Спеченный уплотнительный материал для газотурбинных двигателей



Владельцы патента RU 2699340:

Акционерное общество "Завод "Композит" (АО "Завод "Композит") (RU)

Изобретение относится к спеченному уплотнительному материалу для газотурбинных двигателей. Материал содержит порошок нитрида бора, порошок нихрома и порошок карбонильного никеля, при этом содержание порошка карбонильного никеля составляет 10-15 мас.% от содержания порошка нихрома. Обеспечивается интенсификация процесса спекания за счет введения в состав порошка карбонильного никеля. 1 табл.

 

Данное изобретение относится к спеченным материалам изделий типа втулок и вставок из жаростойкого уплотнительного материала для газовых турбин реактивных двигателей.

Спеченные изделия предназначаются для уплотнений проточной части газовых и паровых турбин и для защиты вращающихся деталей ротора от износа.

Они работают в условиях высоких температур, больших давлений газового потока, при звуковых и сверхзвуковых скоростях обдува с периодическим врезанием пера лопаток или гребня лабиринтов ротора турбины в материал уплотнительного кольца или лабиринтного уплотнения.

В газовых турбинах температура газового потока составляет 400-850°C и более, скорость потока превышает 100-200 м/с, а в сопловых аппаратах первой ступени достигает 500 м/с. Газовый поток имеет окислительный характер (смесь газового состава 74% N2, 14% CO2 2% H2O) [1, 2].

Для обеспечения безаварийной работы турбин в течение заданного срока службы, составляющего иногда тысячи часов, материал изделий радиальных уплотнений должен удовлетворять следующим требованиям [2, 3, 4]:

- обладать стойкостью против окисления и эрозии в среде рабочего потока;

- иметь достаточную механическую прочность для выполнения монтажных работ и сопротивляться эрозии и нагружению при врезании лопаток;

- обладать высокими антифрикционными свойствами.

Таким требованиям отвечают обычно применяемые на практике композиционные уплотнительные материалы на основе никеля и нихрома с добавками графита, окиси цинка, талька, слюды, нитрида бора.

Известны уплотнительные материалы на основе никеля [5, 6], содержащие до 8% нитрида бора, обладающие удовлетворительной жаростойкостью при 700-800°C. Их можно рекомендовать для изготовления узлов уплотнений проточной части средне-температурных газовых транспортных турбин.

Более высокой жаростойкостью при работе в диапазоне температур 950-1000°C обладает материал марки УМБ-4С [7] на основе нихрома с добавкой 8% нитрида бора. Указанный материал является наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту и принят за прототип.

При этом достигаются следующие физико-механические характеристики изделий: плотность - 5,5…6,0 г/см3; твердость НВ - 30…50 кгс/мм2;

предел прочности при изгибе σви - не менее 5 кгс/мм2.

Несмотря на высокие уровень жаростойкости и ресурсные показатели этого материала недостатками технологии изготовления уплотнительных изделий являются высокая трудоемкость операций и себестоимость производства.

(Двукратное высокотемпературное спекание по рекомендуемому режиму 1230°C с изотермической выдержкой в течение 4-х часов).

При длительном спекании заготовок уплотнительных изделий и температуре выше 1200°C имеет место выход из строя коробов- лодочек из нержавеющей стали и дорогостоящих нагревателей.

Изобретательской задачей явилась разработка экономичного состава и способа изготовления уплотнительных изделий Путем интенсификации процесса спекания порошковых заготовок.

В настоящем изобретении предлагается ввести в основу материала добавку порошка карбонильного никеля марки ПНК-УТ3 в количестве 10…15% от содержания порошка нихрома.

Добавка мелкого карбонильного порошка никеля с величиной частиц 5…7 мкм к порошку нихрома фракции 40…100 мкм способствует увеличению количества межчастичных контактов и интенсификации процесса спекания, снижению температуры изотермической выдержки на 30…50°C. Это существенно улучшает технико-экономические показатели производства уплотнительных изделий (снижение трудоемкости и себестоимости их изготовления).

Технология изготовления уплотнительных изделий из порошковых материалов на основе нихрома заключается в следующем:

1. Приготовление смеси для прессования - 8% порошка нитрида бора гексонального ТУ 26.8-00222226-2003, порошок нихрома ПХВ20Н80 ГОСТ13084 + порошок никеля ПНК-УТЗ ГОСТ 9722 - 92%;

для улучшения прессуемости добавляется пластификатор - стеарат Zn - 1% от общей массы. Смешивание производится в двухвалковом смесителе.

2. Прессование заготовок происходит на пресс-автомате с давлением прессования 500…600 МПа. Плотность прессовок составляет 6,0…6,2 г/см3;

3. Отжиг прессовок происходит при 1180… 1200°C с изотермической выдержкой в течение 4-х часов в проходной печи в среде защитного газа (азот + диссоциированный аммиак); плотность прессовок снижается с ростом геометрических размеров до 5,5…5,8 г/см3;

4. Повторное прессование (допрессовка) спеченных заготовок производится на механическом прессе с тем же давлением. Плотность допрессованных заготовок возрастает до 6,4…6,6 г/см3;

5. Повторное спекание заготовок по режиму.указанному в п. 3.

