Ущільнювальна система, що стирається

1. Ущільнювальна система, що стирається, газотурбінного двигуна, яка містить складове ущільнення і взаємодіючу з ним лопатку турбіни; лопатку турбіни, що має кінцеву частину, яка містить кубічні абразивні частинки нітриду бору для введення в контакт зі складовим ущільненням для створення ущільнення; складове ущільнення, що має основу з суперсплаву, зв'язувальне покриття з MCrAlY на поверхні основи, що має шорсткість поверхні більше 300 Ra, в якому М вибрано з групи, що складається з Co, Ni або Ni і Co, і пористий керамічний ущільнювальний матеріал, що стирається, на зв'язувальному покритті, який має пористість від 5 до 15 об.%. C2 2 (11) 1 3 76473 4 плетених металевих волокон або спечених метастий керамічний ущільнювальний матеріал, що левих частинок, припаяних на місці. Хоча ці матестирається, на зв'язувальному покритті, що має ріали стираються внаслідок високої внутрішньої пористість, яка складає від 5 до 15об.%. пористості і низької міцності, їх стійкість до ерозії Одержана ущільнювальна система, що стирапід впливом твердих частинок низька, що привоється, для газотурбінних двигунів, яка володіє піддить до швидкої втрати матеріалу. Ця втрата мавищеною ерозійною стійкістю і, одночасно, все ж теріалу погіршує ущільнення, і ефективність двизабезпечує ефективне ущільнення між лопаткою гуна швидко знижується. Як ущільнювальні турбіни і стаціонарним компонентом. Система матеріали в найсучасніших двигунах використовуущільнення містить складове ущільнення і лопатку ють термічно напилені покриття, які виконують ту турбіни, яка взаємодіє з складовим ущільненням ж функцію, що і плетені ущільнення, що стираютьдля прорізання доріжки в складовому ущільненні ся, але які легше наносяться і легше замінюються, для створення ущільнення. Лопатка турбіни є коли двигун ремонтують. елементом, що обертається, яка має абразивну Використання порошків для термічного напикінцеву частину, розташовану із забезпеченням лювання для формування ущільнень, що стиратертя об стаціонарне складове ущільнення, що ються, відоме і описане в патенті США №4291089. стирається, таким чином, що абразивна кінцева Такі порошки використовують для формування частина врізається в поверхню складового ущільпокриття на основі для одержання ущільнення, що нення, що стирається. стирається, тобто покриття, яке ущільнює простір Лопатка турбіни має кінцеву частину, яка місміж основою і прилеглою поверхнею, рухомою тить кубічні абразивні частинки нітриду бору (CBN) відносно неї, і яке стирається до міри, що контродля того, щоб вона врізалась в поверхню складолюється за рахунок відносного руху основи і привого ущільнення. Кубічні абразивні частинки нітрилеглої поверхні. Таке ущільнення спочатку форду бору високоефективні для прорізання ущільнюмують за допомогою термічного напилювання вального матеріалу, що стирається. Кінцева порошку на основу для формування покриття нечастина, що містить кубічні абразивні частинки багато більшої товщини, ніж проміжок між основою нітриду бору, може бути одержана уловлювальним і прилеглою поверхнею, таким чином, що покриття покриттям у стійкій до окислення металевій матстирається при відносному русі між основою і пририці. Може використовуватись спосіб, описаний в леглою поверхнею до небагато меншої товщини, патенті США №5935407, який включений сюди як відповідної проміжку між основою і прилеглою попосилальний матеріал, згідно з яким зв'язувальне верхнею таким чином, щоб між ними забезпечувапокриття наносять на основу краю лопатки турбіни лось ефективне ущільнення. Такі ущільнення виза допомогою плазмового напилювання під низькористовують, наприклад, з лопатками турбіни або ким тиском, потім закладають в зв'язувальне поккомпресора газотурбінних двигунів, таких як авіариття абразивні частинки шляхом уловлювального ційні, для забезпечення ущільнення між лопатками покриття в металевій матриці. Цей спосіб