指尖密封的迟滞特性分析

分析了三种不同型线的指尖密封结构在不同压差条件下的迟滞特性,发现了采用径向刚度较高的结构可以降低指尖密封迟滞作用,以及选择合适的指尖型线可以获得低径向刚度和低迟滞作用的指尖密封结构的现象。作为低迟滞指尖密封进一步研究的基础,对数螺线I型指尖密封是一个较理想的原始型指尖密封结构的选择。     

小迟滞比状态下指尖密封型线病态目标函数的自愈处理

针对指尖密封型线主动控制优化技术中存在的小迟滞比状态下优化目标函数病态化、因而无法获得优化解完备集的问题,通过对优化目标函数和优化判断原则的数学处理,建立了小迟滞比状态下病态优化目标函数自愈处理技术,增强了指尖密封型线主动控制优化技术的普适性。理论分析和计算实例表明,基于自愈技术的指尖密封型线主动控制优化技术能够应用于小迟滞比状态,而且能够实现在适应密封性能响应匹配条件下,设计出优良综合性能的指尖密封型线结构的目的。     

单元组合型指尖密封的综合性能研究

为获得综合性能较优的指尖密封结构，提出基于单元组合形式的指尖密封综合性能寻优方法，以低迟滞和低刚度的单目标优化结果分别形成密封单元结构，并以此为基础进行单元组合，得到组合式的指尖密封装置。计算了两种组合方式的指尖密封的迟滞率和刚度，并与单目标优化结构密封的相关性能进行了比较，结果表明，组合式密封的综合性能较单目标优化密封结构理想，说明这种单元组合思路是获得指尖密封迟滞和接触性能均优的可行途径。     

低迟滞渐开线型指尖密封的结构参数优化

以渐开线型指尖密封为例 ,建立了以低迟滞率为目标的优化模型 ;并基于ANSYS软件平台 ,进行了指尖密封结构参数优化分析 ,获得了某工况条件下具有低迟滞率的指尖密封结构参数。所提出的分析方法和结果为指尖密封装置的进一步优化设计奠定了基础     

基于ANSYS的指尖密封结构综合性能优化

针对指尖密封低迟滞、低刚度这一对相互矛盾的目标要求,通过ANSYS软件计算出指尖密封的迟滞率和刚度,依据单目标优化迭代过程中刚度和迟滞率的变化趋势,找到指尖密封综合性能优化的非劣解,并依据工况性能要求确定最终优化解.实例计算说明这是一种获得指尖密封综合性能优化结果的有效途径.     

具有一般型线的指尖密封性能优化设计

提出基于曲线弧函数s的曲线切向角θ的多项式方程,来表示满足指尖梁成形要求的任意可能的凸、凹型线。利用Taylor级数获得一般型线的通用表达式和特征参数,建立了以低泄漏率和低磨损率为目标的优化模型,从而实现指尖梁形状优化与其他几何结构尺寸的同步优化。优化算例结果表明:经双目标优化设计可以获得综合性能良好的一般型线指尖密封结构形式;与现有圆弧型线和渐开线型线指尖密封优化结果相比,一般上凸型线指尖密封综合性能与圆弧型线和渐开线型线指尖密封相当,一般上凹型线指尖密封在满足低泄漏性能上具有明显优势。     

指尖密封迟滞特性的当量优化研究

从指尖密封装置的工作原理出发,将指尖密封迟滞性能优化问题转化为一个能够进行数学处理的简单当量模型的优化问题.通过建立当量模型中各等效参数和实际指尖密封结构参数之间的映射关系,构建了指尖密封迟滞性能优化的质量-弹簧-阻尼当量模型.以此当量模型为研究对象,实现了以指尖密封迟滞率最小为优化目标进行指尖密封结构参数的优化计算,解决了指尖密封装置迟滞性能优化的不可控问题.有限元仿真计算实例支持了这一当量优化模型.所提出的分析方法为指尖密封性能的进一步优化设计提供了一定理论参考依据.     

