RU2478454C1 - Method of making turbo machine conformable seal - Google Patents
Method of making turbo machine conformable seal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2478454C1 RU2478454C1 RU2011131884/02A RU2011131884A RU2478454C1 RU 2478454 C1 RU2478454 C1 RU 2478454C1 RU 2011131884/02 A RU2011131884/02 A RU 2011131884/02A RU 2011131884 A RU2011131884 A RU 2011131884A RU 2478454 C1 RU2478454 C1 RU 2478454C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- powder
- rest
- nitrogen
- hydrogen
- 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 the manufacture of seals of the gaps of the flowing part of turbomachines, long working in conditions of elevated temperatures and high-frequency vibrations.
Эффективность работы газотурбинных двигателей и установок, а также паровых турбин зависит от 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 №5080934, МПК F01D 11/08, 427/271, 1991] или спеченные металлические частицы. Приработка этих уплотнений происходит за счет их высокой пористости и 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, имеющие, по сравнению с вышеописанными материалами, меньшую трудоемкость изготовления.The efficiency of gas turbine engines and installations, as well as steam turbines, depends on the tightness of the seal between the rotating blades and the inner surface of the casing in the fan, compressor and turbine. One of the main types of such seals are abrasive seals, the tightness of which is ensured by cutting protrusions at the ends of the blades of the grooves in the abradable sealing material. Turbine seals are performed, for example, using braided metal fibers, honeycombs [US Pat. No. 5,080,934, IPC
Известен способ изготовления прирабатываемого уплотнения турбомашины [патент США №4291089] 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.A known method of manufacturing a running-in seal of a turbomachine [US patent No. 4291089] by the method of thermal spraying of powder material. When this seal is formed in the form of a coating that is applied directly to the annular element of the casing of the turbomachine in the sealing zone between the casing and the blade.
Недостатком известного уплотнения является невозможность одновременного обеспечения высокой прирабатываемости и прочностных свойств уплотнения.A disadvantage of the known seal is the inability to simultaneously provide high break-in and strength properties of the seal.
Известен также способ изготовления прирабатываемого уплотнения турбомашины [патент США №4936745] путем его формирования в виде высокопористого керамического слоя с пористостью от 20 до 35 объемных %.There is also known a method of manufacturing a running-in seal of a turbomachine [US patent No. 4936745] by forming it in the form of a highly porous ceramic layer with a porosity of from 20 to 35 volume%.
Недостатком известного уплотнения является низкая эрозионная стойкость и прочность.A disadvantage of the known seal is low erosion resistance and strength.
Известен также способ изготовления уплотнения турбомашин с прирабатываемым покрытием на статоре турбомашины (патент РФ №2033527, кл. F01D 11/08, опубл. 20.04.1995). Уплотнение формируют путем соединения со статором слоя сотовой структуры. Однако гребешки на роторе при взаимодействии с сотовой структурой притупляются, что снижает герметичность уплотнения. Ячейки сотовой структуры могут иметь различные форму и размер площади поперечного сечения, глубину и толщину стенок. Сотовая структура может быть выполнена из стальной жаростойкой фольги, или сверлением, прожигом, травлением или литьем. При значительной толщине стенок ячеек сот условия работы гребешков ужесточаются. Сильный износ гребешков так или иначе связан с необоснованно высокой прочностью материалов, используемых для производства сот, а также методов их изготовления, вызывающих утолщение толщины стенок ячеек.There is also known a method of manufacturing a seal of turbomachines with running-in coating on the stator of the turbomachine (RF patent No. 2033527, class F01D 11/08, publ. 04/20/1995). The seal is formed by connecting a honeycomb layer to the stator. However, the combs on the rotor become blunt when interacting with the honeycomb structure, which reduces the tightness of the seal. Cells of the honeycomb structure may have various shapes and sizes of cross-sectional areas, depth and wall thickness. The honeycomb structure may be made of heat-resistant steel foil, or by drilling, burning, etching or casting. With a significant wall thickness of the cells of the cells, the working conditions of the combs are tightened. Strong scallop wear is in one way or another connected with the unreasonably high strength of the materials used for the production of honeycombs, as well as methods for their manufacture, causing a thickening of the cell wall thickness.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ изготовления прирабатываемого уплотнения турбомашины, включающий формирование элемента уплотнения заданной формы и размеров путем заполнения пресс-формы порошком прирабатываемого материала и его прессование в пресс-форме до образования формоустойчивой заготовки с последующим спеканием образованной заготовки в вакууме или защитной среде [патент РФ №2039631, МПК B22F 3/10. Способ изготовления истираемого материала. 1995]. Однако наличие в элементе сотовой структуры, выполненной из прочного материала, ведет к износу или повреждению гребешков. Известный способ изготовления уплотнения предусматривает его выполнение в виде жестко соединенного со статором слоя сотовой структуры. При этом слой сотовой структуры может быть закреплен на элементе турбомашины методом сварки или пайки [например, патент РФ №2277637, МПК F01D 11/08, 2006].The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a method of manufacturing a running-in seal of a turbomachine, which includes forming a sealing element of a given shape and size by filling the mold with powder of the worked-in material and pressing it into a mold until a form-resistant workpiece is formed, followed by sintering of the formed workpiece in vacuum or protective environment [RF patent No. 2039631, IPC
В этой связи задачей настоящего изобретения является создание уплотнения, выполненного из спеченного порошкового материала, обеспечивающего повышение механической прочности уплотнения, допускающего врезание в него выступов лопатки и снижение их износа в процессе эксплуатации, что привело бы к дальнейшему повышению эффективности работы турбомашин.In this regard, the objective of the present invention is to provide a seal made of sintered powder material, providing an increase in the mechanical strength of the seal, allowing cutting of the protrusions of the blades and reducing their wear during operation, which would further increase the efficiency of the turbomachines.
