UA76473C2 - Abradeable sealing system - Google Patents

Description

плетених металевих волокон або спечених мета- стий керамічний ущільнювальний матеріал, що левих частинок, припаяних на місці. Хоча ці мате- стирається, на зв'язувальному покритті, що має ріали стираються внаслідок високої внутрішньої пористість, яка складає від 5 до 1506.905. пористості і низької міцності, їх стійкість до ерозії Одержана ущільнювальна система, що стира- під впливом твердих частинок низька, що приво- ється, для газотурбінних двигунів, яка володіє під- дить до швидкої втрати матеріалу. Ця втрата ма- вищеною ерозійною стійкістю і, одночасно, все ж теріалу погіршує ущільнення, і ефективність дви- забезпечує ефективне ущільнення між лопаткою гуна швидко знижується. Як ущільнювальні турбіни і стаціонарним компонентом. Система матеріали в найсучасніших двигунах використову- ущільнення 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 стирають- для 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 напи- кінцеву частину, розташовану із забезпеченням лювання для формування ущільнень, що стира- тертя об стаціонарне складове ущільнення, що ються, відоме і описане в патенті США Ме4291089. стирається, таким чином, що абразивна кінцева

Такі порошки використовують для формування частина врізається в поверхню складового ущіль- покриття на основі для одержання ущільнення, що нення, що стирається. стирається, тобто покриття, яке ущільнює простір Лопатка турбіни має кінцеву частину, яка міс- між основою і прилеглою поверхнею, рухомою тить кубічні абразивні частинки нітриду бору (СВМ) відносно неї, і яке стирається до міри, що контро- для того, щоб вона врізалась в поверхню складо- люється за рахунок відносного руху основи і при- вого ущільнення. Кубічні абразивні частинки нітри- леглої поверхні. Таке ущільнення спочатку фор- ду бору високоефективні для прорізання ущільню- мують за допомогою термічного напилювання вального матеріалу, що стирається. Кінцева порошку на основу для формування покриття не- частина, 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 мат- стирається при відносному русі між основою і при- риці. Може використовуватись спосіб, описаний в леглою поверхнею до небагато меншої товщини, патенті США Ме5935407, який включений сюди як відповідної проміжку між основою і прилеглою по- посилальний матеріал, згідно з яким зв'язувальне верхнею таким чином, щоб між ними забезпечува- покриття наносять на основу краю лопатки турбіни лось ефективне ущільнення. Такі ущільнення ви- за допомогою плазмового напилювання під низь- користовують, наприклад, з лопатками турбіни або ким тиском, потім закладають в зв'язувальне пок- компресора газотурбінних двигунів, таких як авіа- риття абразивні частинки шляхом уловлювального ційні, для забезпечення ущільнення між лопатками покриття в металевій матриці. Цей спосіб перева- і корпусом турбіни або компресора. жний завдяки підвищеній міцності зв'язку абразив-

Однією з проблем створення придатного ущі- ного покриття з краєм лопатки турбіни. льнення, що стирається, є одержання термічно Складове ущільнення має ущільнення, що напиленого покриття, яке, з одного боку, має дос- стирається, пов'язане з основою з суперсплаву. татню структурну міцність, яка, проте, досить ни- Звичайно основою є корпус турбіни або компресо- зька 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 суперсплав на основі коба- впливу твердих частинок, що стикаються з ущіль- льту або нікелю. Для скріплення ущільнювального нювальним покриттям, що стирається, при викори- матеріалу, що стирається, з основою, на поверхню станні. Наприклад, у випадку з лопатками газової основи наносять зв'язувальний шар, що має шорс- турбіни або компресора, ущільнювальне покриття ткість поверхні, яка складає більше З00Ка; пере- зазнає ударів абразивних частинок, що захоплю- важно - більше 350Ка. Зв'язувальним покриттям є ються повітрям і всмоктуються двигуном. МеСГАЇУ, в якому М - це Со і/або Мі, який може бути

Керамічне ущільнення, що стирається, пока- модифікований Рі і/або дифузійним алюмінідним зане в патенті США Ме4936745, який пропонує по- покриттям. Підвищена стійкість до впливу навко- ристий керамічний шар, що стирається, який має лишнього середовища матеріалу, що стирається, пористість від близько 20 до 3506.90; однак висока скомбінована зі збільшеною різальною здатністю пористість викликає знижену ерозійну стійкість, що кубічних абразивних частинок нітриду бору в кін- є недоліком при роботі в жорстких умовах, які іс- цевій частині лопатки, забезпечує виконання збі- нують в турбіні високого тиску. льшеного прорізу в складовому ущільненні. Під-

