指尖密封接触配副磨损性能研究
发布时间：2021-10-05 16:33
指尖密封作为新型柔性密封装置在航空发动机、涡轮叶片、主轴承腔气路密封上具有良好的应用前景,近些年已成为高速动态密封领域的前沿内容。接触性指尖密封的工作环境是在航空发动机内高温高压高速的环境下,转子跳动、装配过盈、热变形等都会造成不可避免的磨损问题并且这是一个十分复杂的系统耦合过程,磨损的产生也会进一步使得密封泄漏增大、系统内流场变得异常复杂。为此,根据指尖密封摩擦磨损的工程应用背景和研究中存在的问题,本文开展了指尖密封磨损性能研究,并对研究分析中涉及到的核心技术问题进行了深刻探讨。本课题工作的主要研究内容和研究结论如下:1.基于指尖密封磨损接触开展了有限元数值仿真分析,借助ANSYSAPDL参数化建模在接触性能研究下开启了对靴转子间接触压力和迟滞率的分析,获得了变工况下摩擦系数对为指尖密封性能的影响规律,得出材料参数和工况条件对指尖密封磨损性能评价指标的影响,构建出摩擦环境与接触压力的内在关联关系也为后续接触配副销盘试验提供了数据支撑和理论指导。结果表明:指尖梁刚度的设计和小摩擦系数的控制能改善指尖密封迟滞率和接触压力随上下游压差增大而同步变化的性能趋势。2.依据系统相似性原理开展指尖...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
航空发动机涡轮密封系统示意图
春娇辗⒍??阅艿奶岣呔龆ㄓ诤?空先进密封技术的研究，因此研究先进密封技术适应于当前航空发动机工作需要，是提高发动机性能的必然要求。1.1.2典型航空密封技术简介有鉴于密封装置作为航空发动机零部件对其性能改善的巨大作用，先进航空密封技术也应运而生并且已经在航空发动机上取得应用[9]。迄今为止，用于航空上的典型密封技术主要有：迷宫密封、气膜密封、石墨端面密封、刷式密封等现在介绍如下。(1)迷宫密封迷宫密封也称为篦齿密封，在叶轮发动机内流道封严和空气二次回流密封系统中应用较多。迷宫式密封件（如图1-2）由许多紧压在旋转轴内或孔内的凹槽组成，转轴上的迷宫组件通过离心运动从而形成受控的流体涡旋来控制流体通过各种腔室的通道[10]，在较高的速度下，离心运动将液体推向外部这样流体就必须经过漫长而困难的路径才能逸出从而提供非接触式密封作用且不会发生密封磨损。图1-2迷宫密封示意图Figure1-2LabyrinthSealDiagram对于旋转轴上的密封组件来说，迷宫式螺纹尖端与工作表面之间必须存在很小间隙以便“迷宫齿”可以互锁在旋转轴上或在定子上以产生较长的特征路径，从而减缓了流体泄漏。与此同时合理正确的迷宫式腔室结构设计，能够帮助引导主腔室逸出的任何液体都会进入迷宫式腔室，这起到防止其逸出和排斥任何其他流体的作用。(2)气膜密封气膜密封作为航空发动机常见密封类型，其工作原理主要根据流体力学的动静压效果，依托端面密封的结构差异，可以在两密封端面间形成稳定连续的动压效应来浮升气膜，以适应多转速、高温高压的极端工况条件的密封运转。气膜密封中典型类型为端面气膜密封[11]，通过在端面上开设不同特征的剖面沟槽来