Для определения наиболее оптимального количества вводимого в смесь порошка никеля были проведены эксперименты по изготовлению опытных изделий из порошковой смеси с содержанием никеля от 5 до 30% мас от количества нихрома.

Полученные результаты представлены в таблице.

Из приведенных данных в таблице видно, что максимальный уровень физико-механических характеристик (твердость НВ=45-53 кгс/мм2, предел прочности σизг=6,9-8,3 кгс/мм2) получен при добавке к порошку нихрома 10-15% карбонильного никеля и спекании при 1180-1200°C.

Добавленная фракция порошка никеля (5-7 мкм) располагается при смешивании и прессовании в пространстве между крупными частицами (40-100 мкм) порошка нихрома, увеличивая тем самым насыпную плотность (2,15-2,20 г/см3), площадь межчастичных контактов и интенсифицирует процесс спекания (температура спекания на 30…50°C ниже, чем в известном аналоге-прототипе [7].

Снижение температуры спекания на 30…50°C существенно уменьшает трудоемкость и себестоимость изготовления уплотнительных изделий при экономии материалов из нержавеющей стали и молибденовых нагревателей.

Список использованной литературы

1. Костецкий Б.И, Белицкий И.Е, Натансон М.Е. Определение углерода и кремния в металлокерамических уплотнительных материалах на никелевой основе методом спектрального анализа. - Порошковая металлургия, 1964, №2, с. 40-45.

2. Федорченко И.М, Казанцева Н.А, Дубров Г.Л. Металлокерамический материал для радиального уплотнения высокотемпературных турбин. - Порошковая металлургия, 1969, №3, с. 90-95.

3. Семенов Ю.Н, дубров Г.Л, Казанцева Н.А. Металлокерамический уплотнительный материал на основе монель - металла. - В кн.: Порошковая металлургия. Минск. Высшая школа, 1966, с. 274-280.

4. Федорченко. И.М, Денисенко Э.Т, Мирошников В.Н. Исследование окалиностойкости некоторых материалов на основе никеля. Сообщ. 1 - Порошковая металлургия, 1965, №3, с. 35-41.

5. Белицкий М.Е. Исследование металлокерамических материалов композиций никель-нитрид бора. - Порошковая металлургия, 1966, №11, с. 29-34.

6. Костечко Р.Ф, Головкин Ю.И, Смирнов В.А. и др. А.С. 569636 (СССР). Уплотнительные материалы на основе никеля. - Опубл. в Б.И., 1977, №31.

7. Белицкий М.Е, Скопенко И.Ф. Исследование влияния предварительного окисления на прирабатываемость металлокерамических уплотнительных материалов. - Порошковая металлургия, 1968, №10, с. 33-42.

Спеченный уплотнительный материал для газотурбинных двигателей, содержащий порошок нитрида бора, отличающийся тем, что он содержит порошок нихрома и порошок карбонильного никеля в следующем соотношении компонентов, мас. %:

порошок нитрида бора 8
порошок нихрома и порошок
карбонильного никеля 92,

при этом содержание порошка карбонильного никеля составляет 10-15 мас. % от содержания порошка нихрома.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к авиадвигателестроению, а именно к конструкции вентиляторов, в частности к межлопаточным платформам вентилятора и способам их изготовления из композиционных материалов.

Осевая турбомашина содержит компрессор со статором, включающий стенку, а также круглый или полукруглый ряд лопаток статора. Стенка выполнена круглой или в виде дуги окружности и содержит направляющую поверхность, предназначенную для направления потока турбомашины.

Роторное устройство для турбомашины содержит диск, лопатки, уплотнительный фланец, промежуточное кольцо и уплотнение. На наружной периферии диска расположены чередующиеся пазы и зубцы, проходящие в нижнем по потоку направлении на диске.

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в качестве сигнализатора предаварийного состояния в связи с уменьшением величины радиального зазора в проточной части турбомашины в уплотнениях на периферии ступеней или в концевых (промежуточных) уплотнениях валов.

Изобретение относится к области турбостроения. Способ восстановления работоспособности сотового уплотнения при ремонте, отличающийся тем, что толщина стенок сот более 0,3 мм, обработку торцевых поверхностей сот выполняют шлифованием до остроты прямоугольной формы торцов стенок сот, при этом восстановление величины монтажного зазора в сотовом уплотнении осуществляется за счет смещения сотоблока в радиальном направлении боковыми пластинами, в которых крепятся сегменты уплотнения.

Узел ротора газовой турбины содержит корпус ротора, стопорную пластину и уплотнительную проволоку. Корпус ротора содержит участок елочного типа, выполненный с возможностью размещения соответствующего участка елочного типа лопатки, и окружную канавку, выполненную вблизи участка елочного типа ротора.

Изобретение относится к способу изготовления лопатки (100) газотурбинного двигателя из композиционного материала, содержащей волокнистое усиление, уплотненное матрицей.