指尖密封性能与结构特征的灰关联熵分析

采用均匀设计安排各结构特征对指尖密封迟滞和磨损性能影响的有限元仿真试验方案，通过有限元计算获得了结构特征参数和指尖密封迟滞率及接触压力等指尖密封性能的关系，运用肤关联熵技术分析了各结构特征对迟滞和磨损性能影响的主次关系和影响程度。结果表明：从本文给出的较宽的结构参数范围来看，轴向厚度组合情况对迟滞率的影响较大，型线类型对迟滞率的影响较小；指尖个数对接触压力的影响较大，型线类型对接触压力的影响较小。算例的计算结果证明了本文分析方法的正确性。     

上凹型线与普通型线指尖密封的性能对比分析

通过流固耦合的方法对上凹型线指尖密封进行仿真分析,得到耦合面压强与泄漏量,并与普通型线指尖密封进行对比分析。通过分析确认,上凹型线指尖密封具有更佳的耐磨损性能和迟滞率。     

指尖密封迟滞特性的机理分析

采用有限元法分析了指尖密封的迟滞现象,结果表明静态工作情况下的指尖密封无迟滞特征;对于动态工作情况下的指尖密封,转子对指尖梁的径向作用力变化一个循环时出现的迟滞特征是指尖密封的一个必然存在的现象.从功能观点出发对指尖密封发生迟滞的机理进行了分析,发现迟滞现象是因为指尖密封在工作过程中摩擦力作功不等形成迟滞能而造成的,迟滞能的存在与否及其大小决定了指尖密封是否具有迟滞特性以及迟滞程度的强弱.通过改进指尖密封结构以提高指尖梁刚度、或减小作用于指尖片上的净载荷以及减小密封元件配伍材料的摩擦因数等方法,均可有效减小指尖密封的迟滞能,降低迟滞作用.研究结果为设计低迟滞、具有良好封严性能的指尖密封结构提供理论基础.     

指尖密封型线形成的研究

针对指尖密封型线生成问题 ,对渐开线型指尖密封型线的几种形成方式进行了分析和研究 ,并初步比较了其刚度的变化。研究结果表明用旋转变换坐标方式获得的渐开线指尖密封型线可作为下一步指尖密封性能分析及优化设计的初型。     

指尖密封结构参数与泄漏量和磨损性能的灰关联分析

采用二次旋转正交试验获得指尖密封结构特征参数对指尖密封泄漏和磨损性能影响的仿真试验组合方案,并通过ANSYS软件对与每个试验方案对应的指尖密封结构进行有限元分析,从而得到每个试验方案中与指尖密封结构特征参数对应的泄漏量和磨损性能,在此基础上应用灰色关联技术分析各结构特征参数对指尖密封泄漏量和磨损性能影响的主次关系和影响程度.结果表明,渐开线指尖梁型线的基圆半径对磨损性能影响最大,其次是指尖靴周向宽度角.而指尖靴周向宽度角对指尖密封泄漏量的影响最大,基圆半径次之,前后指尖片厚度对磨损性能和泄漏量的影响相对较小.最后通过和有限元计算结果的对比分析验证了灰色关联分析结果的合理性,从而为指尖密封优化技术研究提供了参考.     

基于多工况要求的低迟滞指尖密封结构优化

针对目前指尖密封优化设计中存在的工况局限性问题,根据指尖密封的实际工作要求确定了相应的工况条件;以低迟滞率为优化目标,分别对不同工况条件下的指尖密封进行了结构参数优化分析;通过综合分析其优化计算结果发现,可将转子的跳动量进行分组,并找到适宜于该组范围内的指尖密封优化新结构。经实例验证表明,这种新结构参数的指尖密封与各单一工况下的指尖密封优化结果十分接近,从而满足了指尖密封多工况条件下的低迟滞结构优化要求。