Уплотнения газовых турбин

1.

Уплотнения газовых турбин
Докладчики:
Деев Д.С.
Семенов М. В.
Фурман Ю. А.
Щепёткин Н. С.

2.

Контроль зазоров имеет большое значение для проектировщиков турбомашин и необходим для
удовлетворения сегодняшних высоких требований по мощности, эффективности и срокам эксплуатации. Чрезмерные
зазоры приводят к потерям в эффективности цикла, нестабильности потока и поступлению горячего газа в полости
дисков. Недостаточные зазоры ограничивают потоки охлаждающей жидкости и вызывают истирание контактных
поверхностей, перегрев расположенных ниже компонентов и повреждение поверхностей, что ограничивает срок
службы компонентов. Специалисты уделяют особое внимание контролю зазоров, поскольку часто это самый
экономичный метод повышения производительности, а также надёжности системы.
1

3.

Ключевые места герметизации компрессора и турбины в промышленном двигателе
1)Истираемые уплотнения компрессора
2)Истираемые уплотнения турбины
3)Щеточное или истираемое уплотнение между ступенями
4)Щеточные уплотнения подшипников
5)Щеточное манжетное уплотнение высокого давления
2

4.

Динамическое уплотнение
Для минимизации утечек между роторами и
корпусами применяются радиальные, торцевые и радиальноторцевые уплотнения. Уплотнения подвижных соединений,
применяемые в газотурбинном оборудовании можно
подразделить на бесконтактные (щелевые) и контактные.
Основные из них представлены в таблице.
3

5.

Уплотнение торца лопатки
Уплотнение торца лопатки турбины представляет собой сложную проблему из-за высокой скорости,
температуры и разного зазора. На сегодняшний день продолжаются исследования, основной задачей которых является
разработка уплотнения с улучшенным управлением зазором торца лопатки.
1) Диск турбины высокого давления (ТВД)
2) Лопатки ТВД
3) Поступающий воздух
4) Уплотнение торца лопатки ТВД
5) Фланцы
6) Поступающий воздух
4

6.

Истираемые уплотняющие материалы
Как следует из названия, истираемые уплотняющие материалы стираются вращающимися лопастями во
время работы. Ими оснащают корпуса компрессоров, газовых и паровых турбин для уменьшения зазоров до
уровней, которые трудно достичь с помощью механических средств. Истираемые уплотнения приобретают высокое
распространение в газовых турбинах как относительно простое средство для уменьшения зазоров газового тракта,
как в компрессоре, так и в турбине. Наиболее эффективными материалами в качестве истираемых элементов
считаются материалы на основе дискретных металлических волокон.
Образцы истираемого уплотнительного материала из волокон медного сплава
5

7.

Виды уплотнений типа «газ-газ» применяющиеся в турбомашинах между ротором
и статором:
1) Лабиринтные
2) Щеточные
3) Скользящие сухие
газодинамические
уплотнения
6

8.

Лабиринтные уплотнения
Лабиринтные уплотнения часто используются в турбомашинах. Они имеют множество конфигураций.
Наиболее распространенные конфигурации уплотнений показаны на рисунке. Лабиринтные уплотнения, обычно
устанавливаемые на ротор, представляют собой бесконтактные уплотнения с малыми зазорами. Уплотняющее
действие достигается за счет увеличения площади уплотнения благодаря чередующемуся расположению колец на
валу и неподвижном корпусе.
Labyrinthdichtung an
einer Dampfturbine
<br> Eigenes Bild vom
Februar 2006
7

9.

а) с прямыми гребешками
б) с наклоненными гребешками
в) с шахматным расположением
гребешков
г) со ступенчатым
расположением гребешков
д) с взаимным зацеплением
е) истираемое
(прирабатываемое)
8

10.

Щеточные уплотнения
В газовых турбинах щеточные уплотнения применяются в межкаскадных уплотнениях горячего газового
тракта,
межствольных
уплотнениях
компрессорного
отсека
и
масляной
полости
подшипника.
В промышленных газовых турбинах щеточные уплотнения применяются в межкаскадных уплотнениях
горячего газового тракта, межствольных уплотнениях компрессорного отсека и масляной полости подшипника.
Щеточное уплотнение является первой простой, практичной альтернативой лабиринту, которое обеспечивает
значительное улучшение производительности.
Преимущества щеточных уплотнений по сравнению с лабиринтными включают:
*Снижение утечек
*Обеспечение отклонения вала из-за операций остановки/запуска и других переходных условий
*Малое занимаемое пространство в осевом направлении
*Более
стабильные
характеристики
утечки
в
течение
длительных
периодов
эксплуатации.
9

11.

Щёточное уплотнение
10

12.

Сухие газодинамические уплотнения
Уплотнения «газ-газ» («воздух-воздух»), работающие по принципу подшипника скольжения на газовой смазке,
называют, скользящими сухими уплотнениями. В опорах компрессоров промышленных газотурбинных
двигателей наибольшее распространение получили торцевые сухие газодинамические уплотнения (СГДУ). В
конструкции СГДУ используется запатентованная компанией специальная форма спиральной канавки. Благодаря
этой особенности сухие газодинамические уплотнения полностью бесконтактны. Это делает их безопасным,
высоконадежным, и долговечным решением для герметизации компрессоров, турбин, турбодетандеров.
1) Седло из карбида вольфрама;
2) Кольцо из графита;
3) Пружины;
4) Вторичные уплотнения;
5) Металлические детали
11

13.

Статическое уплотнение в турбооборудовании
Уплотнения в местах с неподвижным или относительно медленным перемещением в турбомашине
включают поверхность контакта или соединения между неподвижными компонентами (камеры сгорания, сопла,
кожухи и т. д.) по всему каналу внутреннего охлаждения для минимизации или контроля потоков утечки между
компонентами турбины. Как правило, соприкасающиеся элементы должны выдерживать относительное вибрационное
движение с минимальным износом. Кроме того, они должны соответствовать параметрам теплового расширения и
несоосности. Эффективное уплотнение в зонах статического контакта не только повышает эффективность и
выходную мощность турбины, но также улучшает профиль температуры газового тракта. Для решения этих проблем
были
разработаны
различные
типы
уплотнений.
Рассмотрим
основные
из
них.
12

14.

Металлические уплотнения
Металлические уплотнения используются в условиях с более высокой температурой и давлением, когда
резиновые и полимерные уплотнения не подходят. В турбомашинах применятся несколько конфигураций: c поперечным
сечением O, C и E. На рисунке показан пример использования металлических уплотнений в промышленной газовой
турбине.
1) E-образные уплотнения
компрессора
2) Уплотнения камеры сгорания
3) Уплотнения топливной системы
4) E-образные уплотнения турбины
5) Разделенные уплотнения
13

15.

Уплотнения из металлической ткани
Они представляют собой объединения тонких листовых металлов (прокладок) и слоев плотно сплетенной
металлической ткани. В то время как прокладки предотвращают утечку и обеспечивают гибкость конструкции,
внешние слои ткани добавляют объем (играют роль чехла, защищающего от износа тонкие прокладки) и толщину, без
существенной жесткости. Типичная структура показана на рисунке
1) Обертывающая
металлическая ткань
2) Сварные точки
3) Две прокладки
4) Уплотнения из
металлической ткани
14

16.

Спасибо получается, за Внимание!