Автоматичне зварювання, 2022, №04



2022 №04 (05)

DOI of Article 10.37434/as2022.04.06

2022 №04 (07)

---

Журнал «Автоматичне зварювання», № 4, 2022, с. 41-49

Аналіз сучасного досвіду розробок ущільнюючих покриттів для деталей газотурбінних двигунів (Огляд)

Ю.С. Борисов, Н.В. Вігілянська, О.М. Бурлаченко, Л.П. Олевська, В.М. Лопата

ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua

У роботі проведено аналіз досвіду розробки ущільнюючих газотермічних покриттів для деталей газотурбінних двигунів. Встановлено, що завдання розробки складів та технологій газотермічного нанесення ущільнюючих покриттів, призначених для забезпечення оптимального радіального зазору між елементами статора та ротора для скорочення витрати технологічного палива та підвищення коефіцієнту корисної дії двигунів, є актуальними. Наведено принципи оптимізації складу матеріалу ущільнюючого покриття, які полягають головним чином у поєднанні легкості врізання в нього лопатки з опором ерозійному зношенню, що забезпечує ефективність роботи покриття з його довговічністю. Визначено температурні режими роботи ущільнюючих покриттів у різних секціях газотурбінного двигуна. Для нанесення ущільнюючих покриттів газотермічними методами використовують композиційні порошки, склад яких відповідає концепції метал – тверде мастило. В якості металевого компоненту використовуються Ni, AlSi, Ni- і Co-сплави, а в якості твердого мастила використовуються графіт, гексагональний нітрид бору, бетоніт і поліестр. Для високотемпературних секцій турбін використовують комбінацію стабілізованого оксиду цирконію з гексагональним нітридом бору та поліестром. Склад цих комбінацій визначає температурну зону їхнього застосування, повʼязану з умовами роботи компресора або турбіни. Бібліогр. 29, рис. 13.
Ключові слова: ущільнююче покриття, газотермічне напилення, матриця, тверде мастило, стиранність, ерозійна стійкість, компресор, турбіна