Техническим результатом заявляемого изобретения является одновременное обеспечение высокой прирабатываемости, механической прочности и износостойкости уплотнения, а также снижения трудоемкости его изготовления по сравнению с существующими сотовыми уплотнениями.The technical result of the claimed invention is the simultaneous provision of high workability, mechanical strength and wear resistance of the seal, as well as reducing the complexity of its manufacture in comparison with existing cellular seals.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления прирабатываемого уплотнения турбомашины, включающем формирование элемента уплотнения заданной формы и размеров путем заполнения пресс-формы порошком прирабатываемого материала и его прессование в пресс-форме до образования формоустойчивой заготовки с последующим спеканием образованной заготовки в вакууме или защитной среде, в отличие от прототипа, перед заполнением пресс-формы порошком в ней размещают оболочку из меди, заданных размеров и формы, а формирование элемента уплотнения осуществляют совместным прессованием порошка прирабатываемого материала и оболочки из меди, причем в качестве оболочки из меди используют оболочку, выполненную из листовой меди, толщиной от 0,2 мм до 1 мм, а оболочку из меди размещают на периферийной части пресс-формы.The technical result is achieved in that in a method for manufacturing a running-in seal of a turbomachine, which includes forming a sealing element of a given shape and size by filling the mold with powder of the worked-in material and pressing it in a mold until a form-resistant workpiece is formed, followed by sintering of the formed workpiece in a vacuum or protective medium , unlike the prototype, before filling the mold with powder, a shell of copper of the given size and shape is placed in it, and the formation of eleme that sealing is carried out by coextrusion burnished powder material and a shell of copper, and as copper shell using a shell made of a copper sheet having a thickness of 0.2 mm to 1 mm and a sheath of copper is placed on the peripheral portion of the mold.
Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления прирабатываемого уплотнения турбомашины в качестве прирабатываемого материала берут сплав состава, в вес.%: Cr - от 10,0 до 18,0%, Mo - от 0,8 до 3,7%, Fe, или Ti, или Cu, или их комбинации - остальное; или сплав состава, в вес.%: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Ni - остальное; или сплав состава, в вес.%: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0, 2% до 0,7%; Co - от 16% до 30%; Ni - остальное, с размерами частиц порошка от 15 мкм до 180 мкм в механической смеси с порошковым, с размерами частиц порошка менее 1 мкм, гексагональным нитридом бора - BN в количестве от 1,0% до 1,5% от общего объема смеси и фторидом кальция - CaF2, с размерами частиц порошка от 1 мкм до 25 мкм, в количестве от 6,0% до 8,0% от общего объема смеси, причем спекание частиц порошка прирабатываемого материала проводят при температуре от 1100 до 1200°C либо в вакууме, либо в одной из следующих в газовых сред: либо в среде аммиака, либо в среде смеси аргона и аммиака, либо в среде смеси водорода и азота, либо в среде смеси водорода, аргона и азота, а в качестве смеси водорода и азота используют смесь, в объемных %, состава: водород - от 65 до 75%, атомарный азот - от 2 до 5%, остальное - азот, а в качестве смеси водорода, аргона и азота используют смесь, в объемных %, состава: водород - от 65 до 75%, атомарный азот - от 2 до 5%, остальное - аргон.The technical result is also achieved by the fact that in the method of manufacturing the running-in seal of the turbomachine as the running-in material, an alloy of the composition is taken, in wt.%: Cr - from 10.0 to 18.0%, Mo - from 0.8 to 3.7%, Fe, or Ti, or Cu, or combinations thereof — the rest; or alloy composition, in wt.%: Cr - from 18% to 34%; Al - from 3% to 16%; Y - from 0.2% to 0.7%; Ni is the rest; or alloy composition, in wt.%: Cr - from 18% to 34%; Al - from 3% to 16%; Y - from 0.2% to 0.7%; Co - from 16% to 30%; Ni - the rest, with powder particle sizes from 15 μm to 180 μm in a mechanical mixture with powder, with powder particle sizes less than 1 μm, hexagonal boron nitride - BN in an amount of 1.0% to 1.5% of the total volume of the mixture and calcium fluoride - CaF 2 , with particle sizes of powder from 1 μm to 25 μm, in an amount of from 6.0% to 8.0% of the total volume of the mixture, and the sintering of powder particles of the material being burned is carried out at a temperature of from 1100 to 1200 ° C or in vacuum, or in one of the following in gaseous media: either in ammonia, or in a mixture of argon and ammonia, or a mixture of hydrogen and nitrogen, or in a medium of a mixture of hydrogen, argon and nitrogen, and as a mixture of hydrogen and nitrogen, use a mixture in volume%, composition: hydrogen - from 65 to 75%, atomic nitrogen - from 2 to 5%, the rest - nitrogen, and as a mixture of hydrogen, argon and nitrogen, use a mixture in volume%, composition: hydrogen - from 65 to 75%, atomic nitrogen - from 2 to 5%, the rest - argon.
Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления прирабатываемого уплотнения турбомашины, дополнительно, в виде порошка, размерами частиц от 1 мкм до 25 мкм в механическую смесь добавляют в вес.% от общего объема смеси BaSO4 от 0,4% до 3% и/или Ca от 0,01% до 0,2%.The technical result is also achieved by the fact that in the manufacturing method of the running-in seal of the turbomachine, in addition, in the form of a powder, particle sizes from 1 μm to 25 μm, 0.4% to 3% by weight of the total volume of the BaSO 4 mixture is added to the mechanical mixture and / or Ca from 0.01% to 0.2%.
Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления прирабатываемого уплотнения турбомашины элементы уплотнения выполняют в виде брусков, размерами и формой обеспечивающими, при их соединении в кольцо, формирование полного торцевого уплотнения турбомашины, причем размеры элемента составляют: длина от 20 мм до 700 мм, ширина от 10 мм до 70 мм, высота от 5 мм до 50 мм и радиус кривизны по длине элемента, по его притираемой поверхности от 200 мм до 2500 мм, а в его поперечном сечении основание элемента выполняют в виде трапеции, а его верхнюю часть в виде прямоугольника.The technical result is also achieved by the fact that in the method of manufacturing the running-in seal of the turbomachine, the sealing elements are made in the form of bars, which in size and shape provide, when connected to the ring, the formation of a complete mechanical seal of the turbomachine, the element being from 20 mm to 700 mm long the width is from 10 mm to 70 mm, the height is from 5 mm to 50 mm and the radius of curvature along the length of the element, along its grinding surface is from 200 mm to 2500 mm, and in its cross section the base of the element is made in the form of a trapezoid, and it the top is a rectangle.
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 - 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 между рассматриваемой частицей и контактирующими с ней частицами наполнителя резко снижается, и в результате удара происходит отрыв рассматриваемой частицы. В целом же процесс прирабатываемости уплотнения складывается из совокупности единичных процессов отрыва частиц наполнителя в результате снижения адгезионной прочности на границе между частицами в рабочей зоне уплотнения в процессе эксплуатации. 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 и адгезионной прочности частиц в рабочей зоне уплотнения. В связи с дискретным характером взаимодействия системы «уплотнение-лопатка», практически, после приработки происходит их бесконтактное взаимодействие. При этом смачивание спрессованного порошкового материала в процессе спекания расплавленной медью в защитной среде или в вакууме позволяет повысить адгезионную прочность частиц в периферийной части уплотнительного элемента по сравнению с адгезионной прочностью частиц в его сердцевине. Таким образом, медь, проникающая на периферию уплотнительного элемента, повышает механическую прочность в этой зоне.The studies of the authors found that under certain conditions it is possible to create a material for seals, which, on the one hand, has sufficiently high mechanical strength and wear resistance, which make it possible to produce seal elements from it that are not destroyed under operating conditions, and, on the other, with high break-in. The combination of high mechanical strength and break-in ability in the developed seal material is explained, in particular, by the fact that the adhesive strength of the particles of the filler forming the material is very high, whereas the kinetic energy of the impact as a result of the instant shock-thermal action during operation of the seal on a separate filler particle goes into heat energy. As a result of this, the adhesion strength at the boundary between the considered particle and the filler particles in contact with it decreases sharply, and as a result of the impact, the considered particle is detached. In general, the process of running in of the seal consists of a set of individual processes of separation of the filler particles as a result of a decrease in the adhesive strength at the interface between the particles in the working zone of the seal during operation. In addition, the separation and ablation of a particle leads to the removal of excess heat from the running-in zone and does not allow the bulk of the material to heat up. Thus, the combination of the adhesive strength of the connection of the particles of the filler and the adhesive strength of the particles in the working area of the seal is realized. Due to the discrete nature of the interaction of the sealing-blade system, in practice, after running in, their contactless interaction occurs. At the same time, wetting the pressed powder material during sintering with molten copper in a protective medium or in vacuum allows to increase the adhesive strength of the particles in the peripheral part of the sealing element in comparison with the adhesive strength of the particles in its core. Thus, copper penetrating the periphery of the sealing element increases the mechanical strength in this zone.
Изобретение иллюстрируется рисунками, на которых изображено: на фиг.1 представлена схема начальной стадии формирования элемента уплотнения при прессовании порошка прирабатываемого материала совместно с медной пластиной; фиг.2 - схема формирования элемента уплотнения при завершающей стадии прессовании порошка прирабатываемого материала совместно с медной пластиной; на фиг.3 - заготовка элемента уплотнения после прессования; фиг.4 - заготовка элемента уплотнения после спекания при температуре выше температуры плавления меди; на фиг.5 - элемент уплотнения с рабочим пазом; на фиг.6 - элемент прирабатываемого уплотнения в процессе эксплуатации в контакте с лопаткой; на фиг.7 - фотография заготовки элемента уплотнения после прессования. На фиг.1-7 обозначено: 1 - порошковый прирабатываемый материал; 2 - медная пластина (медный пластинчатый элемент); 3 - пресс-форма; 4, 5 - пуансоны пресс-формы; 6 - направляющая верхнего пуансона; 7 - нижняя часть элемента уплотнения в виде трапеции; 8 - верхняя часть элемента уплотнения в виде прямоугольника; 9 - элемент уплотнения; 10 - периферийная часть элемента уплотнения, пропитанная медью; 11 - рабочий паз уплотнения; 12 - стенки рабочего паза уплотнения; 13 - лопатка турбомашины; 14 - выступающая часть (гребешок) лопатки. Незакрашенной стрелкой показано направление прессования.The invention is illustrated by drawings, which depict: figure 1 presents a diagram of the initial stage of formation of the sealing element when pressing the powder of the break-in material together with a copper plate; figure 2 - diagram of the formation of the sealing element during the final stage of pressing the powder of the material being burned in together with a copper plate; figure 3 - the workpiece of the sealing element after pressing; figure 4 - the workpiece of the sealing element after sintering at a temperature above the melting point of copper; figure 5 - sealing element with a working groove; figure 6 - element of the running-in seal during operation in contact with the blade; Fig.7 is a photograph of the workpiece of the sealing element after pressing. Figure 1-7 indicated: 1 - powder break-in material; 2 - copper plate (copper plate element); 3 - mold; 4, 5 - punches of the mold; 6 - guide of the upper punch; 7 - the lower part of the seal element in the form of a trapezoid; 8 - the upper part of the seal element in the form of a rectangle; 9 - sealing element; 10 - peripheral part of the sealing element impregnated with copper; 11 - working groove of the seal; 12 - walls of the working groove of the seal; 13 - a blade of a turbomachine; 14 - the protruding part (scallop) of the scapula. An open arrow indicates the direction of pressing.