1绪论3实现动压密封效果。其结构为两种部分组成：含有孔槽结构升力垫以及端面环形密封坝(图1-3示)，这使得密封装置变得复杂，升力导致的摩擦副位移远大于气膜厚度，密封表面磨损剧烈，时常出现“抱轴”现象。双向T形槽双向径向槽双向螺旋槽单向螺旋槽单向锥形垫图1-3气膜密封示意图Figure1-3SchematicDiagramofGasFilmSeal(3)石墨端面密封石墨端面密封作为航空发动机叶轮机转子及叶片机构中一项关键密封技术，主要服役于航空发动机主轴轴承密封，尤其是作为高温区域的轴承腔密封用以支撑隔绝过热空气漫入轴承腔润滑系统[12]。图1-4石墨端面密封示意图Figure1-4SchematicDiagramofGraphiteFaceSeal石墨端面密封结构(图1-4示)组成主要有旋转环（硬材料）、静环组件（软材料）、辅助密封件等构件，通过石墨环的过盈配合嵌入密封座中构成密封装置[13]。其工作时源于旋转环与石墨静环组件相对运动使得两表面贴合，再加上辅助密封构件来实现最终密封效果。石墨端面密封密封效果良好、工作性能强大、功率损失较小，然其不足之处亦十分明显如空间占用比大、适应范围小（较大的定转子相对运动难以满足）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分形理论的结合面微观接触特性分析[J]. 孙钧成,何博侠,杨雨诗,韩阳. 机械与电子. 2017(10)
[2]指尖封严的转子轴心轨迹与泄漏特性的试验[J]. 杜春华,吉洪湖,胡娅萍,罗健,马丹,汤丽萍,廖凯. 航空动力学报. 2016(11)
[3]增压器密封结构改进对漏油的影响研究[J]. 何洪,曹立峰,吴新涛,吉建波. 车用发动机. 2014(04)
[4]2.5维C/C复合材料指尖密封的模态分析[J]. 俞镪鹏,陈国定. 润滑与密封. 2013(04)
[5]圆弧型指尖密封的几何构型特征及结构优化[J]. 宗兆科,苏华. 航空学报. 2010(02)
[6]指尖密封动态性能分析与泄漏量计算[J]. 张延超,陈国定,申晓龙. 航空学报. 2009(11)
[7]指尖密封迟滞特性的机理分析[J]. 苏华,陈国定. 机械工程学报. 2009(05)
[8]指尖密封的温度场及热结构耦合分析[J]. 苏华,陈国定. 航空动力学报. 2009(01)
[9]一种低迟滞低磨损的指尖密封型线构形的研究[J]. 李二圣,陈国定. 航空动力学报. 2008(04)
[10]指尖密封性能的NASH平衡优化[J]. 张延超,陈国定. 西北工业大学学报. 2008(01)
博士论文
[1]指尖密封结构和性能的设计分析与试验研究[D]. 苏华.西北工业大学 2006
[2]流体静压型指尖密封的理论与试验研究[D]. 王旭.哈尔滨工程大学 2006
本文编号：3420122
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
航空发动机涡轮密封系统示意图
春娇辗⒍??阅艿奶岣呔龆ㄓ诤?空先进密封技术的研究，因此研究先进密封技术适应于当前航空发动机工作需要，是提高发动机性能的必然要求。1.1.2典型航空密封技术简介有鉴于密封装置作为航空发动机零部件对其性能改善的巨大作用，先进航空密封技术也应运而生并且已经在航空发动机上取得应用[9]。迄今为止，用于航空上的典型密封技术主要有：迷宫密封、气膜密封、石墨端面密封、刷式密封等现在介绍如下。(1)迷宫密封迷宫密封也称为篦齿密封，在叶轮发动机内流道封严和空气二次回流密封系统中应用较多。迷宫式密封件（如图1-2）由许多紧压在旋转轴内或孔内的凹槽组成，转轴上的迷宫组件通过离心运动从而形成受控的流体涡旋来控制流体通过各种腔室的通道[10]，在较高的速度下，离心运动将液体推向外部这样流体就必须经过漫长而困难的路径才能逸出从而提供非接触式密封作用且不会发生密封磨损。图1-2迷宫密封示意图Figure1-2LabyrinthSealDiagram对于旋转轴上的密封组件来说，迷宫式螺纹尖端与工作表面之间必须存在很小间隙以便“迷宫齿”可以互锁在旋转轴上或在定子上以产生较长的特征路径，从而减缓了流体泄漏。