Формирование подходов к оценке врезания в лабиринтных уплотнениях

Авторы

Матвеев А. А.^*, Фалалеев С. В.^**, Тисарев А. Ю.^***, Кульков С. Д.^****

Самарский университет, Московское шоссе, д. 34, г. Самара, Россия

*e-mail: 2018-00957@students.ssau.ru
**e-mail: falaleev.sv@ssau.ru
***e-mail: tisarev@ssau.ru
****e-mail: Kulkov2002@yandex.ru

Аннотация

В процессе эксплуатации авиационного двигателя в срабатываемых покрытиях лабиринтных уплотнений происходят врезание и износ статорных и роторных деталей. Выработки в уплотнениях уменьшают их эффективность, что увеличивает утечки и уменьшает КПД узлов двигателя. В статье рассмотрены факторы, влияющие на врезание, предложены различные методики, позволяющие определить параметры выработок в срабатываемых слоях. Рассмотрены подходы для экспериментальной оценки величин выработок, предложен один из способов, учитывающий производственные ограничения. Рассмотрена расчетная методика определения износа в уплотнениях, фиксирующая врезание при нестационарном расчете термомеханической модели двигателя по полетному циклу.

Ключевые слова:

формирование выработок, лабиринтное уплотнение, врезание, канавки износа в уплотнениях, нестационарный тепловой процесс, термомеханическая модель, износ срабатываемого покрытия, методика определения врезания

Список источников

1. Темис Ю.М., Селиванов А.В. Перспективные уплотнения для газотурбинных двигателей // Авиационные двигатели. 2021. № 2(11). С. 43–60. DOI: 10.54349/26586061_2021_2_43
2. Szymański A., Dykas S. Evaluation of leakage through labyrinth seals with analytical models // Task quarterly. 2019. Vol. 23. No. 1, pp. 61-73. DOI: 10.17466/tq2019/23.1/f
3. Kulkarni D.Y. The feature-based computational geometry and secondary air system modelling for virtual gas turbines // Imperial college London. 2014. Vol. 435. DOI: 10.25560/56959
4. Андросович И.В. Математическое моделирование и оптимизация лабиринтного уплотнения газотурбинного двигателя с учётом прочностных свойств // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 2. С. 107-117. DOI: 10.34759/vst-2022-2-107-117
5. Кузнецов Н.Д., Данильченко В.П., Резник В.Е. Управление радиальными зазорами в турбокомпрессорах авиационных ГТД: Учебное пособие. Самара: Самарский авиационный институт, 1991. 109 с.
6. Темис Ю.М., Темис М.Ю., Якушев Д.А. и др. Анализ НДС теплонапряженных деталей ротора ГТД сверхзвукового гражданского самолета на основе термомеханической модели // Авиационные двигатели. 2024. № 4(25). С. 21-36.
7. Тисарев А.Ю. Создание обобщенной методики расчета системы внутренних воздушных потоков ГТД: Дисс. ... канд. техн. наук. Самара, 2014. 184 с. 
8. Григорьев Е.М., Фалалеев С.В. Оценка теплового состояния турбины ГТД с использованием нейронных сетей // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 1. С. 146-154. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=179116
9. Ganine V., Amirante D., Hills N.J. Aero-Thermo-Mechanical Modelling and Validation of Transient Effects in a High Pressure Turbine Internal Air System // Proceedings of ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (13–17 June 2016; Seoul, South Korea). DOI: 10.1115/GT2016-57739
10. Muller Y. Secondary Air System Model for Integrated Thermomechanical Analysis of a Jet Engine // Proceedings of ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air (9–13 June 2008; Berlin, Germany), pp. 1359-1374. DOI: 10.1115/GT2008-50078
11. Tindall M., Keskin A., Layton A. Industrial Challenges in Large Thermally Enabled Structural Whole Engine Models // Proceedings of ASME Turbo Expo 2020: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (21-25 September 2020; online). DOI: 10.1115/GT2020-15207
12. Chupp R.E., Hendricks R.C., Lattime S.B., et al. Sealing in Turbomachinery // Journal of Propulsion and Power. 2006. Vol. 22. No. 2, pp. 313–349. DOI: 10.2514/1.17778
13. Zimmermann H., Kammerer A., Wolff K.H. Performance of Worn Labyrinth Seals // ASME Journals. 1994. Vol. 9. No. 94-GT-131.
14. Матвеев А.А., Тисарев А.Ю., Фалалеев С.В. и др. Влияние наличия врезания на расходные характеристики лабиринтных уплотнений авиационных двигателей // Динамика и виброакустика. 2024. Т. 10. № 1. С. 7-20. DOI: 10.18287/2409-4579-2024-10-1-7-20
15. Жинов А.А., Шевелев Д.В. Определение протечек пара через неисправные лабиринтные уплотнения паровой турбины // Известия МГТУ МАМИ. 2022. Т. 16. № 1. С. 21-28. DOI: 10.17816/2074-0530-104581
16. Rhode D.L., Allen B.F. Measurement and visualization of leakage effects of rounded teeth tips and rub-grooves on stepped labyrinths // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2001. Vol. 123. No. 3. DOI: 10.1115/1.1377873 
17. Xu J., Ambrosia M.S., Rhode D.L. Effect of rub-groove wall angle on the leakage of abradable stepped labyrinth seals // Tribology Transactions. 2005. Vol. 48. No. 4, pp. 443-449. DOI: 10.1080/05698190500252841
18. Dogu Y., Sertçakan M.C., Gezer K., et al.  Leakage degradation of straight labyrinth seal due to wear of round tooth tip and acute trapezoidal rub-groove // ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (13–17 June 2016; Seoul, South Korea). DOI: 10.1115/GT2016-57928
19. Munz O., Hühn L., Bleier F., et al. Numerical investigations on the rubbing process in labyrinth seals for full flight mission // 24th International Symposium on Air Breathing Engines (22 – 27 September 2019; Canberra, Australia). DOI: 10.5445/IR/1000104233
20. Yang Y., Chang J., Mi Z., et al. Experimental and Numerical Study on the Influence of Rubbing Force on Radial Crack Initiation in Labyrinth Seal Fins // Aerospace. 2022. Vol. 9. No. 12. DOI: 10.3390/aerospace9120831
21. 21 Benito D., Dixon J., Metherell P. 3D Thermo-Mechanical Modelling Method to Predict Compressor Local Tip Running Clearances // ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea and Air (9–13 June 2008; Berlin, Germany). DOI: 10.1115/GT2008-50780
22. Бондарчук П.В., Тисарев А.Ю., Лаврушин М.В. Разработка методики расчёта системы управления радиальными зазорами в турбине ГТД // Вестник СГАУ. 2012. №3-3 (34). С. 272-278.