指尖密封性能与结构参数的灵敏度分析

采用二次正交旋转组合方法,设计了渐开线型指尖密封结构参数和密封性能关系的实验方案,通过有限元计算获得了指尖密封结构参数对指尖密封泄漏率和磨损率的影响规律,并应用范数灰关联方法定量分析了结构参数对泄漏率和磨损率的影响程度.结果表明,指尖曲梁的宽度角对密封泄漏率的影响最大,渐开线基圆半径对密封磨损率的影响最大.     

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。     

基于模糊评价的人字槽流体动压指尖密封结构参数灵敏度分析

建立人字槽流体动压指尖密封三维流固耦合分析模型,基于ANSYS-CFX软件计算密封的泄漏率和气膜承载力。采用正交试验方法确定密封性能仿真试验方案,针对多指标正交仿真试验结果,采用模糊评价方法建立人字槽流体动压指尖密封性能指标的满意度函数,并运用模糊向量单值化法形成多指标综合满意度。根据综合满意度进行直观分析,得到人字槽流体动压指尖密封结构参数对其性能影响的灵敏程度。结果表明,指尖梁宽度角、动压靴轴向长度和密封片厚度对密封性能影响较大,在结构优化设计中应优先考虑。     

周向收敛与人字槽组合型指尖密封结构与性能分析

针对流体动压型指尖密封结构和工作特点,建立了具有周向收敛靴和轴上人字槽组合结构特征的指尖密封(简称组合型指尖密封)结构形式,采用流固耦合数值分析方法,分析了不同结构和工况条件下组合型指尖密封的泄漏率、气膜承载力及气膜流场特征,详细讨论了密封各结构参数变化对组合型指尖密封性能的影响。结果表明:在通常工况范围内,压力流对组合型指尖密封性能的影响占主导地位;楔形气膜膜厚比、楔形气膜径向最小厚度对组合型密封泄漏率影响最大;人字槽偏离高压片的距离、槽纵向间距和槽宽对组合型指尖密封的性能影响较为明显。与现有人字槽型指尖密封和周向收敛型指尖密封的性能相比,组合型指尖密封气膜承载力明显高于人字槽型指尖密封;其泄漏率与周向收敛型指尖密封相当而气膜承载力较大,具有较好的综合性能优势。     

碳/碳复合材料旋转指尖密封性能分析

指尖密封是近年来研究较为广泛的一种密封形式,涉及的指尖密封多与静止部件连接而呈静止状（静止指尖密封）,理论与试验研究围绕着密封泄漏和磨损性能改善而开展。提出旋转指尖密封的概念和结构,并利用碳/碳复合材料的良好自润滑性能,探索这一指尖密封新结构对泄漏性能改善的可能及机理。通过"外伸式"和"内伸式"旋转指尖密封有限元性能分析模型,分析了结构、工况以及材料参数等对两种旋转指尖密封性能的影响规律,与静止指尖密封密封性能的对比表明,外伸式旋转指尖密封具有在较高转速或跳动量下仍能维持平稳低泄漏率的特质,而内伸式旋转指尖密封的泄漏率却随着转速增大而增大,因而前者对于高速工况下的航空发动机转子密封更具应用潜质。并探索了旋转指尖密封在轴间密封工程应用的可行性,有助于航空发动机轴间密封新构型设计思路开拓、以及密封结构和性能设计的技术选择。     

考虑渐进磨损效应的指尖密封流-固耦合性能分析*

转子的高速转动会造成指尖密封的渐进磨损,进而会对指尖密封的泄漏性能产生影响。考虑渐进磨损效应对指尖密封的影响,建立指尖密封流-固耦合动态性能分析有限元模型,研究指尖密封泄漏性能随服役时间增长的变化规律。结果表明:随着服役时间的增长,指尖密封的接触压力、指尖靴(径向)尺寸以及指尖密封的泄漏率均呈现出非线性变化趋势,且随服役时间的增长,考虑渐进磨损效应与否的指尖密封动态性能间的差异会随之增大。通过指尖密封泄漏性能试验,验证了所构建的考虑渐进磨损效应的指尖密封流-固耦合动态性能分析模型,并根据指尖密封的泄漏性能随服役时间增长的变化规律拟合寿命评估数学模型,经外推后可实现对指尖密封寿命的预测。     

压力平衡型指尖密封泄漏特性试验研究

模拟航空发动机静态和动态工况,试验研究转速、压比和温度等参数对压力平衡型指尖密封泄漏特性的影响规律,并比较标准型指尖密封和压力平衡型指尖密封的性能。试验结果表明:压力平衡型指尖密封能有效缓解滞后现象,具有优异的密封性能;随着压比的上升,泄漏参数先急剧上升,然后趋于定值;随着温度、转速的上升,泄漏参数减小;与标准型指尖密封相比,350℃高温工况下压力平衡型指尖密封的静态泄漏参数下降约29.4%,动态泄漏参数下降约34.2%。     

