Материал прирабатываемого уплотнения турбомашины


B22F2304/10 - Порошковая металлургия; производство изделий из металлических порошков; изготовление металлических порошков (способы или устройства для гранулирования материалов вообще B01J 2/00; производство керамических масс уплотнением или спеканием C04B, например C04B 35/64; получение металлов C22; восстановление или разложение металлических составов вообще C22B; получение сплавов порошковой металлургией C22C; электролитическое получение металлических порошков C25C 5/00)

Владельцы патента RU 2696985:

Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический центр "Уралавиаспецтехнология" (RU)

Изобретение относится к материалам прирабатываемого уплотнения турбомашины. Материал содержит частицы порошкового наполнителя с размерами частиц порошка от 30 мкм до 100 мкм и порошковой добавки, адгезионно соединенные между собой в монолитный материал. В качестве материала наполнителя использован сплав состава: Сr - от 12,0 до 14,0 вес.%, Мо - от 1,5 до 2,5 вес.%, Ti - 0,08 вес.%, С - 0,08 вес.%, Si - 0,10 вес.%, Mg - 0,20 вес.%, Fe - остальное. В качестве порошковой добавки использованы 4-5 вес.% гексагонального нитрида бора, 0,8-1,2 вес.% бария сернокислого и 0,8-1,8 вес.% стеарата цинка. Порошок гексагонального нитрида бора имеет размеры частиц от 30 мкм до 100 мкм, барий сернокислый - от 20 мкм до 100 мкм, а стеарат цинка - от 20 мкм до 100 мкм. Обеспечивается высокая прирабатываемость, механическая прочности и износостойкость материала уплотнения. 1 пр.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к материалам уплотнений зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций.

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. Материалы для 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 материалов 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, имеющие, по сравнению с вышеописанными материалами, меньшую трудоемкость изготовления.

Известен материал прирабатываемого уплотнения турбомашины [патент США №4291089], получаемый методом газотермического напыления порошкового материала. При этом материал уплотнения формируется в виде покрытия, которое наносится непосредственно на кольцевой элемент корпуса турбомашины в зону уплотнения между корпусом и лопаткой.

Недостатком известного материала является невозможность одновременного обеспечения высокой прирабатываемости и износостойкости покрытия.

Известен также материал прирабатываемого уплотнения турбомашины [патент США №4936745], выполненный в виде высокопористого керамического слоя с пористостью от 20 до 35 объемных %.

Недостатком известного материала является низкая эрозионная стойкость и прочность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является материал прирабатываемого уплотнения турбомашины, содержащий частицы порошкового наполнителя, адгезионно соединенные между собой в монолитный материал [патент РФ №2039631, МПК B22F 3/10, Способ изготовления истираемого материала, 1995]. При этом материал уплотнения содержит заполненный в сотовые ячейки и спеченный в вакууме или защитной среде гранулированный порошковый 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 лопатки 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 1 1/08, 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 заявляемого изобретения является обеспечение высокой прирабатываемости, механической прочности и износостойкости материала уплотнения, а также снижения трудоемкости его изготовления.

Технический результат достигается тем, что материал прирабатываемого уплотнения турбомашины, содержащий частицы порошкового наполнителя и порошковой добавки, адгезионно соединенные между собой в монолитный материал, в отличие от прототипа в качестве материала наполнителя использован сплав состава, в вес.%: Сr - от 12,0% до 14,0%, Мо - от 1,5% до 2,5%, Ti - 0,08%, С - 0,08%, Si - 0,10%), Mg - 0,20% Fe - остальное, с размерами частиц порошка от 30 мкм до 100 мкм, а в качестве порошковой добавки использованы гексагональный нитрид бора с размерами частиц порошка от 30 мкм до 100 мкм, в количестве от 4,0% до 5,0% от общего веса материала уплотнения и барий сернокислый с размерами частиц порошка от 20 мкм до 100 мкм в количестве от 0,8% до 1,2% от общего веса материала уплотнения и стеарат цинка с размерами частиц порошка от 20 мкм до 100 мкм в количестве от 0,8% до 1,8% от общего веса материала уплотнения.

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 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, составляющей величину от 20 до 100% от прочности частиц и адгезионной прочности частиц в рабочей зоне уплотнения (зоне контакта уплотнения с лопаткой) в процессе эксплуатации, которая составляет от 0,5 до 12% от прочности соединения 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, в частности, относятся: размеры частиц наполнителя должны составлять величину от 30 мкм до 100 мкм; в качестве материала наполнителя использоваться сплав состава, в вес. %: Сr - от 12,0% до 14,0%, Мо - от 1,5% до 2,5%, Ti - 0,08%, С -0,08%), Si - 0,10%, Mg - 0,20%) Fe - остальное; в качестве порошковой добавки использоваться гексагональный нитрид бора с размерами частиц порошка от 30 мкм до 100 мкм, в количестве от 4,0% до 5,0% от общего веса материала уплотнения и барий сернокислый с размерами частиц порошка от 20 мкм до 100 мкм в количестве от 0,8% до 1,2% от общего веса материала уплотнения и стеарат цинка с размерами частиц порошка от 20 мкм до 100 мкм в количестве от 0,8% до 1,8% от общего веса материала уплотнени