Надійшла до редакції 30.03.2022

Список літератури

1. Коваль В.А., Михайлов В.Е., Романов В.В., Ковалева Е.А. (2013). Особенности рабочих процессов в газотурбинных и парогазовых энергетических установках и их элементах. Харьков, Контраст.
2. Иноземцев А.А., Бажин С.В., Снитко, М.А. (2012). Вопросы оптимизации радиальных зазоров ТВД авиационного ГТД. Вестник двигателестроения, 2, 149–154.
3. Налимов Ю.С. (2014). Анализ повреждений лопаток газотурбинных двигателей. Металл и литье Украины, 12, 17–22.
4. Березкин С.В., Грешта В.Л., Леховицер З.В., Ольшанецкий В.Е. (2019). Усовершенствование серийных и перспективных покрытий лабиринтных уплотнений деталей горячего тракта газотурбинного двигателя. Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні, 2, 91–94.
5. Wilson, S. (2011) Overview of Sulzer Metco Compressor and Turbine Abradable Technology. 8th International Charles Parsons Turbine Conference, University of Portsmouth, Portsmouth, UK. URL: http://www.iom3.org/sites/default/ files/iom3-corp/wed%200940%20s%20Wilson.pdf [дата звернення 10.01.2022]
6. Siddiqui, S.M., Joshi, P., Nayak, N., Vidyasagar, K. (2014) Thermal Spraying, Optimization and Characterization of Abradable Seal Coating for Gas Turbine for Service Temperature up to 750 °C. Adv. Mat. Lett, 5(9), 506–510.
7. Aussavy, D. (2016) Processing characterization and modeling of thermomechanical properties of threee abradable coatings: NiCrAl-bentonite, CoNiCrAlY-BN-polyester, and YSZ-polyester. Materials. Université de Technologie de Belfort-Montbeliard.
8. Mohammad, F., Kashif, A. (2021) Criteria for Abradable Coatings to Enhance the Performance of Gas Turbine Engines. J. Mate. Sci. Metall, 2, 101.
9. Hopkins, N.P. (2007) Abradable coatings – From black art, to materials science. Engineering Doctorate, Swansea University.
10. Kutz, M. (2018) Handbook of Environmental Degradation of Materials: Third edition. https://doi.org/10.1016/C2016-0-02081-8
11. Fois, N., Watson, M., Marshall, M. (2016) The influence of material properties on the wear of abradable materials. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 231(2), 240–253. doi:10.1177/1350650116649528
12. Irissou, E., Dadouche, A., Lima, R.S. (2013) Tribological Characterization of Plasma-Sprayed CoNiCrAlY-BN Abradable Coatings. Journal of Thermal Spray Technology, 23(1-2), 252–261. doi:10.1007/s11666-013-9998-4
13. Thermally sprayed abradable coating technology for sealing in gas turbines [online]. Oerlikon Metco. [Дата звернення 10.01.2022]. Режим доступу: https://www.oerlikon.com/ ecomaXL/files/oerlikon_ThermallySprayedAbradableCoatings_ 2012.10.pdf&download=1
14. There are a number of different abradable coating types [online]. JINHU COLOR POWDER COATING CO.LTD. [Дата звернення 10.01.2022]. Режим доступу: https://www.chinapowdercoating. com/abradable-coating/
15. Rajendran, R. (2012) Gas turbine coatings – An overview. Engineering Failure Analysis, 26, 355–369. https://doi. org/10.1016/j.engfailanal.2012.07.007
16. Zhang, N., Shen, J., Xuan, H. et al. (2015) Evaluation of an AlSi-polyester abradable seal coating performance using high-temperature and high-velocity abrasion tests. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 230(7), 842–851. https://doi. org/10.1177/1350650115619150
17. Aluminum-Polyester Powder. Technical Bulletin #10-141 [online]. Metco601NS. [Дата звернення 10.01.2022]. Режим доступу: https://www.gordonengland.co.uk/sef/attachment. php?aid=309
18. Oerlikon Metco Material Product Data Sheet Aluminium Bronze/Polyester Abradable Powders [online]. Oerlikon Metco. [Дата звернення 10.01.2022]. Режим доступу: https://www.oerlikon.com/ecoma/files/DSMTS-0012.3_Al_ Bronze_Poly.pdf?download=true
19. Gao, S., Xue, W., Duan, D., Li, S. (2016). Tribological behaviors of turbofan seal couples from friction heat perspective under high-speed rubbing condition. Friction, 4(2), 176– 190. doi:10.1007/s40544-016-0114-x
20. Sporer, D., Wilson, S., Giovannetti, I. et al. (2007) On the potential of metal and ceramic based abradables in turbine seal applications. Proceedings of the Thirty-Sixth Turbomachinery Symposium [онлайн]. 79–86. [Дата звернення 10.01.2022]. Режим доступу: doi: 10.21423/R1336H
21. Johnston, R.E. (2011) Mechanical characterisation of Al-Si-hBN, NiCrAl-Bentonite, and NiCrAl-Bentonite-hBN freestanding abradable coatings. Surface and Coatings Technology, 205(10), 3268–3273. doi:10.1016/j.surfcoat.2010.11.044
22. Cheng, X., Yueguang Y., Jianming L. et al. (2022) Mesoscale Simulation and Evaluation of the Mechanical Properties of Ceramic Seal Coatings. Coatings [онлайн]. 12(4), 438. Дата звернення 10.01.2022]. Режим доступу: https://doi. org/10.3390/coatings12040438
23. Сотников Е.Г., Леховицер З.В., Грешта В.Л. и др. (2015) Разработка состава теплозащитного покрытия на детали газотурбинных двигателей, работающих в условиях высоких температур. Авиационно-космическая техника и технология, 10(12), 6–10.
24. Грешта В.Л., Павленко Д.В., Двирнык Я.В., Ткач Д.В. (2019) Расчетно-экспериментальная методика определения динамического модуля упругости прирабатываемых уплотнительных покрытий турбин ГТД. Там же, 8, 160, 105–113. doi: 10.32620/aktt.2019.8.16
25. Greshta, V., Tkach, D., Sotnikov, E. et al. (2018) Studying and designing improved coatings for labyrinth seals of gas-turbine engine turbines. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(12, 94), 56–63. doi: 10.15587/1729-4061.2018.140912
26. Peyraut, F., Seichepine, J.-L., Coddet, C., Hertter, M. (2008) Finite element modeling of abradable materials – Identification of plastic parameters and issues on minimum hardness against coatings thickness. International Journal for Simulation and Multidisciplinary Design Optimization, 2(3), 209– 215. https://doi.org/10.1051/ijsmdo:2008028
27. Faraoun, H.I., Grosdidier, T., Seichepine, J.-L. et al. (2006) Improvement of thermally sprayed abradable coating by microstructure control. Surface and Coatings Technology, 201(6), 2303–2312. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.03.047
28. Karthikeyan, S., Balasubramanian, V., Rajendran, R. (2014) Developing empirical relationships to estimate porosity and Young»s modulus of plasma sprayed YSZ coatings, Applied Surface Science, 296, 31–46. https://doi.org/10.1016/j.apsusc. 2014.01.021
29. Thermally sprayed abradable coating technology for sealing in gas turbines [онлайн]. (2012) Oerlikon Metco. [Дата звернення doi: 10.15587/1729-4061.2018.140912]. Режим доступу: https://www.oerlikon.com/ecomaXL/files/oerlikon_Thermally-SprayedAbradableCoatings_2012.10.pdf&download=1

---

Реклама в цьому номері:

---