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.
- Истираемые уплотнения компрессора
- Истираемые уплотнения турбины
- Щеточное или истираемое уплотнение между ступенями
- Лабиринтное уплотнения подшипников
- Щеточное манжетное уплотнение высокого давления
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 |  |
нет огран. | 1200 и более | нет огран. | 50… 200 |
| Щеточное |  |
400 | 1000 | 1,2 на один ряд щеток | 40…165 | |
| Графитовое бесконтактное |  |
180 | 700 | 25 | 3…12 | |
| Контактные | Графитовое контактное |  |
100 | 700 | P*V=50 МПа·м/с | 10…20 |
| Поршневые кольца, металлические набивки сальников |  |
80… 100 | 700 | P*V=50 МПа·м/с | 10…20 | |
| Притертые пары, мягкие набивки сальников |  |
3 | Притертые пары 20…500 сальники 363…343 |
500 | 0 | |
| Манжеты (кожа, резина) |  |
1 | 310 | 600 (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.
- Диск турбины высокого давления (ТВД)
- Лопатки ТВД
- Поступающий воздух
- Уплотнение торца лопатки ТВД
- Фланцы
- Поступающий воздух
Рисунок 2 – 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.