Способ осуществляется следующим образом. На первом этапе формируют формоустойчивую заготовку элемента уплотнения путем совместного прессования порошка прирабатываемого материала и медного пластинчатого элемента, охватывающего прессуемый порошковый материал. Для этого вначале изготавливают медный пластинчатый элемент 2 (фиг.1) путем придания медной пластине формы внутренней поверхности пресс-формы 3. Для этого медная пластина 2 нарезается и сгибается согласно заданной форме и размерам, обеспечивающим требуемое расположение внутри пресс-формы 3. Далее, размещают медный пластинчатый элемент 2 в пресс-форму 3, производят заполнение пресс-формы 3 порошком прирабатываемого материала 1 и осуществляют совместное прессование порошка прирабатываемого материала 1 и медного пластинчатого элемента 2 в пресс-форме 3 до образования формоустойчивой заготовки (фиг.2). Прессование производят либо за счет встречного движения пуансонов 4 и 5 пресс-формы, либо при движении пуансонов 4 и 5 в одном направлении при отставании движения пуансона 4 относительно пуансона 5 за счет подпружинивания пуансона 4 (не показано). В процесс прессования происходит значительное уменьшение первоначального объема порошка за счет уменьшения пористости в результате сильного сжатия. При этом медный пластинчатый элемент в процессе прессования также уменьшает свои габариты по высоте (фиг.2). Для размещения всего количества порошкового материала используется направляющая верхнего пуансона 6. В результате прессования в пресс-форме 3 образуется формоустойчивая заготовка (фиг.3), которую затем спекают в вакууме или защитной среде и получают заготовку уплотнительного элемента 9 (фиг.4). Спеченная заготовка 9 элемента уплотнения (фиг.4) может быть выполнена в виде брусков, размерами и формой обеспечивающими, при их соединении в кольцо, формирование полного торцевого уплотнения турбомашины. В поперечном сечении элемента основание элемента 7 выполняют в виде трапеции, а его верхнюю часть 8 в виде прямоугольника (фиг.4). При этом в результате смачивания расплавленной медью поверхностного слоя заготовки 9 формируется периферийная часть 10 элемента уплотнения, пропитанная медью. Для повышения эффективности и надежности работы уплотнения в нем формируют рабочий паз 11 (фиг.5), при этом образуются стенки паза 12, которые также выполняют роль дополнительных контактных поверхностей в системе «уплотнение-лопатка». В процессе эксплуатации (фиг.6) гребешок 14 лопатки 13 врезается в поверхность рабочего паза 11, на которой образуется канавка. При этом стенки 12 рабочего паза уплотнения 11 также взаимодействуют с торцевой поверхностью лопатки 13 и создают дополнительный эффект уплотнения.The method is as follows. At the first stage, a form-stable preform of the sealing element is formed by co-pressing the powder of the material being burned in and a copper plate element covering the pressed powder material. To do this, first make a copper plate element 2 (figure 1) by giving the copper plate the shape of the inner surface of the
В качестве прирабатываемого материала берут сплав состава, в вес.%: Cr - от 10,0 до 18,0%, Mo - от 0,8 до 3,7%, Fe, или Ti, или Cu, или их комбинации - остальное; или сплав состава, в вес.%: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Ni - остальное; или сплав состава, в вес.%: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0,2% до 0,7%; Co - от 16% до 30%; Ni - остальное, с размерами частиц порошка от 15 мкм до 180 мкм в механической смеси с порошковым, с размерами частиц порошка менее 1 мкм, гексагональным нитридом бора - BN в количестве от 1,0% до 1,5% от общего объема смеси и фторидом кальция - CaF2, с размерами частиц порошка от 1 мкм до 25 мкм, в количестве от 6,0% до 8,0% от общего объема смеси, причем спекание частиц порошка прирабатываемого материала проводят при температуре от 1100 до 1200°C либо в вакууме, либо в одной из следующих в газовых сред: либо в среде аммиака, либо в среде смеси аргона и аммиака, либо в среде смеси водорода и азота, либо в среде смеси водорода, аргона и азота, причем в качестве смеси водорода и азота используют смесь, в объемных %, состава: водород - от 65 до 75%, атомарный азот - от 2 до 5%, остальное - азот, а в качестве смеси водорода, аргона и азота используют смесь, в объемных %, состава: водород - от 65 до 75%, атомарный азот - от 2 до 5%, остальное - аргон.An alloy of the composition, in wt.%, Is taken as the material being burned in: Cr - from 10.0 to 18.0%, Mo - from 0.8 to 3.7%, Fe, or Ti, or Cu, or their combination - the rest ; or alloy composition, in wt.%: Cr - from 18% to 34%; Al - from 3% to 16%; Y - from 0.2% to 0.7%; Ni is the rest; or alloy composition, in wt.%: Cr - from 18% to 34%; Al - from 3% to 16%; Y - from 0.2% to 0.7%; Co - from 16% to 30%; Ni - the rest, with powder particle sizes from 15 μm to 180 μm in a mechanical mixture with powder, with powder particle sizes less than 1 μm, hexagonal boron nitride - BN in an amount of 1.0% to 1.5% of the total volume of the mixture and calcium fluoride - CaF 2 , with particle sizes of powder from 1 μm to 25 μm, in an amount of from 6.0% to 8.0% of the total volume of the mixture, and the sintering of powder particles of the material being burned is carried out at a temperature of from 1100 to 1200 ° C or in vacuum, or in one of the following in gaseous media: either in ammonia, or in a mixture of argon and ammonia, or Reducing a mixture of hydrogen and nitrogen, or in a medium of a mixture of hydrogen, argon and nitrogen, and as a mixture of hydrogen and nitrogen, use a mixture in volume%, composition: hydrogen - from 65 to 75%, atomic nitrogen - from 2 to 5%, the rest - nitrogen, and as a mixture of hydrogen, argon and nitrogen, use a mixture in volume%, composition: hydrogen - from 65 to 75%, atomic nitrogen - from 2 to 5%, the rest - argon.