Коротко 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 ущі- необхідну для кріплення матеріалу, що стираєть- льнення і взаємодіючу з ним лопатку турбіни. Ло- ся. Зв'язувальне покриття може наноситись за патка турбіни має кінцеву частину, що містить ку- допомогою плазмового напилювання, або при ни- бічні 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 МСГАЇМ має основу з суперсплаву, що має нанесене на неї наносять плазмовим напилюванням при розмірі зв'язувальне покриття з МОСГАЇМ з шорсткістю по- частинок, що складає до близько 150мкм. Зв'язу- верхні, що становить, щонайменше, З00Ка, і пори- вальне покриття піддають термічній обробці для дифузійного скріплення або перед нанесенням Ме5935407, згідно з яким спочатку на кінцеву час- кераміки, або після, при температурі близько 1900- тину лопатки турбіни було нанесено за допомогою 2050" протягом 2-5 годин, в типовому варіанті - плазмового напилювання при низькому тиску зв'я- при температурі 1975"Е протягом 4 годин. зувальне покриття з СоМіСгА!М до одержання то-

На зв'язувальне покриття наносять пористий вщини 4міл, потім були нанесені уловлювальним керамічний ущільнювальний матеріал, що стира- покриттям кубічні абразивні частинки нітриду бору ється, який має пористість від близько 5 до за допомогою нікелювання, після чого йшло ніке- 1506.95, переважно - 10-1506.95. Знижений рівень лювання з розчином, що містить тонкі частинки пористості цього матеріалу забезпечує підвищену СостАНІ, до одержання товщини 5міл. Після гомо- стійкість до впливу навколишнього середовища, генізувальної термічної обробки при 1975"Е протя- що збільшує корисний строк служби газотурбінно- гом 4 годин кінцева частина лопатки була алюміні- го двигуна. Підвищена ефективність різання кубіч- зована за допомогою процесу в газовій фазі. ними абразивними частинками нітриду бору, роз- Потім 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 СоМіСтАІМ вна пробні зразки з суперсплаву одержання ефективної ущільнювальної системи зі НазгеїЇоу Х розміром 4 дюйми на 1,4 дюйми за до- збільшеним строком служби. помогою плазмового напилювання при низькому

Керамічним ущільнювальним матеріалом, що тиску частинок СоМіСтАІМ, що являють собою су- стирається, є двоокис цирконію, стабілізований 6- міш частинок з розмірами в межах від 45 до 90мкм 9905 окислу ітрію. Для створення пористості керамі- і від 20 до Звмкм, 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 400Ка. Пористий керамічний ущільнювальний складним поліефіром. Для одержання пористості в матеріал, що стирається, був підготовлений за межах від 5 до 15905, керамічні частинки розміром допомогою змішування 98,75ваг.9о стабілізованого менше ніж близько 200мкм, переважно - близько окислом ітрію двоокису цирконію з розмірами час- 20-125мкм, можуть бути змішані з до 1,5ваг.9ю, тинок від 22 до 125мкм з 1,25ваг.о частинок скла- переважно - близько 1-1,5ваг.9о складного поліе- дного поліефіру з розмірами частинок від 45 до фіру, що має розмір частинок від 45 до 125мМкм. 125мкм, що забезпечило одержання керамічного

Потім суміш наносять за допомогою плазмового матеріалу з пористістю 12,596. Цей ущільнюваль- напилювання до одержання товщини від близько ний матеріал був нанесений на пробні зразки зі до 8Оміл, переважно - 20-4Оміл. За необхідності зв'язувальним покриттям за допомогою плазмово- складний поліефір видаляють за допомогою нагрі- го напилювання. вання до температури понад 1300"Е; однак було Пробні зразки з ущільнювальним матеріалом, виявлено, що велика частина складного поліефіру що стирається, були перевірені на стирання у ви- вже видаляється в процесі плазмового напилю- сокотемпературній установці для випробування вання, і наявність складного поліефіру, що зали- стиранням 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 нане- глибину прорізання, що становить 20міл. Відмінна сена абразивна частина кінцевої частини з вико- стираність була продемонстрована при наступних ристанням способу, описаного в патенті США параметрах випробувань:

Були проведені додаткові випробування із даним дифузійній термічній обробці при темпера- заданою глибиною прорізання, що складає 2О0міл. турі 1975" протягом 4 годин, після нанесення

Один зразок був перевірений зі складовим керамічного покриття. Випробування показали ущільненням (зв'язувальне покриття плюс кера- наступні результати: мічне верхнє покриття з пористістю 12,5905), під-

Також були перевірені зразки з різними рівнями пористості, що показали наступні результати: раміки буванні частини навки

У ході всіх випробувань кінцева частина лопатки не продемонструвала помітного зносу.

Комп'ютерна верстка 0. Гапоненко 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