航空发动机弹性片组合式金属密封环密封特性研究

发布时间：2017-07-08 06:05

  本文关键词：航空发动机弹性片组合式金属密封环密封特性研究

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【摘要】：随着航空发动机技术、性能要求的不断提高,密封问题已经成为航空发动机领域研究热点。航空发动机密封的工作条件首先要满足流体机械转子系统的特征,其次要承受高温度、高压差以及剧烈振动引起的变形等。密封的主要形式包括动密封和静密封。密封环又是密封结构的重要组成,其力学特性对密封效果具有直接影响。本文研究的弹性片属于一种特殊的轴向自紧式金属密封环,是航空发动机高压涡轮区重要的密封结构。本文主要包括有限元模拟和弹性片密封泄漏实验两部分内容。有限元部分,首先根据组合式弹性片金属密封环基本结构建立有限元分析模型,对组合式弹性片金属密封环展开应力及密封特性分析:包括不同弹性片压缩量对其Von Mises应力的影响;不同弹性片压缩量对其密封性能影响等。计算结果表明:在弹性片屈服极限范围内增加压缩量有利于改善密弹性片结构密封性能。弹性片结构在不受工作压力或受较低工作压力情况下,顶块与封严片之间并不是完全接触的,不能起到密封效果;但在受到较高工作压力的情况下,压缩角在9°-7°之间时,顶块与封严片之间是完全接触的,密封效果良好。其次对组合式弹性片金属密封环进行动力学特性分析,包括谐响应分析、模态分析,通过模态分析得到组合式弹性片金属密封环在不同约束下的固有频率;通过谐响应分析得到简谐激励下的稳态响应。实验部分,利用典型航空发动机机匣安装边密封结构试验台,研究腔室压力、弹性片压缩量对弹性片密封结构泄漏率的影响规律和腔室压力对弹性片结构处泄漏面积影响规律。研究结果表明,泄漏率随腔室压力增大而线性增大。腔室压力使弹性片结构建立一定的密封效果,压力越大时密封效果越好同时压力越大弹性片压缩量的增大对密封性的改善效果不显著。在压缩量较小或者腔室压力很低的情况下,主要泄漏方式是接触泄漏。当压缩量或腔室压力增加到一定值时,主要泄漏方式为通道泄,且漏通道泄漏面积为169mm2。
【关键词】：弹性片 金属密封环 Von Mises应力 密封特性 FEM
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V232
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景和意义12-14
• 1.2 课题研究现状14-16
• 1.2.1 国外研究现状14-15
• 1.2.2 国内研究现状15-16
• 1.3 本课题研究方法及内容16-18
• 第2章 组合式弹性片金属密封环简介及有限元模型的建立18-25
• 2.1 组合式弹性片金属密封环简介18-20
• 2.1.1 基本结构18-19
• 2.1.2 密封机理19
• 2.1.3 力学性能参数19-20
• 2.2 有限元法简介20-21
• 2.3 组合式弹性片金属密封环有限元模型建立21-24
• 2.3.1 材料选择21-22
• 2.3.2 有限元模型简化22
• 2.3.3 结构非线性问题22
• 2.3.4 接触对设置22
• 2.3.5 网格划分22-23
• 2.3.6 载荷及边界条件23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 组合式弹性片金属密封环密封特性及应力分析25-37
• 3.1 基本理论方法25-26
• 3.1.1 应力计算理论方法25
• 3.1.2 材料强度理论25-26
• 3.2 操作参数对组合式弹性片金属密封环密封性能及应力影响26-36
• 3.2.1 压缩量26-29
• 3.2.2 温度29-32
• 3.2.3 工作压力32-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第4章 组合式弹性片金属密封环振动特性分析37-47
• 4.1 振动模态分析37-43
• 4.1.1 振动模态分析的有限元理论37
• 4.1.2 建模37-38
• 4.1.3 加载38-39
• 4.1.4 结果与分析39-43
• 4.2 谐响应分析43-45
• 4.2.1 谐响应分析的有限元理论43
• 4.2.2 加载与求解43-44
• 4.2.3 结果分析44-45
• 4.3 本章小结45-47
• 第5章 组合式弹性片金属密封环密封泄漏实验47-66
• 5.1 实验研究情况47-50
• 5.1.1 实验原理47
• 5.1.2 实验参数确定47-48
• 5.1.3 实验方案48-50
• 5.2 实验装置建立50-56
• 5.2.1 装置结构50-52
• 5.2.2 测试方法52-55
• 5.2.3 实验步骤55-56
• 5.3 腔室压力对弹性片密封结构泄漏率的影响规律56-59
• 5.3.1 实验压力的确定56
• 5.3.2 实验结果与分析56-59
• 5.4 弹性片压缩量对弹性片密封结构泄漏率影响规律59-62
• 5.4.1 弹性片压缩量的确定59
• 5.4.2 实验结果与分析59-62
• 5.5 腔室压力对弹性片结构处泄漏面积影响62-64
• 5.5.1 泄漏面积计算方法62
• 5.5.2 不同压缩量和腔室压力下弹性片结构处泄漏面积62-64
• 5.6 本章小结64-66
• 结论66-68
• 参考文献68-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文71

【参考文献】

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1 LIU Ying;ZHOU Kun;HUANG WeiFeng;GAO Zhi;WANG YuMing;;Numerical and experimental analysis of the reusability of spring energized metal C rings[J];Science China(Technological Sciences);2014年08期

2 彭旭东;王玉明;黄兴;李鲲;;密封技术的现状与发展趋势[J];液压气动与密封;2009年04期

3 谢俊;周密;杨田;黄卫星;李晓钟;;基于ANSYS的金属O形环弹塑性接触分析[J];流体机械;2009年04期

4 尤文卿;吕瑞典;张振姝;;垫片密封综合评价方法研究[J];石油化工设备;2007年02期

5 韩淑洁,王心丰;基于ANSYS的U型波纹管的振动模态分析[J];机械;2004年10期

6 冯秀,顾伯勤,陈晔;Ω环塑性极限载荷的确定[J];南京工业大学学报(自然科学版);2004年04期

7 冯秀,顾伯勤;不锈钢空心O形环的压缩回弹特性数值模拟[J];化工设备与管道;2003年05期

8 左国,郝守信,尹小龙;先进压水堆“C”形环研究[J];核动力工程;2002年S1期

9 陈晔,顾伯勤,冯秀;Ω形密封环的应力分析[J];南京工业大学学报(自然科学版);2002年06期

10 李亚明，，文联奎，赵正修;不锈钢O形环垫的密封性能试验研究[J];石油大学学报(自然科学版);1994年06期

本文编号：533243