Пример. В качестве материалов для получения элемента прирабатываемого уплотнения использовался металлический порошок следующих составов: 1) [Cr - 9,0%, Mo - 0,6%, Fe - остальное] - неудовлетворительный результат (Н.Р.); 2) [Cr - 10,0%, Mo - от 0,8%, Fe - остальное] - удовлетворительный результат (У.Р.); 3) [Cr - 14,3%, Мо - 2,6%, Fe - остальное] - (У.Р.); 4) [Cr - 18,0%, Мо - 3,7%, Fe - остальное] - (У.Р.); 5) [Cr - 8,0%, Mo - 0,7%, Ti - остальное] - (Н.Р.); 6) [Cr - 10,0%, Мо - от 0,8%, Ti - остальное] - (У.Р.); 7) [Cr - 14,3%, Мо - 2,6%, Ti - остальное] - (У.Р.); 8) [Cr - 18,0%, Mo - 3,7%, Ti - остальное] - (У.Р.); 9) [Cr - 9,0%, Mo - 0,7%, Cu - остальное] - (Н.Р.); 10) [Cr - 10,0%, Mo - от 0,8%, Cu - остальное] - (У.Р.); 11) [Cr - 15,2%, Mo - 2,4%, Cu - остальное] - (У.Р.); 12) [Cr - 18,0%, Mo - 3,7%, Cu - остальное] - (У.Р.); 13) [Cr - от 16%; Al - 2,5%; Y - от 0,1%; Ni - остальное] - (Н.Р.); 14) [Cr - от 18%; Al - 3%; Y - 0,2%; Ni - остальное]- (У.Р.); 15) [Cr - 34%; Al - 16%; Y - 0,7%; Ni - остальное] - (У.Р.); 16) [Cr - 16%; Al - от 2%; Y - 0,1%; Co - 14%; Ni - остальное] - (Н.Р.); 17) Cr -18%; Al - 3%; Y - 0,2%; Со - 16%; Ni - остальное] - (У.Р.); 18) Cr - 34%; Al - 16%; Y - 0,7%; Co - 30%; Ni - остальное] - (У.Р.).Example. As materials for obtaining an element of a running-in seal, metal powder of the following compositions was used: 1) [Cr - 9.0%, Mo - 0.6%, Fe - the rest] - unsatisfactory result (N.R.); 2) [Cr - 10.0%, Mo - from 0.8%, Fe - the rest] - satisfactory result (U.R.); 3) [Cr - 14.3%, Mo - 2.6%, Fe - the rest] - (U.R.); 4) [Cr - 18.0%, Mo - 3.7%, Fe - the rest] - (U.R.); 5) [Cr - 8.0%, Mo - 0.7%, Ti - the rest] - (N.R.); 6) [Cr - 10.0%, Mo - from 0.8%, Ti - the rest] - (U.R.); 7) [Cr - 14.3%, Mo - 2.6%, Ti - the rest] - (U.R.); 8) [Cr - 18.0%, Mo - 3.7%, Ti - the rest] - (U.R.); 9) [Cr - 9.0%, Mo - 0.7%, Cu - the rest] - (N.R.); 10) [Cr - 10.0%, Mo - from 0.8%, Cu - the rest] - (U.R.); 11) [Cr - 15.2%, Mo - 2.4%, Cu - the rest] - (U.R.); 12) [Cr - 18.0%, Mo - 3.7%, Cu - the rest] - (U.R.); 13) [Cr - from 16%; Al - 2.5%; Y - from 0.1%; Ni - the rest] - (N.R.); 14) [Cr - from 18%; Al - 3%; Y - 0.2%; Ni - the rest] - (UR); 15) [Cr - 34%; Al - 16%; Y - 0.7%; Ni - the rest] - (UR); 16) [Cr - 16%; Al - from 2%; Y - 0.1%; Co - 14%; Ni - the rest] - (N.R.); 17) Cr -18%; Al - 3%; Y - 0.2%; Co - 16%; Ni - the rest] - (UR); 18) Cr - 34%; Al - 16%; Y - 0.7%; Co - 30%; Ni - rest] - (UR).