переваі корпусом турбіни або компресора. жний завдяки підвищеній міцності зв'язку абразивОднією з проблем створення придатного ущіного покриття з краєм лопатки турбіни. льнення, що стирається, є одержання термічно Складове ущільнення має ущільнення, що напиленого покриття, яке, з одного боку, має досстирається, пов'язане з основою з суперсплаву. татню структурну міцність, яка, проте, досить ниЗвичайно основою є корпус турбіни або компресозька для забезпечення стираності, і яке, з іншого ра або прикріплене до нього облицювання, при боку, має досить високу стійкість до ерозії від цьому суперсплавом є суперсплавна основі кобавпливу твердих частинок, що стикаються з ущільльту або нікелю. Для скріплення ущільнювального нювальним покриттям, що стирається, при викориматеріалу, що стирається, з основою, на поверхню станні. Наприклад, у випадку з лопатками газової основи наносять зв'язувальний шар, що має шорстурбіни або компресора, ущільнювальне покриття ткість поверхні, яка складає більше 300Ra; перезазнає ударів абразивних частинок, що захоплюважно - більше 350Ra. Зв'язувальним покриттям є ються повітрям і всмоктуються двигуном. MCrAlY, в якому Μ - це Co і/або Ni, який може бути Керамічне ущільнення, що стирається, покамодифікований Pt і/або дифузійним алюмінідним зане в патенті США №4936745, який пропонує попокриттям. Підвищена стійкість до впливу навкористий керамічний шар, що стирається, який має лишнього середовища матеріалу, що стирається, пористість від близько 20 до 35об.%; однак висока скомбінована зі збільшеною різальною здатністю пористість викликає знижену ерозійну стійкість, що кубічних абразивних частинок нітриду бору в кінє недоліком при роботі в жорстких умовах, які ісцевій частині лопатки, забезпечує виконання збінують в турбіні високого тиску. льшеного прорізу в складовому ущільненні. ПідКоротко кажучи, даний винахід забезпечує вищена шорсткість поверхні зв'язувального одержання системи ущільнення, що стирається, покриття забезпечує підвищену міцність зв'язку, газотурбінного двигуна, що містить складове ущінеобхідну для кріплення матеріалу, що стираєтьльнення і взаємодіючу з ним лопатку турбіни. Лося. Зв'язувальне покриття може наноситись за патка турбіни має кінцеву частину, що містить кудопомогою плазмового напилювання, або при нибічні абразивні частинки нітриду бору для зькому тиску, або при атмосферному, до товщини введення в контакт зі складовим ущільненням для близько 4-15міл, переважно - близько 5-10міл. Для забезпечення ущільнення. Складове ущільнення досягнення шорсткості поверхні покриття з MCrAlY має основу з суперсплаву, що має нанесене на неї наносять плазмовим напилюванням при розмірі зв'язувальне покриття з MCrAlY з шорсткістю почастинок, що складає до близько 150мкм. Зв'язуверхні, що становить, щонайменше, 300Ra, і поривальне покриття піддають термічній обробці для 5 76473 6 дифузійного скріплення або перед нанесенням №5935407, згідно з яким спочатку на кінцеву часкераміки, або після, при температурі близько 1900тину лопатки турбіни було нанесено за допомогою 2050°F протягом 2-5 годин, в типовому варіанті плазмового напилювання при низькому тиску зв'япри температурі 1975°F протягом 4 годин. зувальне покриття з CoNiCrAlY до одержання тоНа зв'язувальне покриття наносять пористий вщини 4міл, потім були нанесені уловлювальним керамічний ущільнювальний матеріал, що стирапокриттям кубічні абразивні частинки нітриду бору ється, який має пористість від близько 5 до за допомогою нікелювання, після чого йшло ніке15об.%, переважно - 10-15об.