Menu

Уплотнения газовых турбин

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 системы.

Ключевые места уплотнения компрессора и турбины в промышленном двигателе показаны на рисунке 1.

frame7ea - Уплотнения газовых турбин

  1. Истираемые уплотнения компрессора
  2. Истираемые уплотнения турбины
  3. Щеточное или истираемое уплотнение между ступенями
  4. Лабиринтные уплотнения подшипников
  5. Щеточное манжетное уплотнение высокого давления

Рисунок 1 – Уплотнения в газовой турбине GE Frame 7 EA

Торцевое уплотнение

Для минимизации утечек между роторами и корпусами применяются радиальные, торцевые и радиально-торцевые уплотнения. Уплотнения подвижных соединений, применяемые в газотурбинном оборудовании можно подразделить на бесконтактные (щелевые) и контактные. Основные из них представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Уплотнения подвижных соединений

Класс Тип уплотнения Схема уплотнения (зазор в мм) Ограничения Эффективный зазор, мкм
скорость скольжения температура давление
Бесконтактные Лабиринтное 1 - Уплотнения газовых турбин нет огран. 1200 и более нет огран. 50… 200
Щеточное 2 - Уплотнения газовых турбин 400 1000 1,2 на один ряд щеток 40…165
Графитовое бесконтактное 3 - Уплотнения газовых турбин 180 700 25 3…12
Контактные Графитовое контактное 3 - Уплотнения газовых турбин 100 700 P*V=50 МПа·м/с 10…20
Поршневые кольца, металлические набивки сальников 4 - Уплотнения газовых турбин 80… 100 700 P*V=50 МПа·м/с 10…20
Притертые пары, мягкие набивки сальников 5 - Уплотнения газовых турбин 3 Притертые пары 20…500
сальники 363…343
500 0
Манжеты (кожа, резина) 6 - Уплотнения газовых турбин 1 310 600 (несколько манжет) 0

torsevii uplotnenia john crane 1 - Уплотнения газовых турбин

Рисунок 2.  Торцевые уплотнения John Crane

Торцевое уплотнение John Crane — это высокотехнологичное герметизирующее устройство, характеризующееся надежностью и высокой эффективностью (официальный сайт: johncraneiskra.ru).

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.

tip seal - Уплотнения газовых турбин

  1. Диск турбины высокого давления (ТВД)
  2. Лопатки ТВД
  3. Поступающий воздух
  4. Уплотнение торца лопатки ТВД
  5. Фланцы
  6. Поступающий воздух

Рисунок 3 – Расположение уплотнения торца лопатки ТВД современной газовой турбины

 

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.

abradable - Уплотнения газовых турбин

Рисунок 4 – Образцы истираемого уплотнительного материала из волокон медного сплава

 

В турбомашинах применяются следующие виды уплотнений типа «газ-газ» между ротором и статором:

  1. Лабиринтные
  2. Щеточные
  3. Скользящие сухие газодинамические уплотнения

 

Лабиринтные уплотнения

Лабиринтные уплотнения часто используются в турбомашинах, компрессорах и насосах. Они имеют множество конфигураций. Наиболее распространенные конфигурации уплотнений показаны на рисунке 4. 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.

labyrinth - Уплотнения газовых турбин

  • 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)

Рисунок 5 – Типы лабиринтных уплотнений

Лабиринтные уплотнения имеют долгую историю доказанной надежности с развитой технологией и хорошо подходят для контактов с истираемой поверхностью.

Расположенное на территории России ООО «Джон Крейн – Искра» (г. Пермь) выпускает эффективные термопластичные лабиринтные уплотнения. Термопластичное уплотнение сохраняет заданный зазор, нивелирует вибрации, вызываемые трением.

labyrinth jc - Уплотнения газовых турбин

Рисунок 6 – Термопластичное лабиринтное уплотнение Джон Крейн – Искра

Щеточные уплотнения

 

brush waukesha - Уплотнения газовых турбин

Рисунок 7 – Щеточные уплотнения Waukesha Bearings для газовых турбин

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.

 

Сухие газодинамические уплотнения (СГДУ)

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) производства компании John Crane.