Размеры частиц составляли величины: 10 мкм; 30 мкм; 63 мкм; 100 мкм; 160 мкм; 180 мкм. Наилучшие результаты при содержании фракций порошка размерами: менее 40 мкм - от 30% до 40%, от 40 мкм до 70 мкм - от 40% до 50%, от 70 мкм до 140 мкм - от 10% до 20%, более 140 мкм - остальное. Механическая смесь из металлического порошка состава, в вес.%: Сr - от 10,0 до 18,0%, Мо - от 0,8 до 3,7%, Fe, или Ti, или Cu, или их комбинации - остальное или из сплава состава, в вес.%: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0, 2% до 0,7%; Ni - остальное; или из сплава состава, в вес.%: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0, 2% до 0,7%; Co - от 16% до 30%; Ni - остальное, содержала гексагональный нитрид бора (BN) размерами частиц порошка менее 1 мкм в количестве: 0,5% - (Н.Р.); 1,0% - (У.Р.); 1,5% - (У.Р.); 1,8% - (Н.Р.) и фторид кальция - CaF2, с размерами частиц порошка от 1 мкм до 25 мкм, в количестве от общего объема смеси: 5% - (Н.Р.); 6,0% - (У.Р.); 8,0% - (У.Р.); 9% - (Н.Р.). Кроме того, были использованы порошковые материалы вышеуказанных составов с дополнительными добавками следующих компонентов: 1) BaSO4: 0,4%; 1,2%; 3%. 2) Ca: 0,01%; 0,2%.The particle sizes were: 10 microns; 30 microns; 63 microns; 100 microns; 160 microns; 180 microns. The best results when containing fractions of powder fractions with sizes: less than 40 microns - from 30% to 40%, from 40 microns to 70 microns - from 40% to 50%, from 70 microns to 140 microns - from 10% to 20%, more than 140 microns - the rest. A mechanical mixture of a metal powder composition, in wt.%: Cr - from 10.0 to 18.0%, Mo - from 0.8 to 3.7%, Fe, or Ti, or Cu, or a combination thereof - the rest or from alloy composition, in wt.%: Cr - from 18% to 34%; Al - from 3% to 16%; Y - from 0.2% to 0.7%; Ni is the rest; or from an alloy of the composition, in wt.%: Cr - from 18% to 34%; Al - from 3% to 16%; Y - from 0.2% to 0.7%; Co - from 16% to 30%; Ni - the rest, contained hexagonal boron nitride (BN) with particle sizes of powder less than 1 μm in an amount of: 0.5% - (N.R.); 1.0% - (U.R.); 1.5% - (U.R.); 1.8% - (NR) and calcium fluoride - CaF 2 , with particle sizes of powder from 1 μm to 25 μm, in an amount of the total volume of the mixture: 5% - (N.R.); 6.0% - (U.R.); 8.0% - (U.R.); 9% - (N.R.). In addition, powder materials of the above compositions were used with additional additives of the following components: 1) BaSO 4 : 0.4%; 1.2%; 3% 2) Ca: 0.01%; 0.2%.
При формировании медного пластинчатого элемента (оболочки из меди) использовали листовую медь, толщиной от 0,2 мм до 1 мм (0,1 мм - (Н.Р.); 0,2 мм - (У.Р.); 0,5 мм - (У.Р.); 1,0 мм - (У.Р.); 1,4 мм - (Н.Р.)).When forming a copper plate element (a shell made of copper), sheet copper was used, with a thickness of 0.2 mm to 1 mm (0.1 mm - (N.R.); 0.2 mm - (U.R.); 0, 5 mm - (U.R.); 1.0 mm - (U.R.); 1.4 mm - (N.R.)).
Размеры элемента прирабатываемого уплотнения составляли: длина: 20 мм; 50 мм; 100 мм; 200 мм; 500 мм; 700 мм; ширина: 10 мм; 20 мм; 40 мм; 70 мм; высота: 5 мм; 10 мм; 30 мм; 50 мм; радиус кривизны по длине элемента, по его притираемой поверхности: 200 мм; 400 мм; 1200 мм; 2300 мм; 2500 мм.The dimensions of the running-in seal element were: length: 20 mm; 50 mm; 100 mm; 200 mm; 500 mm; 700 mm; width: 10 mm; 20 mm; 40 mm; 70 mm; height: 5 mm; 10 mm; 30 mm; 50 mm; radius of curvature along the length of the element, along its grinding surface: 200 mm; 400 mm; 1200 mm; 2300 mm; 2500 mm.
Давление прессования при изготовлении заготовок прирабатываемого уплотнения было равным: 40 кгс/мм2; 50 кгс/мм2; 60 кгс/мм2; 70 кгс/мм2. Элемент прирабатываемого уплотнения был изготовлен спеканием в вакууме, при остаточном давлении в камере не хуже 10-2 мм рт.ст., а также в газовых средах смеси водорода и азота состава: водород 55% - (Н.Р.); 65% - (У.Р.); 70% - (У.Р.); 75% - (У.Р.); 85% - (Н.Р.); атомарный азот: 0,5% - (Н.Р.); 2% - (У.Р-); 4% - (У.Р.); 5% - (У.Р.); 7% - (Н.Р.), остальное - азот и газовых смесях водорода, аргона и азота состава: водород - 55% - (Н.Р.); 65% - (У.Р.); 70% - (У.Р.); 75% - (У.Р.); 85% - (Н.Р.); атомарный азот: 0,5% - (Н.Р.); 2% - (У.Р.); 4% - (У.Р.); 5% - (У.Р.); 7% - (Н.Р.), остальное - аргон. Механические свойства полученного материала составили: твердость НВ от 128 до 149; σв=26,6…37,8 кгс/мм2; σт=16,2…26,7 кгс/мм2; ударная вязкость 1,11…1,64 кгм/см2.The pressing pressure in the manufacture of blanks of the running-in seal was equal to: 40 kgf / mm 2 ; 50 kgf / mm 2 ; 60 kgf / mm 2 ; 70 kgf / mm 2 . An element of the running-in seal was made by sintering in vacuum, at a residual pressure in the chamber of no worse than 10 -2 mm Hg, as well as in gaseous media of a mixture of hydrogen and nitrogen of the composition: hydrogen 55% - (N.R.); 65% - (U.R.); 70% - (U.R.); 75% - (U.R.); 85% - (N.R.); atomic nitrogen: 0.5% - (N.R.); 2% - (U.R-); 4% - (U.R.); 5% - (U.R.); 7% - (N.R.), the rest - nitrogen and gas mixtures of hydrogen, argon and nitrogen composition: hydrogen - 55% - (N.R.); 65% - (U.R.); 70% - (U.R.); 75% - (U.R.); 85% - (N.R.); atomic nitrogen: 0.5% - (N.R.); 2% - (U.R.); 4% - (U.R.); 5% - (U.R.); 7% - (N.R.), the rest is argon. The mechanical properties of the obtained material were: HB hardness from 128 to 149; σ in = 26.6 ... 37.8 kgf / mm 2 ; σ t = 16.2 ... 26.7 kgf / mm 2 ; impact strength 1.11 ... 1.64 kgm / cm 2 .