指尖密封流动与变形三维双向耦合分析

针对指尖密封提出泄漏流动和固体变形的三维双向耦合计算方法。该方法采用多孔介质模型计算密封片组泄漏流场,将流场计算得到的压力分布加载到有限元模型上进行密封的固体变形计算,再根据变形计算结果更新多孔介质模型参数,重新计算泄漏流动;如此重复,直至泄漏流动和固体变形计算均达到收敛。采用该计算方法,对不同压差下指尖密封的泄漏流动与固体变形进行计算。计算结果表明：流动与变形的耦合计算经过3次迭代达到收敛;指尖密封结构的压降、泄漏及变形主要发生在指尖靴区域,密封片组的最大变形主要取决于径向变形;当上下游压差从0.1 MPa增大至0.5 MPa,密封片的最大径向变形增大约2%,最大轴向变形增大约400%,泄漏量增大约130%。     

指尖密封静动态特性试验研究

模拟航空发动机真实工况,对指尖密封静动态性能进行了试验研究并与标准型刷式密封进行比较,研究压比、转速、温度对指尖密封泄漏特性的影响规律。试验结果表明:指尖密封具有优异的密封性能;随着压比的增大,指尖密封泄漏参数先增大后趋于定值;在试验转速范围内,随着转速的增加,泄漏参数降低;随着温度的升高,泄漏参数减小;指尖密封相比于标准型刷式密封,静态泄漏参数降低8%~41%,动态泄漏参数降低约18%。     

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。     

背压腔结构对压力平衡型指尖密封性能的影响分析

采用有限元法分析了背压腔结构变化对压力平衡型指尖密封性能的影响程度和规律 ,探讨了背压腔设置位置和背压腔大小在不同密封流体压差和转子径向跳动量条件下 ,对指尖密封的迟滞率和转子 /指尖靴接触区接触压力的影响规律 ,以便为在保证不发生背压腔泄漏的条件下 ,合理设计背压腔的位置和尺寸提供理论和参考依据。     

Dynamic Behavior Analysis of Finger Seal Based on Equivalent Dynamic Model

Finger seal is a new technology developed for gas path sealing in gas turbine engine.It has been paid attention to its good sealing performance and lower manufacture cost.The vibration behavior of finger seal is not be considered in performance analysis for the contact finger seal with compliant geometric configuration,then this will influence the reliability of the performance analysis and the parametric design of a finger seal.According to the dynamic character of finger seal,the harmonic vibration and free vibration models of a repetitive section of a two-layer finger seal that contains one high and one low finger seal are established separately.The dynamic behavior of finger seal in different working conditions is obtained based on the dynamic response analysis of finger's vibrations.The dynamic low hysteresis and low wear terms based on the equivalent dynamic model of finger seal are put forward,which can be used to predict the dynamic behavior of finger seal.As an example,the dynamic behaviors of an 8-layer finger seal and a 10-layer finger seal were predicted,and the validity of the prediction was demonstrated by the leakage test results of these two finger seals.The work presented here not only could make the dynamic analysis of finger seal with complicated structure simple and easy especially for multi-layer finger seal system,but also suggest a useful method for designing the finger seal with good dynamic behavior by means of different seal layers assembly.     

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.     

对数螺线指尖密封的装配变形分析

采用有限元法对两片叠置的对数螺线指尖密封在装配状态下由于指尖数目的不同对装配变形所产生的影响进行了数值分析 ,重点研究了由于装配变形可能造成的密封片接触表面间出现间隙的问题 ,以及由于指尖周向变形错位可能导致的指尖缝隙密封失效问题。这些研究工作对于提供无旁路泄漏的指尖密封优化结构是十分有意义的     

流体动压指尖密封的等效动力学分析

针对流体动压指尖密封动态条件下泄漏量计算因计算量庞大而无法进行的问题,本文提出了基于等效模型的指尖密封动力学分析的思路,通过构建等效模型中等效参数和指尖密封结构和工况参数的关系,建立了用于流体动压指尖密封动力学分析的弹簧-质量-阻尼的等效动力学模型。基于此等效模型进行了流体动压指尖密封的动态分析,并根据动态计算结果进行了指尖密封的泄漏分析。通过与国外文献提供的指尖密封有限元仿真工作的对比,证明了指尖密封等效模型以及依据此模型进行的泄漏分析的可靠性和正确性。     

基于泄漏通道的可调距桨桨毂密封性能分析与实验研究

可调距桨在服役时,桨毂密封是通过O形密封圈实现,研究桨毂密封可控泄漏对于指导装配工艺设计和延长服役寿命非常重要。基于O形密封微观接触和泄漏通道模型,推导泄漏率公式,利用ABAQUS软件对可调距桨桨毂密封进行三维有限元仿真,分析不同参数对桨毂密封性能的影响规律,并给出相应工艺设计指导,并基于改进复合灰色关联度对参数影响程度进行排序。结果表明:粗糙度、压缩率、橡胶硬度和介质压力对密封性能均有影响,泄漏率随粗糙度的增加瞬间增大,随压缩率的增大而减小,随硬度的增大而增大,随介质压力的增加先增后减;硬度对最大Von Mises应力和接触压力影响最大,其次是压缩率,而介质压力对密封泄漏率的影响最大,粗糙度次之。通过实验验证模型和仿真结果的准确性,为可调距桨桨毂密封设计和安装提供了支撑。