energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2026-19-2-121-126energsecurity-1090Research ArticleОБЩИЕ ВОПРОСЫ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЭНЕРГЕТИКИGENERAL ISSUES RELATED TO RELIABILITY AND SAFETY OF THE POWER INDUSTRYГазодинамический анализ бандажного уплотнения рабочего колеса конструкции ЛПИ, изготовленный методом sls-печатьюGas-dynamic analysis of the bandage seal of an LPI impeller manufactured by SLS printingБарсковВ. В.BarskovV. V.

Политехническая ул., 29, 195251, Санкт-Петербург

Politekhnicheskaya str., 29, 195251, Saint-Petersburg

ЛаптевМ. А.LaptevM. A.

Политехническая ул., 29, 195251, Санкт-Петербург

Politekhnicheskaya str., 29, 195251, Saint-Petersburg

НурковИ. Р.NurkovI. R.

Политехническая ул., 29, 195251, Санкт-Петербург

Politekhnicheskaya str., 29, 195251, Saint-Petersburg

БалакинА. М.BalakinA. M.

Политехническая ул., 29, 195251, Санкт-Петербург

Politekhnicheskaya str., 29, 195251, Saint-Petersburg

ГолубцовМ. А.GolubtsovM. A.

Политехническая ул., 29, 195251, Санкт-Петербург

Politekhnicheskaya str., 29, 195251, Saint-Petersburg

КанакинМ. К.KanakinM. K.

Политехническая ул., 29, 195251, Санкт-Петербург

Politekhnicheskaya str., 29, 195251, Saint-Petersburg

kanakinmihail@gmail.comФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»РоссияSPbPU, Higher School of Power EngineeringRussian Federation202602082026192121126Copyright © Барсков В.В., Лаптев М.А., Нурков И.Р., Балакин А.М., Голубцов М.А., Канакин М.К., 20262026Барсков В.В., Лаптев М.А., Нурков И.Р., Балакин А.М., Голубцов М.А., Канакин М.К.Barskov V.V., Laptev M.A., Nurkov I.R., Balakin A.M., Golubtsov M.A., Kanakin M.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/1090

Развитие аддитивных технологий и полимерных материалов позволяют найти им новое применение в машиностроении, в частности, в турбиностроении. Так, уже существуют исследования по возможности применения деталей из полиамида, изготовленных методов SLS-печати для формирования ступени малорасходных турбин, которые при экспериментальном исследовании показали свою эффективность. Данный метод изготовления позволяет рассмотреть новые формы элементов проточной части газовых турбин, которые не изготовить с помощью механической обработки заготовок. В данной статье рассмотрена конструкция радиального центростремительного рабочего колеса конструкции Ленинградского политехнического университета, предполагаемого к использованию в качестве автономного турбогенератора в линии газораспределения. Данное рабочее колесо имеет адаптированное бандажное уплотнение, которое учитывает особенности изготовления с помощью метода SLS-печати. Целью данной работы является показать эффективность применения предложенного варианта уплотнения, для чего был произведен газодинамический анализ 3 вариантов ступени: без уплотнения, с бандажным уплотнением, и с ответным лабиринтом на статорной части. Расчет производился на параметры проектирования с учетом окружной периодичности ступени в программном комплексе Ansys CFX при совместной работе соплового аппарата и рабочего колеса. Итоговое сравнение производится через расчет адиабатического коэффициента полезного действия, определяемого путем определения вырабатываемой мощности на рабочем колесе через момент и располагаемой мощности. Анализ результатов показал положительное влияние применения данного уплотнения, особенно для варианта с ответными лабиринтными каналами, что говорит о целесообразности внедрения данной конструкции в такого рода машины и необходимости дальнейшей работы по оптимизации уплотнения с со стороны газодинамических и прочностных свойств.

The development of additive technologies and polymer materials opens up new applications in mechanical engineering, particularly in turbine engineering. For instance, studies have already demonstrated the potential of using polyamide parts manufactured by SLS printing for low-flow turbine stages, with experimental investigations confirming their effectiveness. This manufacturing method allows the consideration of new shapes for elements of the flow part of gas turbines that cannot be produced by mechanical machining of workpieces. This article discusses a radial centripetal impeller of Leningrad Polytechnic University design, intended for use in an autonomous turbogenerator in a gas distribution line. This impeller features an adapted bandage seal designed to accommodate the specific requirements of SLS printing manufacture. The aim of this work is to demonstrate the effectiveness of the proposed seal design through a gas dynamic analysis of three stage variants: without a seal, with a bandage seal, and with a counter labyrinth on the stator. The calculation was performed at the design parameters, accounting for the circumferential periodicity of the stage in the Ansys CFX software package during the combined operation of the nozzle assembly and the impeller. The final comparison is made by calculating the adiabatic efficiency, determined from the power generated on the impeller (via torque) and the available power. Analysis of the results showed the positive effect of using this seal, especially for the variant with reciprocal labyrinth channels, indicating the feasibility of introducing this design into such machines and the need for further work to optimize the seal in terms of both gas-dynamic and strength properties.

радиальное колесогазовая турбинабандажное уплотнениеступень конструкции ЛПИSLS-печатьAnsys СFXradial impellergas turbinebandage sealLPI stageSLS printingAnsys CFXReferencesАверьянов В. К., Давыдов О. А., Кирюхин С. Н. Автономное энергоснабжение газораспределительной станции с использованием альтернативных источников энергии // Сантехника, Отопление, Кондиционирование 2020; (11): 64 – 69.Averyanov V. K., Davydov O. A., Kiryukhin S. N. Autonomous power supply of a gas distribution station using alternative energy sources // Plumbing, Heating, Air Conditioning 2020; (11): 64 – 69.Финогеев Д. Ю., Решетникова О. П. Аддитивные технологии в современном производстве деталей точного машиностроения. Вестник Саратовского государственного технического университета 2020; (3): 86.Finogeev D. Yu., Reshetnikova O. P. Additive technologies in modern production of precision engineering parts. Bulletin of the Saratov State Technical University 2020; (3): 86.Струков С. Ю., Голев И. М., Акберова Э. М. Особенности применения аддитивных технологий при войсковом ремонте авиационной техники // Воздушно-космические силы. Теория и практика 2025; (36): 138 – 147.Strukov S. Yu., Golev I. M., Akberova E. M. Features of the application of additive technologies in military repair of aircraft equipment // Aerospace Forces. Theory and Practice 2025; (36): 138 – 147.Адаптация конструкции топливной форсунки газотурбинной установки для возможности ее производства методом SLM-печати. М. А. Голубцов, В. В. Барсков, А. М. Балакин, И. Р. Нурков, М. Басати Панах, М. А. Лаптев, К. А. Алисов. Газовая промышленность 2025; (4): 84 – 90.Adaptation of the design of a gas turbine unit fuel injector for the possibility of its production using SLM printing. M. A. Golubtsov, V. V. Barskov, A. M. Balakin, I. R. Nurkov, M. Basati Panakh, M. A. Laptev, K. A. Alisov. Gas Industry 2025; (4): 84 – 90.Mechanistic models for additive manufacturing of metallic components. Wei H. L. et al. // Progress in Materials Science 2021; 100703.Mechanistic models for additive manufacturing of metallic components. Wei H. L. et al. // Progress in Materials Science 2021; 100703.Исакова Т. А., Петрова П. Н., Маркова М. А. Исследование полимерных композиционных материалов на основе механоактивированного политетрафторэтилена. Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии 2023; (8): 967 – 976.Isakova T. A., Petrova P. N., Markova M. A. Study of polymer composite materials based on mechanically activated polytetrafluoroethylene. Journal of the Siberian Federal University. Engineering and Technology 2023; (8): 967 – 976.Побелянский А. В., Левихин А. А. Исследование возможностей аддитивных технологий при создании элементов двигательных установок. Аддитивные технологии: настоящее и будущее 2020; 19 – 36.Pobelyansky A. V., Levikhin A. A. Study of the capabilities of additive technologies in the creation of propulsion system elements. Additive technologies: present and future 2020; 19 – 36.Марков А. Д. Перспективные материалы для SLS-печати. Международный журнал гуманитарных и естественных наук 2022; (12 – 2): 150 – 155.Markov A. D. Advanced Materials for SLS Printing. International Journal of Humanities and Natural Sciences 2022; (12 – 2): 150 – 155.Tabatabaei B., Huang R., Choi J. W. Hoboken, NJ 3D Printing and Additive Manufacturing.: Wiley 2022: 267 – 309.Tabatabaei B., Huang R., Choi J. W. Hoboken, NJ 3D Printing and Additive Manufacturing.: Wiley 2022: 267 – 309.Experimental Development of Additively Manufactured Turboexpanders towards an Application in the ORC. Špale J. et al. Proceedings of the Heat Powered Cycles Conference, Bilbao, Spain 2022: 10 – 13.Experimental Development of Additively Manufactured Turboexpanders towards an Application in the ORC. Špale J. et al. Proceedings of the Heat Powered Cycles Conference, Bilbao, Spain 2022: 10 – 13.Gai Z., Zhu P., Hu J. Effects of Sealing Flow Supply Configuration with Holes on Sealing Effectiveness of Turbine Rim Seal. Journal of Thermal Science 2023; (1): 366 – 386.Gai Z., Zhu P., Hu J. Effects of Sealing Flow Supply Configuration with Holes on Sealing Effectiveness of Turbine Rim Seal. Journal of Thermal Science 2023; (1): 366 – 386.Афанасьев И. В., Грановский А. В., Манаев И. А. Исследование влияния конструкции корпуса на потери в безбандажных турбинных лопатках. Теплоэнергетика 2022; (8): 21 – 30Afanasyev I. V., Granovsky A. V., Manaev I. A. Study of the influence of the casing design on losses in shroudless turbine blades. Thermal Power Engineering 2022; (8): 21 – 30.Крюков А. А., Чехранов С. В. Трехмерное численное моделирование малорасходной центростремительной турбины с частичным облопачиванием рабочего колеса. Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология 2021; (1): 74 – 80.Kryukov A. A., Chekhranov S. V. Three-dimensional numerical modeling of a low-flow centripetal turbine with partial blading of the runner. Bulletin of Astrakhan State Technical University. Series: Marine Engineering and Technology 2021; (1): 74 – 80.Качурин А. В., Ильичев В. Ю. Создание и апробация методики численного моделирования течения воздуха в лабиринтных уплотнениях ГТУ. Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе 2022: 176 – 181.Kachurin A. V., Ilyichev V. Yu. Development and testing of a methodology for numerical modeling of air flow in labyrinth seals of gas turbines. High-tech in instrument and mechanical engineering and the development of innovative activities at the university 2022: 176 – 181.Zhao Yizhen, Wang Chunhua. Shape Optimization of Labyrinth Seals to Improve Sealing Performance. Aerospace 2021; 8(4): 92.Zhao Yizhen, Wang Chunhua. Shape Optimization of Labyrinth Seals to Improve Sealing Performance. Aerospace 2021; 8(4): 92.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.