from the group consisting of CoNiCrAlY, NiCrFeAl, and NiCrAl.

Недостатком известного элемента статора энергетической турбины, содержащего нанесенное на него уплотнительное покрытие заключается в том, что покрытие не выдерживает пиковых нагрузок в момент врезания кромок лопаток и отслаивается с последующим разрушением.A disadvantage of the known element of the stator of an energy turbine containing a sealing coating applied to it is that the coating does not withstand peak loads at the time of cutting in the edges of the blades and peels off with subsequent destruction.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является увеличение адгезионной прочности уплотнительных покрытий, наносимых при изготовлении элементов статора энергетических турбин.The problem to which the utility model is directed is to increase the adhesive strength of the sealing coatings applied in the manufacture of stator elements of energy turbines.

Техническим результатом является увеличение стойкости уплотнительных покрытий элементов статора энергетических турбин к врезанию кромок лопаток при пиковых нагрузках, возникающих во время аварийной остановки турбин.The technical result is to increase the resistance of the sealing coatings of the stator elements of energy turbines to cutting the edges of the blades at peak loads that occur during an emergency stop of the turbines.

Технический результат достигается тем, что элемент статора энергетической турбины содержит нанесенное на него уплотнительное покрытие, при этом под уплотнительным покрытием выполнен подслой на основе Ni3Al, толщиной 0,12-0,25 мм.The technical result is achieved by the fact that the stator element of the energy turbine contains a sealing coating applied to it, while under the sealing coating there is a sublayer based on Ni3Al with a thickness of 0.12-0.25 mm.

Проведенные исследования показали, что данное покрытие, нанесенное проволочным газопламенным методом напыления, имеет прочность сцепления на 30 МПа больше по сравнению с плазменными покрытиями на основе никелевых и кобальтовых сплавов.Studies have shown that this coating, applied by a gas-flame wire spraying method, has an adhesion strength of 30 MPa more than plasma coatings based on nickel and cobalt alloys.

Для получения толстого уплотнительного покрытия толщиной 3,0-4,5 мм максимально допустимым является нанесения подслоя Ni₃Al толщиной 0,12-0,25 мм.To obtain a thick sealing coating with a thickness of 3.0-4.5 mm, the most acceptable is the application of a Ni ₃ Al sublayer with a thickness of 0.12-0.25 mm.

Пример 1. Покрытие Ni₃Al было нанесено методом газопламенного проволочного напыления. Подача проволоки 230 мм/мин. Дистанция 120 мм. Прочность сцепления покрытия составила 63 МПа.Example 1. The coating of Ni ₃ Al was applied by gas flame spraying. Wire feed 230 mm / min. Distance 120 mm. The adhesion strength of the coating was 63 MPa.

Пример 2. Покрытие Ni₃Al было нанесено методом газопламенного проволочного напыления на ряд образцов из стали 20X13, при этом меняли режимы нанесения покрытия.Example 2. The coating of Ni ₃ Al was applied by gas flame spraying on a number of samples of steel 20X13, while changing the coating mode.

Таблица 1Table 1 Образец
покрытияSample
coverings Подача материала, мм/минMaterial feed, mm / min Дистанция напыления, ммSpraying distance, mm Предварительный подогревPreheating Прочность сцепленияTraction strength 1one 230230 9090 даYes 5454 22 230230 9090 нетno 5454 33 230230 120120 даYes 6363 4four 230230 120120 нетno 6565 55 230230 150150 даYes 6161 66 230230 150150 нетno 6060 77 230230 200200 даYes 5454 88 230230 200200 нетno 5353

Claims (1)

Кожух статора энергетической турбины, выполненный с нанесенным на него уплотнительным покрытием, отличающийся тем, что уплотнительное покрытие имеет толщину 3 - 4,5 мм, а под ним выполнен подслой на основе Ni₃Al толщиной 0,12 - 0,25 мм. The stator casing of the energy turbine, made with a sealing coating applied to it, characterized in that the sealing coating has a thickness of 3 - 4.5 mm, and underneath is made a sublayer based on Ni ₃ Al with a thickness of 0.12 - 0.25 mm.