Элемент статора энергетической турбины

Полезная модель относится к элементу статора энергетической турбины, в частности к уплотняемым зазорам в роторных машинах. Элемент статора энергетических турбин содержит нанесенное на него уплотнительное покрытие. Под уплотнительное покрытие в качестве подслоя проволочным газопламенным методом нанесено покрытие на основе Ni₃Al, толщиной 0,12-0,25 мм. Техническим результатом является стойкость уплотнительных покрытий элементов статора энергетических турбин к врезанию кромок лопаток при пиковых нагрузках, возникающих во время аварийной остановки турбин. 1 н.п.ф.

Полезная модель относится к элементу статора энергетической турбины, в частности к уплотняемым зазорам в роторных машинах. Более конкретно, полезная модель относится к конфигурации стационарного кожуха статора энергетический турбины таким образом, чтобы контролировать зазор между вращающимися и неподвижными компонентами турбин. В частности полезная модель относится уплотнительному покрытию, нанесенному на элементы статора энергетических турбин.

Паровые турбины производств являются основными первичными двигателями мощных компрессорных и насосных агрегатов, надежности и эффективности работы которых уделяется особое внимание.

В настоящее время, ведущие мировые производители паровых турбин наиболее активно ведут исследования в направлении конструктивных решений уплотнений паровых турбин.

Уплотнительные, или изнашиваемые покрытия применяются в газотурбинных двигателях в авиации, энергетике, газоперекачивающих агрегатах (ГПА) взамен вставок из уплотнительных материалов. Изнашиваемые покрытия снижают зазор между статором и ротором газогенератора (компрессор и турбина). Методом плазменного напыления уплотнительные покрытия делаются настолько податливыми, чтобы кромка лопатки или лабиринт легко врезались в их слой, однако, достаточно прочными, чтобы выдерживать напор газового потока при повышенных температурах.

Применение уплотняющих (прирабатываемых) покрытий в горячей части турбины газотурбинного двигателя (ГТД) позволяет заметно повысить КПД и тепловую мощность двигателя за счет уплотнения зазоров по периферийным торцам лопаток и по гребешкам лабиринтных уплотнений между ступенями по всей окружности вращения, сводя к минимуму износ дорогостоящих вращающихся лопаток ротора турбины. Основными требованиями к уплотнительным покрытиям в ГТД являются достаточная прочность, податливость при врезании лопаток лабиринтными выступами, антифрикционность, теплозащитные свойства, эрозионная стойкость и низкое сопротивление "выветриванию" рабочей поверхности (со стороны газового потока).

Из уровня техники известен элемент статора турбины (RU 2362021 С2, МПК F01D 11/08, опубликовано 20.07.2009). Недостатком известного элемента статора энергетической турбины заключается в том, что поскольку уплотнительное покрытие, нанесенное на элемент подвергается не только температурной деформацией и вибрацией, но и предельными сдвиговыми нагрузками во время врезания кромок лопаток, то во время аварийной остановки энергетической турбины уплотнительные покрытия имеют пиковые нагрузки и отслаиваются с последующим разрушением.

Ближайшим аналогом является элемент статора энергетической турбины содержит нанесенное на него уплотнительное покрытие (RU 2415199 C1, МПК C23C 14/38, опубликовано 27.03.2011). Покрытие, описанное в изобретении имеет толщину до 3 мм и содержит истираемый материал. Предпочтительнее этот истираемый материал содержит фазу металлической матрицы и, по меньшей мере, одну вторичную фазу. Более предпочтительно фаза металлической матрицы содержит, по меньшей мере, один сплав, выбранный из группы, состоящей из CoNiCrAlY, NiCrFeAl и NiCrAl.

Недостатком известного элемента статора энергетической турбины, содержащего нанесенное на него уплотнительное покрытие заключается в том, что покрытие не выдерживает пиковых нагрузок в момент врезания кромок лопаток и отслаивается с последующим разрушением.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является увеличение адгезионной прочности уплотнительных покрытий, наносимых при изготовлении элементов статора энергетических турбин.

Техническим результатом является увеличение стойкости уплотнительных покрытий элементов статора энергетических турбин к врезанию кромок лопаток при пиковых нагрузках, возникающих во время аварийной остановки турбин.

Технический результат достигается тем, что элемент статора энергетической турбины содержит нанесенное на него уплотнительное покрытие, при этом под уплотнительным покрытием выполнен подслой на основе Ni3Al, толщиной 0,12-0,25 мм.

Проведенные исследования показали, что данное покрытие, нанесенное проволочным газопламенным методом напыления, имеет прочность сцепления на 30 МПа больше по сравнению с плазменными покрытиями на основе никелевых и кобальтовых сплавов.

Для получения толстого уплотнительного покрытия толщиной 3,0-4,5 мм максимально допустимым является нанесения подслоя Ni₃Al толщиной 0,12-0,25 мм.

Пример 1. Покрытие Ni₃Al было нанесено методом газопламенного проволочного напыления. Подача проволоки 230 мм/мин. Дистанция 120 мм. Прочность сцепления покрытия составила 63 МПа.

Пример 2. Покрытие Ni₃Al было нанесено методом газопламенного проволочного напыления на ряд образцов из стали 20X13, при этом меняли режимы нанесения покрытия.

Кожух статора энергетической турбины, выполненный с нанесенным на него уплотнительным покрытием, отличающийся тем, что уплотнительное покрытие имеет толщину 3 - 4,5 мм, а под ним выполнен подслой на основе Ni₃Al толщиной 0,12 - 0,25 мм.