Компрессор (10') газотурбинного двигателя, содержащий по меньшей мере один кольцевой ряд лопаток (12) статора с изменяемым углом установки, причем эти лопатки являются, по существу, радиальными и содержат на своих радиальных концах цапфы (22, 24), при этом радиально наружные цапфы лопаток установлены в первых отверстиях корпуса (20) статора и радиально внутренние цапфы установлены во вторых отверстиях плавающего кольца (60), которое окружает ротор (18) компрессора, отличающийся тем, что между плавающим кольцом и ротором компрессора вставлена кольцевая деталь (62) статора, и тем, что между деталью статора и ротором компрессора установлены первые уплотнительные средства и между плавающим кольцом и деталью статора установлены вторые уплотнительные средства.

Объектом изобретения является камера (Е) опорного подшипника газотурбинной установки, содержащей неподвижную стенку (9), вращающийся вал (5), первую и вторую уплотнительные прокладки (10, 20) между стенкой и валом и полость (Cam) между неподвижной стенкой (9) и элементом (19) статора, питаемую воздухом через отверстие (19а) вблизи упомянутого вала (5).

Уплотнительная система, расположенная в полости (C) канала вентилятора и турбины (VC, VT) между оболочкой SI статора и оболочкой VI ротора турбомашины, содержащая сектор (10) статора и элемент (11) ротора, причем полость (C) находится между основанием (SI) неподвижной спрямляющей лопатки (PS) сектора (10) статора и дополняющим его элементом (11) ротора.

Изобретение относится к получению содержащих карбид титана титановых микросфер. Проводят обработку поверхности титановой заготовки лазерным излучением.

Изобретение относится к металлургии, а именно к высокотемпературным композиционным материалам на основе интерметаллидной матрицы для обеспечения двигателей повышенной мощности и ресурса.

Изобретение относится к получению тройного сплава Ni-Cr-C. Способ включает нагрев исходной смеси порошков микронных размеров, состоящей из 25-45 мас.% хрома, 3-5 мас.% графита и остальное никеля, и ее последующее охлаждение.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к литым композиционным материалам на основе алюминиевого сплава. Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава содержит, мас.

Изобретения относятся к области порошковой металлургии, в частности к получению антифрикционных материалов из металлических порошков, и могут быть использованы для изготовления узлов трения высоконагруженных деталей различных механизмов.
Изобретение относится к способу изготовления детали часов или ювелирных изделий из композиционного материала. Способ изготовления детали из композиционного материала, содержащей пористую керамическую часть и металлический материал, заполняющий поры керамической части, включает обеспечение пористой керамической преформы детали, обеспечение металлического материала, нагревание металлического материала до температуры выше температуры плавления металлического материала, заполнение пор керамической преформы расплавленным металлическим материалом, охлаждение металлического материала и керамической преформы для получения затвердевшего в порах керамической преформы металлического материала и финишную обработку для получения детали из композиционного материала, при этом пористая керамическая преформа состоит из материала, выбранного из группы, состоящей из Si3N4, SiO2 и их смесей, а металлический материал выбирают из группы, состоящей из металлического золота, платины, палладия и сплавов этих металлов.

Изобретение относится к композиционным материалам с матрицей из алюминиевого сплава. Композитный материал на основе алюминиевого сплава содержит матрицу из алюминиевого сплава, содержащего, мас.%: Si 0,50-1,30, Fe 0,2-0,60, Cu 0,15 максимум, Mn 0,5-0,90, Mg 0,6-1,0, Cr 0,20 максимум, остальное - алюминий и неизбежные примеси, и частицы присадочного материала, диспергированные в матрице, причем присадочный материал содержит керамический материал.

Группа изобретений относится к получению содержащего нитрид хрома порошка для термического напыления покрытий в виде спекшихся агломератов. Способ включает следующие стадии: a) приготовление порошковой смеси (А), содержащей порошок (В), содержащий по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, включающей хром (Cr), CrN и Cr2N, и порошок (С), содержащий по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, включающей никель, кобальт, никелевый сплав, кобальтовый сплав и железный сплав, b) спекание порошковой смеси (А) при парциальном давлении азота выше 1 бар с получением спекшихся агломератов, при этом обеспечивают неизменное содержание химически связанного азота или увеличение содержания химически связанного азота по сравнению с порошковой смесью (А).
Группа изобретений относится к получению композиционного материала, содержащего металлическую матрицу из алюминиевого сплава и упрочняющие частицы карбида титана.
Группа изобретений относится к композитам с алюминиевой матрицей и упрочняющими наночастицами карбида титана. Композит содержит упрочняющие наночастицы карбида титана округлой формы размером 5-500 нм в количестве 1-50 об.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению высоконагруженных составных дисков с функционально градиентными свойствами для газотурбинных установок (ГТУ) и газотурбинных двигателей (ГТД), работающих в условиях градиента температуры и имеющих механические свойства, меняющиеся по сечению.

Изобретение относится к спеченному уплотнительному материалу для газотурбинных двигателей. Материал содержит порошок нитрида бора, порошок нихрома и порошок карбонильного никеля, при этом содержание порошка карбонильного никеля составляет 10-15 мас. от содержания порошка нихрома. Обеспечивается интенсификация процесса спекания за счет введения в состав порошка карбонильного никеля. 1 табл.

Наверх