Пример. В качестве основы для получения материала для порошкового наполнителя прирабатываемого уплотнения использовались составы, в вес. %: 1) Сr - 11,0%, Мо - 1,3%, Fe - остальное - неудовлетворительный результат (Н.Р.); 2) Сr - 12,0%, Мо - 1,5%, Fe - остальное -удовлетворительный результат (У.Р.); 3) Сr - 14,0%, Мо - 1,3%, Fe -остальное - (Н.Р.); 4) Сr - 11,0%, Мо - 1,5%, Fe - остальное - (Н.Р.); 5) Сr - 14,0%, Мо - 2,5%, Fe - остальное - (У.Р.); 6) Сr - 16,0%, Мо - 3,5%, Fe -остальное - (Н.Р.). Размеры частиц порошка наполнителя составляли величины от 30 мкм до 100 мкм.

В качестве порошковой добавки использованы: гексагональный нитрид бора с размерами частиц порошка от 30 мкм до 100 мкм, в количестве от 4,0% до 5,0% от общего веса материала уплотнения [3,8% - (Н.Р.); 4,0% - (У.Р.); 4,5% - (У.Р.); 5,0% - (У.Р.); 5,3% - (Н.Р.)] и барий сернокислый с размерами частиц порошка от 20 мкм до 100 мкм в количестве от 0,8% до 1,2% от общего веса материала уплотнения [0,6% - (Н.Р.); 0,8% - (У.Р.); 1,0% - (У.Р.); 1,2%- (У.Р.); 1,4% - (Н.Р.)] и стеарат цинка с размерами частиц порошка от 20 мкм до 100 мкм в количестве от 0,8% до 1,8% от общего веса материала уплотнения [0,6% - (Н.Р.); 0,8% - (У.Р.). 1,3% - (У.Р.); 1,6% - (У.Р.); 1,8% - (У.Р.); 2,0% - (Н.Р.)]

Материал уплотнения был изготовлен 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 менее 10-2 мм рт.ст., а другой части - при той же температуре в среде осушенного диссоциированного аммиака, в засыпке из обожженного тонкомолотого глинозема. Давление прессования при изготовлении заготовок для всех вариантов было одинаковым и принято равным 70 кгс/мм. Механические свойства полученного материала составили: твердость НВ от 134 до 142; σ=29,7…38,1 кгс/мм2; σт=18,1…25,1 кгс/мм2; ударная вязкость Кс=1,21…1,59 кгм/см2.

Результаты испытаний образцов уплотнений из разработанного материала в условиях эксплуатации показали сочетание высоких прочностных характеристик уплотнений, с их хорошей прирабатываемостью.

Материал прирабатываемого уплотнения турбомашины, содержащий частицы порошкового наполнителя и порошковой добавки, адгезионно соединенные между собой в монолитный материал, отличающийся тем, что в качестве наполнителя использованы частицы порошка сплава состава, вес. %: Cr - от 12,0 до 14,0, Мо - от 1,5 до 2,5, Ti - 0,08, С - 0,08, Si - 0,10, Mg - 0,20, Fe - остальное, с размерами от 30 мкм до 100 мкм, а в качестве порошковой добавки использованы частицы гексагонального нитрида бора с размерами от 30 мкм до 100 мкм, в количестве от 4,0 до 5,0 вес.% от общего веса материала уплотнения и барий сернокислый с размерами частиц порошка от 20 мкм до 100 мкм в количестве от 0,8 до 1,2 вес.% от общего веса материала уплотнения и стеарат цинка с размерами частиц порошка от 20 мкм до 100 мкм в количестве от 0,8 до 1,8 вес.% от общего веса материала уплотнения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетическому, транспортному и авиационному двигателестроению и может быть использовано в технических объектах, где в качестве источника энергии целесообразно использовать высокотемпературную высокооборотную центростремительную турбину малой мощности с небольшим объемным расходом рабочего тела.

Компонент газовой турбины, имеющий теплоизолирующую внешнюю поверхность для воздействия газообразных продуктов сгорания, содержит металлическую подложку, крепящий слой на поверхности подложки, теплозащитное покрытие, структуру выступающих элементов и структуру элементов в виде канавок.

Лопатка ротора газотурбинного двигателя включает на своей концевой части бандажную полку, содержащую площадку с первым бортиком со стороны корытца и вторым бортиком со стороны спинки и уплотнительный гребешок.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям и, в частности к штифтовому уплотнению лопаток турбин. Дисковый узел газотурбинного двигателя включает в себя диск турбины, лопатки турбины и штифтовые уплотнения.