Результаты испытаний образцов уплотнений из разработанного материала в условиях эксплуатации показали сочетание высоких прочностных характеристик уплотнений, с хорошей прирабатываемостью.The test results of samples of seals from the developed material under operating conditions showed a combination of high strength characteristics of seals, with good break-in.
Таким образом, использование в предлагаемом способе изготовления прирабатываемого уплотнения турбомашины следующих признаков: формирование элемента уплотнения заданной формы и размеров путем заполнения пресс-формы порошком прирабатываемого материала и его прессование в пресс-форме до образования формоустойчивой заготовки с последующим спеканием образованной заготовки в вакууме или защитной среде; перед заполнением пресс-формы порошком в ней размещают оболочку из меди, заданных размеров и формы, а формирование элемента уплотнения осуществляют совместным прессованием порошка прирабатываемого материала и оболочки из меди; в качестве оболочкой из меди используют оболочку, выполненную из листовой меди, толщиной от 0,2 мм до 1 мм; оболочку из меди размещают на периферийной части пресс-формы; в качестве прирабатываемого материала берут сплав состава, в вес.%: Cr - от 10,0 до 18,0%, Mo - от 0,8 до 3,7%, Fe, или Ti, или Cu, или их комбинации - остальное; или сплав состава, в вес.%: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0, 2% до 0,7%; Ni - остальное; или сплав состава, в вес.%: Cr - от 18% до 34%; Al - от 3% до 16%; Y - от 0, 2% до 0,7%; Co - от 16% до 30%; Ni - остальное, с размерами частиц порошка от 15 мкм до 180 мкм в механической смеси с порошковым, с размерами частиц порошка менее 1 мкм, гексагональным нитридом бора - BN в количестве от 1,0% до 1,5% от общего объема смеси и фторидом кальция - CaF2, с размерами частиц порошка от 1 мкм до 25 мкм, в количестве от 6,0% до 8,0% от общего объема смеси, причем спекание частиц порошка прирабатываемого материала проводят при температуре от 1100 до 1200°C либо в вакууме, либо в одной из следующих в газовых сред: либо в среде аммиака, либо в среде смеси аргона и аммиака, либо в среде смеси водорода и азота, либо в среде смеси водорода, аргона и азота; в качестве смеси водорода и азота используют смесь, в объемных %, состава: водород - от 65 до 75%, атомарный азот - от 2 до 5%, остальное - азот, а в качестве смеси водорода, аргона и азота используют смесь, в объемных %, состава: водород - от 65 до 75%, атомарный азот - от 2 до 5%, остальное - аргон; дополнительно, в виде порошка, размерами частиц от 1 мкм до 25 мкм в механическую смесь добавляют в вес.% от общего объема смеси BaSO4 от 0,4% до 3% и/или Ca от 0,01% до 0,2%; элементы уплотнения выполняют в виде брусков, размерами и формой, обеспечивающими, при их соединении в кольцо, формирование полного торцевого уплотнения турбомашины, причем размеры элемента составляют: длина от 20 мм до 700 мм, ширина от 10 мм 70 мм, высота от 5 мм до 50 мм и радиус кривизны по длине элемента, по его притираемой поверхности от 200 мм до 2500 мм, а в его поперечном сечении основание элемента выполняют в виде трапеции, а его верхнюю часть в виде прямоугольника, причем расположение армирующего элемента в элементе уплотнения обеспечивает проточку паза в верхней части элемента уплотнения без нарушения целостности армирующего элемента, позволяют достичь технического результата заявляемого изобретения, которым является одновременное обеспечение высокой прирабатываемости, механической прочности и износостойкости уплотнения, а также снижения трудоемкости его изготовления по сравнению с существующими сотовыми уплотнениями.Thus, the use of the following features in the proposed method for manufacturing a running-in seal of a turbomachine: forming a sealing element of a given shape and size by filling the mold with powder of the worked-in material and pressing it in a mold until a form-resistant workpiece is formed, followed by sintering of the formed workpiece in a vacuum or protective medium ; before filling the mold with powder, a shell of copper of a given size and shape is placed in it, and the formation of the sealing element is carried out by jointly pressing the powder of the material to be burned in and the shell of copper; as a copper sheath, a sheath made of copper sheet with a thickness of 0.2 mm to 1 mm is used; a copper sheath is placed on the peripheral part of the mold; an alloy of the composition, in wt.%, is taken as the material being burned in: Cr - from 10.0 to 18.0%, Mo - from 0.8 to 3.7%, Fe, or Ti, or Cu, or a combination thereof - the rest ; or alloy composition, in wt.%: Cr - from 18% to 34%; Al - from 3% to 16%; Y - from 0.2% to 0.7%; Ni is the rest; or alloy composition, in wt.%: Cr - from 18% to 34%; Al - from 3% to 16%; Y - from 0.2% to 0.7%; Co - from 16% to 30%; Ni - the rest, with powder particle sizes from 15 μm to 180 μm in a mechanical mixture with powder, with powder particle sizes less than 1 μm, hexagonal boron nitride - BN in an amount of 1.0% to 1.5% of the total volume of the mixture and calcium fluoride - CaF 2 , with particle sizes of powder from 1 μm to 25 μm, in an amount of from 6.0% to 8.0% of the total volume of the mixture, and the sintering of powder particles of the material being burned is carried out at a temperature of from 1100 to 1200 ° C or in vacuum, or in one of the following in gaseous media: either in ammonia, or in a mixture of argon and ammonia, or Rede mixture of hydrogen and nitrogen or in a medium a mixture of hydrogen, argon and nitrogen; as a mixture of hydrogen and nitrogen, use a