Постановка задач исследований
Постановка задач исследований
В турбомашинах неизбежны утечки рабочего тела через зазоры между неподвижными и вращающимися элементами двигателя. Для уменьшения этих утечек применяют уплотнения различного типа. Одним из таких видов являются уплотнения сотового типа, которые используются для уменьшения утечек через радиальные зазоры в бандажных и безбандажных турбинных ступенях, а также для снижения утечек вдоль вала как в компрессорах, так и в газовых турбинах. Такое разнообразное применение уплотнений сотового типа обусловлено некоторыми их преимуществами по сравнению с традиционными лабиринтными уплотнениями.
Сотовая конструкция обеспечивает наибольшую прочность уплотнения при минимальной массе материала. Это позволяет применять сотовые уплотнения при высоких перепадах давления, не увеличивая в этом случае размер уплотнения. Кроме того, упрощается сборка при монтаже и ремонте турбоагрегата. Поверхность контакта при касании ротора сотовой поверхности в несколько раз меньше, чем при задевании о сплошную поверхность. Площадь металлического контакта сот по сравнению с гладким корпусом (для dя = 3 мм) оказалась меньше в 8,5 раза. Отметим, что при касании за счет интенсивного отвода тепла сотовой конструкцией не происходит местного разогрева ротора, так как площадь соприкосновения незначительна. Это позволяет без ущерба для надежности работы турбомашины уменьшить зазоры между статором и ротором.
Анализ конструкций и результатов экспериментальных исследований лабиринтных уплотнений, используемых в турбомашинах, выявил следующие особенности сотовых уплотнений:
- сотовая конструкция обеспечивает наибольшую прочность уплотнения при минимальных затратах материалов;
- поверхность контакта при касании вращающихся частей турбомашин со статором значительно меньше, чем при их задевании о сплошную поверхность;
- при касании за счет истирания и интенсивного отвода тепла сотовой поверхностью не происходит повреждения уплотнительных гребней, торцев лопаток, а также местного разогрева места контакта;
Обратите внимание на лекцию "6.1 Луганськ - кузница войны".
- сотовые уплотнения позволяют уменьшить величину зазоров, при этом снизить уровень аэродинамических сил, действующих на ротор;
- величина утечки в сотовом уплотнении в значительной степени зависит от геометрических характеристик структуры сот и режимных параметров потока;
- при увеличении радиальных зазоров в процессе эксплуатации ступеней с сотовыми уплотнениями обнаруживается меньшая их чувствительность к изменению величины зазора;
- сотовые ячейки представляют собой односторонне замкнутые объемы, течение в которых подвержено воздействию пульсационных явлений нестационарного потока с возможным возникновением резонансных явлений.
Одной из существенных проблем, связанной с возможностью применения сотовых уплотнений, является качество изготовления сотовой поверхности, требующей сложной технологии - высокотемпературной пайки жаропрочными припоями в вакууме.
Природа физических явлений в потоке, движущемся в щелевых каналах с различными перегородками, остается сравнительно малоизученной: особенно это относится к форме и конструкции каналов с сотовыми уплотнениями, наиболее часто использующихся в современных турбоустановках различного назначения.