Турбина // 2645892
Турбина реактивного двигателя содержит корпус турбины, лопатки турбины, кожух. Корпус турбины имеет цилиндрическую форму.

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в необандаженных ступенях паровых и газовых турбин. Периферийное уплотнение необандаженных турбинных ступеней, содержащее на внешнем обводе винтовые канавки в области радиального зазора необандаженной турбинной ступени.

Изобретение относится к авиадвигателестроению и может быть использовано в конструкциях узла уплотнения турбин авиационных газотурбинных двигателей и газотурбинных установках наземного применения.

Изобретение относится к авиадвигателестроению и может быть использовано в конструкциях узла уплотнения турбин авиационных газотурбинных двигателей и газотурбинных установках наземного применения.

Охлаждающий бандажный узел турбины для газотурбинной установки содержит внешний и внутренний бандажные элементы. Внешний бандажный элемент расположен внутри турбинной секции газотурбинной установки вблизи корпуса турбинной секции и имеет, по меньшей мере, один воздуховод для введения в этот элемент охлаждающей текучей среды.

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к реверсивным силовым судовым турбинам, содержащим турбину заднего хода. Ступень турбины заднего хода содержит сопловой аппарат, рабочие лопатки, подвижный П-образный экран, установленный над рабочими лопатками, в дне которого выполнены окна.

Группа изобретений относится к получению гранулированного феррохрома. Способ включает гранулирование расплава феррохрома, содержащего 1-9 мас.% С, 25-70 мас.% Cr, ≤ 2,0 мас.% Si, остальное Fe и примеси не более 3 мас.%.

Изобретение относится к металлургии, а именно к легированию железа азотом. Способ легирования расплава железа азотом включает получение порошковой смеси путем перемешивания порошка железа с порошками нитридов бора или алюминия, полученную порошковую смесь прессуют в брикеты при давлении 30-40 МПа.

Изобретение относится к составам фрикционных материалов, предназначенных для работы в тормозных устройствах. Фрикционный материал на основе железа содержит, мас.
Изобретение относится к области металлургии, а точнее к электротермическому получению металлов и сплавов в дуговых рудно-термических электропечах и может быть использовано в производстве марганцевых и хромистых ферросплавов.

Группа изобретений относится к получению суперсплава, состоящего из титана, алюминия, железа, хрома, меди и кремния, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана, алюминия, железа, хрома, меди и кремния.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения технического кремния и кремнистых сортов ферросплавов в руднотермических электропечах.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения ферроникеля в печи Ванюкова непрерывным процессом. Способ включает предварительную сушку никелевой руды, обжиг никелевой руды в трубчатой вращающейся печи, непрерывную загрузку полученного огарка на подину печи Ванюкова, включающей плавильную и восстановительную зоны и сифон, расплавление огарка в плавильной зоне печи, перетекание полученного расплава в восстановительную зону печи и сифон, выпуск полученного шлака и выпуск расплава ферроникеля из печи в ковш.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в процессах получения чугуна из окисленного железосодержащего сырья. В способе осуществляют расплавление в печи железорудного концентрата и дефосфорацию оксидного железосодержащего расплава.
Изобретение относится к металлургии, а именно к получению металлического титана из титановых шлаков, в частности к подготовке шихты для выплавки титановых шлаков в рудно-термической печи.

Изобретение относится к способу получения сплавов, состоящих из титана, железа, хрома и циркония, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения этих элементов, и устройству для его осуществления.
Изобретение относится к послойному изготовлению 3D изделий из порошка стали типа АК. Создают 3D модель изделия, ее послойно разбивают на слои с шагом вертикального смещения слоев в пределах от 0,2 до 1 мм и шагом поперечного смещения - от 0,7 до 2 мм, создают управляющую работой лазерной установки программу и ведут последовательное послойное выращивание изделия из порошка стали типа АК с размером фракций от 50 до 150 мкм.

Изобретение относится к материалам прирабатываемого уплотнения турбомашины. Материал содержит частицы порошкового наполнителя с размерами частиц порошка от 30 мкм до 100 мкм и порошковой добавки, адгезионно соединенные между собой в монолитный материал. В качестве материала наполнителя использован сплав состава: Сr - от 12,0 до 14,0 вес., Мо - от 1,5 до 2,5 вес., Ti - 0,08 вес., С - 0,08 вес., Si - 0,10 вес., Mg - 0,20 вес., Fe - остальное. В качестве порошковой добавки использованы 4-5 вес. гексагонального нитрида бора, 0,8-1,2 вес. бария сернокислого и 0,8-1,8 вес. стеарата цинка. Порошок гексагонального нитрида бора имеет размеры частиц от 30 мкм до 100 мкм, барий сернокислый - от 20 мкм до 100 мкм, а стеарат цинка - от 20 мкм до 100 мкм. Обеспечивается высокая прирабатываемость, механическая прочности и износостойкость материала уплотнения. 1 пр.

Наверх