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.

Уплотнения в газовой турбине GE Frame 7 EA

  1. Истираемые уплотнения компрессора
  2. Истираемые уплотнения турбины
  3. Щеточное или истираемое уплотнение между ступенями
  4. Лабиринтное 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

КлассТип уплотненияСхема уплотнения (зазор в мм)ОграниченияЭффективный зазор, мкм
скорость скольжениятемпературадавление
БесконтактныеЛабиринтноеСхема лабиринтного уплотнениянет огран.1200 и болеенет огран.50… 200
ЩеточноеСхема щеточного уплотнения40010001,2 на один ряд щеток40…165
Графитовое бесконтактноеСхема графитового бесконтактного уплотнения180700253…12
КонтактныеГрафитовое контактноеСхема графитового контактного уплотнения100700P*V=50 МПа·м/с10…20
Поршневые кольца, металлические набивки сальниковСхема поршневых колец, металлических набивок сальников80… 100700P*V=50 МПа·м/с10…20
Притертые пары, мягкие набивки сальниковПритертые пары, мягкие набивки сальников3Притертые пары 20…500
сальники 363…343
5000
Манжеты (кожа, резина)Манжеты (кожа, резина)1310600 (несколько манжет)0

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.