mixture in volume%, composition: hydrogen from 65 to 75%, atomic nitrogen from 2 to 5%, the rest is nitrogen, and as a mixture of hydrogen, argon and nitrogen use a mixture in volume %, composition: hydrogen - from 65 to 75%, atomic nitrogen - from 2 to 5%, the rest - argon; additionally, in the form of a powder, from 1 μm to 25 μm in particle size, 0.4% to 3% and / or Ca from 0.01% to 0.2% of the total volume of the BaSO 4 mixture are added to the mechanical mixture in weight% ; the sealing elements are made in the form of bars, with dimensions and shape that ensure, when they are connected into a ring, the formation of a complete mechanical seal of the turbomachine, and the element’s dimensions are: length from 20 mm to 700 mm, width from 10 mm to 70 mm, height from 5 mm to 50 mm and the radius of curvature along the length of the element, along its grinding surface from 200 mm to 2500 mm, and in its cross section the base of the element is made in the form of a trapezoid, and its upper part in the form of a rectangle, and the location of the reinforcing element in the sealing element provides otochku groove in the upper part of the seal member without compromising the integrity of the reinforcing member, allow to achieve the technical result of the claimed invention, which is the simultaneous provision of high running-in ability, mechanical strength and wear resistance of the seal, and reducing the complexity of its manufacture compared with existing cellular seals.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011131884/02A RU2478454C1 (en) | 2011-07-28 | 2011-07-28 | Method of making turbo machine conformable seal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011131884/02A RU2478454C1 (en) | 2011-07-28 | 2011-07-28 | Method of making turbo machine conformable seal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011131884A RU2011131884A (en) | 2013-02-10 |
| RU2478454C1 true RU2478454C1 (en) | 2013-04-10 |
Family
ID=49119409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011131884/02A RU2478454C1 (en) | 2011-07-28 | 2011-07-28 | Method of making turbo machine conformable seal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2478454C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU952440A1 (en) * | 1980-10-30 | 1982-08-23 | Физико-технический институт АН БССР | Method of producing combination toothed articles |
| RU2039631C1 (en) * | 1993-08-27 | 1995-07-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method of manufacturing abradable material |
| US5536022A (en) * | 1990-08-24 | 1996-07-16 | United Technologies Corporation | Plasma sprayed abradable seals for gas turbine engines |
| US7255933B2 (en) * | 2002-08-23 | 2007-08-14 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | Multi-layer sliding part and a method for its manufacture |
-
2011
- 2011-07-28 RU RU2011131884/02A patent/RU2478454C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU952440A1 (en) * | 1980-10-30 | 1982-08-23 | Физико-технический институт АН БССР | Method of producing combination toothed articles |
| US5536022A (en) * | 1990-08-24 | 1996-07-16 | United Technologies Corporation | Plasma sprayed abradable seals for gas turbine engines |
| RU2039631C1 (en) * | 1993-08-27 | 1995-07-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method of manufacturing abradable material |
| US7255933B2 (en) * | 2002-08-23 | 2007-08-14 | Senju Metal Industry Co., Ltd. | Multi-layer sliding part and a method for its manufacture |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011131884A (en) | 2013-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7905016B2 (en) | System for forming a gas cooled airfoil for use in a turbine engine | |
| EP2196632B1 (en) | A seal in a gas turbine and a method of manufacturing a seal | |
| US7594325B2 (en) | Aerofoil and a method of manufacturing an aerofoil | |
| US20090304497A1 (en) | Guide blade segment of a gas turbine and method for its production | |
| JP2007314879A (en) | Method of making metallic composite foam component and preform for metallic composite component | |
| RU98159U1 (en) | COMPONENT TURBINE SEAL ELEMENT | |
| GB2489693A (en) | Abradable seal liner | |
| RU2478454C1 (en) | Method of making turbo machine conformable seal | |
| RU2436658C2 (en) | Composite element of worn-in turbine seal | |
| EP2876259B1 (en) | Turbine buckets with high hot hardness shroud-cutting deposits | |
| EP3623082B1 (en) | Method of producing an abrasive tip for a turbine blade | |
| RU2703669C1 (en) | Abradable insert of turbine seal | |
| RU2461449C1 (en) | Method of fabricating turbine run-in seal with multilayer shell | |
| RU2507033C2 (en) | Method of making turbo machine conformable seal | |
| WO2014204534A1 (en) | Titanium-aluminide components | |
| RU2457067C1 (en) | Method of fabricating reinforced element of turbine run-in seal | |
| RU2457070C1 (en) | Method of fabricating element of turbine run-in seal | |
| RU114091U1 (en) | REINFORCED TURBINE SEAL WITH REINFORCEMENT ELEMENT | |
| RU2457066C1 (en) | Method of fabricating turbine run-in cellular seal | |
| RU2484925C2 (en) | Method of making turbo machine conformable seal element with reinforced shell | |
| RU2461446C1 (en) | Method of fabricating cellular element of turbine run-in seal | |
| RU2483837C2 (en) | Method of making turbo machine conformable seal | |
| RU2484924C2 (en) | Turbine worn-in seal element | |
| RU95046U1 (en) | BLANK TURBO MACHINE | |
| RU2498879C1 (en) | Turbine conformable seal composite component |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140729 |