33. Газовые уплотнения прочной части турбины.

Утечка газов из проточной части турбины и охлаждающего воздуха из полости между корпусом и диском устраняются в турбинах с помощью лабиринтных уплотнений, по конструкции аналогичных лаби­ринтным уплотнениям осевых компрессоров.

Между деталями ротора и статора есть два вида зазоров: радиальные и осевые.

Для уменьшения величины утечек газов по радиальным зазорам между корпусом тур­бины и концами РЛ эти зазоры должны быть сведены к минимуму, что способствует повы­шению КПД турбины. Но при решении этой задачи должна быть исключена возможность задевания ротора о статор. Сложность заключается в том, что радиальные зазоры имеют пе­ременную величину (рис. 2.4.13). Причем они зависят не только от режима работы двигате­ля, но также и от динамики его изменения

Зазоры, указываемые в чертежах турбины, относятся к «холодному» состоянию дви­гателя. Их задают в пределах 1,5 - 3% от длины соответствующих лопаток. При запуске дви­гателя радиальные зазоры увеличиваются вследствие более быстрого прогрева статора по сравнению с ротором. Минимальную величину радиальные зазоры имеют при выключении двигателя, т.к. статор, имеющий меньшую тепловую инерционность, остывает быстрее по сравнению с массивным ротором.

Следует отметить, что радиальные зазоры между конструктивными элементами дис­ков турбин и сопловых аппаратов также имеют важное значение, так как они влияют на ве­личину утечек охлаждающего воздуха из междисковых полостей в газовый тракт. По конст­рукции они сходны с уплотнениями между рабочими лопатками и корпусом.

Во многих серийных ГТД для предохранения PJI от по­вреждения, которое может произойти в случае их касания о кор­пус, используют металлокерамические вставки. Их помещают в трапециевидные пазы типа «ласточкин хвост» .После установки металлокерамических вставок их растачивают на нуж­ный размер, а при ремонте турбины их заменяют. Композицион­ный материал вставок получают спеканием порошков Fe, Ni, Si и графита. Он легко срабатывается при касании ротора с такими вставками, что обеспечивает минимальный радиальный зазор.

В последние годы нашли широкое распространение сото­вые вставки (рис.2.4.15). Соты имеют форму шестигранных ячеек. Их получают методом высокотемпературной пайки гофрирован­ных лент толщиной 0,1.. .0,2 мм из жаростойкого материала. При касании о соты гребешков бандажной полки РЛ происходит вы­работка канавки во вставке, и за счет этого обеспечивается минимально возможный радиаль­ный зазор. После приработки двигателя величины таких зазоров не превышают 0,2 мм.

Такой тип эффективно функционирующих уплотнений по­зволяет существенно повысить КПД турбины - от 1,5 до 3,0%. Больший эффект достигают при коротких лопатках, когда относи­тельное влияние величины радиального зазора более существенно.

Такие уплотнения применяют также между элементами внутреннего корпуса турбины и ротором для уменьшения утечек охлаждающего воздуха из междисковых полостей.

При касании гребешков о сотовые вставки они врезаются в них и происходит выработка канавки во вставках (без оплавления самих гребешков). Геометрические размеры и формы самих ячеек сотовых вставок бывают весьма многообразны.

В конструкциях турбин современных ГТД именно такой вид уплотнений получил наибольшее распространение.

В каждой ступени компрессора неизбежно происходит перетекание части воздуха с ее выхода на вход (в зону более низкого давления). Причем данное явление имеет место как в зоне рабочих лопаток, так и в зоне направляющих (спрямляющих) аппаратов. Это оказывает влияние на величину КПД компрессора.

С целью уменьшения расхода воздуха, перетекающего из полости с более высоким давлением, на пути этого воздуха устанавливают лабиринтные уплотнения. Эффект исполь­зования лабиринтного уплотнения основан на создании гидравлического сопротивления в канале перетекания за счет многократного изменения проходного сечения данного канала путем чередования его сужения и расширения.

Эффективность лабиринтного уплотнения зависит от формы и наклона гребешков, их числа Z, перепада давлений между соответствующими полостями, величины зазора 5 [2]. Ве­личину расхода (кг/с) через лабиринтное уплотнение определяют по формуле Стодолы: