Газодинамический анализ бандажного уплотнения рабочего колеса конструкции ЛПИ, изготовленный методом sls-печатью

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.

1. Аверьянов В. К., Давыдов О. А., Кирюхин С. Н. Автономное энергоснабжение газораспределительной станции с использованием альтернативных источников энергии // Сантехника, Отопление, Кондиционирование 2020; (11): 64 – 69.

2. Финогеев Д. Ю., Решетникова О. П. Аддитивные технологии в современном производстве деталей точного машиностроения. Вестник Саратовского государственного технического университета 2020; (3): 86.

3. 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.

4. 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.

5. Mechanistic models for additive manufacturing of metallic components. Wei H. L. et al. // Progress in Materials Science 2021; 100703.

6. 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.

7. Побелянский А. В., Левихин А. А. Исследование возможностей аддитивных технологий при создании элементов двигательных установок. Аддитивные технологии: настоящее и будущее 2020; 19 – 36.

8. Марков А. Д. Перспективные материалы для SLS-печати. Международный журнал гуманитарных и естественных наук 2022; (12 – 2): 150 – 155.

9. Tabatabaei B., Huang R., Choi J. W. Hoboken, NJ 3D Printing and Additive Manufacturing.: Wiley 2022: 267 – 309.

10. 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.

11. 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.

12. Афанасьев И. В., Грановский А. В., Манаев И. А. Исследование влияния конструкции корпуса на потери в безбандажных турбинных лопатках. Теплоэнергетика 2022; (8): 21 – 30

13. 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.

14. 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.

15. Zhao Yizhen, Wang Chunhua. Shape Optimization of Labyrinth Seals to Improve Sealing Performance. Aerospace 2021; 8(4): 92.