В конструкции СГДУ Джон Крейн используется запатентованная компанией специальная форма спиральной канавки. Благодаря этой особенности сухие газодинамические уплотнения Джон Крейн полностью бесконтактны. Это делает их безопасным, высоконадежным, и долговечным решением для герметизации компрессоров, турбин, турбодетандеров.

jc draw - Уплотнения газовых турбин

  1. Седло из карбида вольфрама;
  2. Кольцо из графита;
  3. Пружины;
  4. Вторичные уплотнения;
  5. Металлические детали.

Рисунок 8 – Конструкция сухого газодинамического уплотнения Джон Крейн

cgu jc - Уплотнения газовых турбин

Рисунок 9 – Сухое газодинамическое уплотнение Джон Крейн Искра

28jc - Уплотнения газовых турбин

СГДУ John Crane

Применяются в турбомашинах с 70-х годов прошлого столетия. Уже поставлено более 20 тысяч СГДУ Джон Крейн, суммарная наработка которых составляет свыше 200 млн. часов.

Особенности:

  • Во время динамической работы зазор между седлом и торцом составляет около 5 мк, что сводит к минимуму износ.
  • Конструкция седла в обойме предупреждает вторичное повреждение в случае выхода из строя седла.

Параметры эксплуатации:

  • Температура: от -140°С до 315°С.
  • Давление: до 450 бар изб.
  • Скорость: до 200 м/с.
  • Вал: до 330 мм.

aura - Уплотнения газовых турбин

СГДУ John Crane AURATM

Новое поколение газовых уплотнений Джон Крейн Искра с увеличенным сроком эксплуатации и интервалами в техобслуживании, с низкими затратами на техобслуживание и потребностью в запасных частях.

Особенности:

  • Уплотнение балансировочного диаметра – это запатентованная конструкция, включающая в себя держатель торца и упорную втулку.
  • Вторичный полимерный уплотнитель за седлом и торцом препятствует утечке уплотнительного газа и повышает диапазон рабочих режимов.

Параметры эксплуатации:

  • Температура: от -60°С до 220°С.
  • Статическое давление: до 220 бар.
  • Скорость: до 140 м/с.
  • Размер уплотнения: 100-276 мм.

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.

 

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 9 показан пример использования металлических уплотнений в промышленной газовой турбине.

gt26 - Уплотнения газовых турбин

  1. E-образные уплотнения компрессора
  2. Уплотнения камеры сгорания
  3. Уплотнения топливной системы
  4. E-образные уплотнения турбины
  5. Разделенные уплотнения

Рисунок 10 – Металлические уплотнения газовой турбины Alstom GT26 300 МВт

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 4.

cloth - Уплотнения газовых турбин

 

  1. Обертывающая металлическая ткань
  2. Сварные точки
  3. Две прокладки
  4. Уплотнения из металлической ткани

Рисунок 11 – Структура уплотнения из металлической ткани

 

Плетенные и канатные уплотнители

Плетенные и канатные уплотнители могут использоваться в различных местах в турбомашинах. Активно исследуются передовые материалы, в том числе цельная/композитная керамика, интерметаллические сплавы (например, алюминид никеля) и углерод-углеродные композиционные материалы для удовлетворения требований по температуре, долговечности и весу.

rope - Уплотнения газовых турбин

Рисунок 12– Плетенные и канатные уплотнители для компрессоров и турбин

Купить уплотнения в России

Компания DMEnergy готова оказать услуги поставки торцевых уплотнений, лабиринтных уплотнений, щеточных уплотнений, сухих газодинамических уплотнений. Наши специалисты сотрудничают с производителями и обеспечивают оперативную доставку оборудования и комплектующих в любую точку России.


Для того, чтобы узнать стоимость оборудования с доставкой звоните нам по телефону
Либо просто заполните контактную форму и мы сами с вами свяжемся
Заполнить
Чтобы узнать стоимость оборудования с доставкой звоните нам по телефону

Либо просто заполните контактную форму и мы сами с вами свяжемся
Заполнить
Previous
Next
Пролистать наверх

Связаться с нами

Презентации решений
cropped Logo DME good quality 2 e1581440539933 1 172x49 1 - Уплотнения газовых турбин

Наша компания создана для предоставления экспертных решений, оборудования
и оперативной поддержки для оптимизации производственного процесса. Заполните форму, выберите интересующий Вас каталог и мы отправим Вам презентацию.