%. Знижений рівень лювання з розчином, що містить тонкі частинки пористості цього матеріалу забезпечує підвищену CoCrAlHf, до одержання товщини 5міл. Після гомостійкість до впливу навколишнього середовища, генізувальної термічної обробки при 1975°F протящо збільшує корисний строк служби газотурбінногом 4 годин кінцева частина лопатки була алюмініго двигуна. Підвищена ефективність різання кубічзована за допомогою процесу в газовій фазі. ними абразивними частинками нітриду бору, розПотім було підготовлене складове ущільнення ташованими в краї, в комбінації з підвищеною за допомогою нанесення зв'язувального покриття силою зв'язку зв'язувального покриття забезпечує з CoNiCrAlY на пробні зразки з суперсплаву одержання ефективної ущільнювальної системи зі Hastelloy X розміром 4 дюйми на 1,4 дюйми за дозбільшеним строком служби. помогою плазмового напилювання при низькому Керамічним ущільнювальним матеріалом, що тиску частинок CoNiCrAlY, що являють собою сустирається, є двоокис цирконію, стабілізований 6міш частинок з розмірами в межах від 45 до 90мкм 9% окислу ітрію. Для створення пористості кераміі від 20 до 38мкм, до одержання товщини 7міл і з чний матеріал наносять за допомогою плазмового одержанням шорсткості поверхні в межах від 360 напилювання з леткою речовиною, переважно - зі до 400Ra. Пористий керамічний ущільнювальний складним поліефіром. Для одержання пористості в матеріал, що стирається, був підготовлений за межах від 5 до 15%, керамічні частинки розміром допомогою змішування 98,75ваг.% стабілізованого менше ніж близько 200мкм, переважно - близько окислом ітрію двоокису цирконію з розмірами час20-125мкм, можуть бути змішані з до 1,5ваг.%, тинок від 22 до 125мкм з 1,25ваг.% частинок склапереважно - близько 1-1,5ваг.% складного поліедного поліефіру з розмірами частинок від 45 до фіру, що має розмір частинок від 45 до 125мкм. 125мкм, що забезпечило одержання керамічного Потім суміш наносять за допомогою плазмового матеріалу з пористістю 12,5%. Цей ущільнювальнапилювання до одержання товщини від близько ний матеріал був нанесений на пробні зразки зі 10 до 80міл, переважно - 20-40міл. За необхідності зв'язувальним покриттям за допомогою плазмовоскладний поліефір видаляють за допомогою нагріго напилювання. вання до температури понад 1300°F; однак було Пробні зразки з ущільнювальним матеріалом, виявлено, що велика частина складного поліефіру що стирається, були перевірені на стирання у вивже видаляється в процесі плазмового напилюсокотемпературній установці для випробування вання, і наявність складного поліефіру, що залистиранням з використанням лопаток з краями з шився, може бути допустима в системі. кубічними абразивними частинками нітриду бору, Приклад при цьому установка була настроєна на задану На кінцеву частину лопатки турбіни була нанеглибину прорізання, що становить 20міл. Відмінна сена абразивна частина кінцевої частини з викостираність була продемонстрована при наступних ристанням способу, описаного в патенті США параметрах випробувань: Температура при випробуванні 1832°F 2192°F Швидкість руху кінцевої частини 1150фут/сек. 1345 фут/сек. Були проведені додаткові випробування із заданою глибиною прорізання, що складає 20міл. Один зразок був перевірений зі складовим ущільненням (зв'язувальне покриття плюс керамічне верхнє покриття з пористістю 12,5%), підТемпература при випробуванні 1832°F Темп врізання 5мкм/сек. 5мкм/сек. Глибина канавки 17,5міл 17,5міл даним дифузійній термічній обробці при температурі 1975°F протягом 4 годин, після нанесення керамічного покриття. Випробування показали наступні результати: Швидкість руху кінцевої частини 1150фут/сек. Темп врізання 5мкм/сек. Глибина канавки 12,8міл Також були перевірені зразки з різними рівнями пористості, що показали наступні результати: Пористість кераміки 10% 15% 10% 15% Температура при випробуванні 1832°F 1832°F 2192°F 2192°F Швидкість руху кінцевої частини 1150фут/сек. 1150фут/сек. 1345фут/сек. 1345фут/сек. Темп врізання 5мкм/сек. 5мкм/сек. 5мкм/сек. 5мкм/сек. У ході всіх випробувань кінцева частина лопатки не продемонструвала помітного зносу. Глибина канавки 19,4міл 18,0міл 21,5міл 18,0міл 7 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 76473 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601