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.     

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     

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。     

基于迟滞性能优化的指尖密封型线设计

采用优化理论以迟滞程度最小为目标,对指尖曲梁型线进行了优化,获得了相应的优化型线,在此基础上采用有限元技术对优化型线的指尖密封迟滞性能进行了分析,并与对数螺线型线指尖密封进行了比较。研究表明,较之对数螺线型线,优化型线指尖密封的迟滞性能获得了很大的改善。     

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。     

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。     

指尖密封弹塑性变形及刚度特性分析

为探讨指尖密封迟滞问题中是否存在塑性变形的影响，对指尖密封弹塑性变形进行了研究，通过有限元分析获得了指尖密封刚度随指尖密封结构参数变化的规律，并拟合出描述这一规律的数学公式。结果表明，指尖密封工作中存在的迟滞问题是由于作用在密封装置上下游流体压力差导致的指尖片和后挡板之间的摩擦阻滞作用而产生的，在指尖密封的结构参数和工况参数范围内，指尖曲梁并未因转子的径向碰撞而产生塑性变形，因此，指尖密封迟滞特性分析可以不考虑指尖曲梁是否发生有塑性变形；指尖曲梁的刚度随指尖曲梁轴向尺寸的增加和指尖数目的减少而增大。     

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.     

后遮流板结构尺寸对指尖密封性能影响的研究

采用有限元接触模型分析了在不同压差条件下，三种后遮流板结构尺寸对指尖密封的迟滞特性和刚度的影响。研究表明，后遮流板结构尺寸在不同压差条件下对指尖密封迟滞特性和刚度的影响表现出不同的特点。从综合影响角度考虑，具有较小后遮流板内径的指尖密封体现出更为优良的低迟滞和低刚度的综合特性。     

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。     

Analysis of the dynamic hysteresis characteristic of finger seal

The research about hysteresis characteristic of finger seal (FS), which was carried out based on the model with static loads, could not reflect the dynamics behavior of FS system when the rotor runs at high speed. To solve this problem, the relations between the dynamics parameters, structure parameters as well as working parameters in the system were given out through the analysis of finite element analysis result. A mass-spring-damper dynamics model of FS system was proposed and the hysteresis characteristic of the FS system was analyzed. This work shows that the dynamics characteristic analysis of the FS is necessary and the dynamics model proposed in this paper is valid. This dynamics model is the basis for the optimization design of FS system.