与此同时合理正确的迷宫式腔室结构设计，能够帮助引导主腔室逸出的任何液体都会进入迷宫式腔室，这起到防止其逸出和排斥任何其他流体的作用。(2)气膜密封气膜密封作为航空发动机常见密封类型，其工作原理主要根据流体力学的动静压效果，依托端面密封的结构差异，可以在两密封端面间形成稳定连续的动压效应来浮升气膜，以适应多转速、高温高压的极端工况条件的密封运转。气膜密封中典型类型为端面气膜密封[11]，通过在端面上开设不同特征的剖面沟槽来
1绪论3实现动压密封效果。其结构为两种部分组成：含有孔槽结构升力垫以及端面环形密封坝(图1-3示)，这使得密封装置变得复杂，升力导致的摩擦副位移远大于气膜厚度，密封表面磨损剧烈，时常出现“抱轴”现象。双向T形槽双向径向槽双向螺旋槽单向螺旋槽单向锥形垫图1-3气膜密封示意图Figure1-3SchematicDiagramofGasFilmSeal(3)石墨端面密封石墨端面密封作为航空发动机叶轮机转子及叶片机构中一项关键密封技术，主要服役于航空发动机主轴轴承密封，尤其是作为高温区域的轴承腔密封用以支撑隔绝过热空气漫入轴承腔润滑系统[12]。图1-4石墨端面密封示意图Figure1-4SchematicDiagramofGraphiteFaceSeal石墨端面密封结构(图1-4示)组成主要有旋转环（硬材料）、静环组件（软材料）、辅助密封件等构件，通过石墨环的过盈配合嵌入密封座中构成密封装置[13]。其工作时源于旋转环与石墨静环组件相对运动使得两表面贴合，再加上辅助密封构件来实现最终密封效果。石墨端面密封密封效果良好、工作性能强大、功率损失较小，然其不足之处亦十分明显如空间占用比大、适应范围小（较大的定转子相对运动难以满足）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分形理论的结合面微观接触特性分析[J]. 孙钧成,何博侠,杨雨诗,韩阳. 机械与电子. 2017(10)
[2]指尖封严的转子轴心轨迹与泄漏特性的试验[J]. 杜春华,吉洪湖,胡娅萍,罗健,马丹,汤丽萍,廖凯. 航空动力学报. 2016(11)
[3]增压器密封结构改进对漏油的影响研究[J]. 何洪,曹立峰,吴新涛,吉建波. 车用发动机. 2014(04)
[4]2.5维C/C复合材料指尖密封的模态分析[J]. 俞镪鹏,陈国定. 润滑与密封. 2013(04)
[5]圆弧型指尖密封的几何构型特征及结构优化[J]. 宗兆科,苏华. 航空学报. 2010(02)
[6]指尖密封动态性能分析与泄漏量计算[J]. 张延超,陈国定,申晓龙. 航空学报. 2009(11)
[7]指尖密封迟滞特性的机理分析[J]. 苏华,陈国定. 机械工程学报. 2009(05)
[8]指尖密封的温度场及热结构耦合分析[J]. 苏华,陈国定. 航空动力学报. 2009(01)
[9]一种低迟滞低磨损的指尖密封型线构形的研究[J]. 李二圣,陈国定. 航空动力学报. 2008(04)
[10]指尖密封性能的NASH平衡优化[J]. 张延超,陈国定. 西北工业大学学报. 2008(01)
博士论文
[1]指尖密封结构和性能的设计分析与试验研究[D]. 苏华.西北工业大学 2006
[2]流体静压型指尖密封的理论与试验研究[D]. 王旭.哈尔滨工程大学 2006
本文编号：3420122
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