流體靜壓型指尖密封的理論與試驗研究.pdf

1、燃氣輪機先進密封技術(shù)是近十幾年來在國外引起高度重視的一個分支領(lǐng)域，先進密封技術(shù)帶來的好處，已經(jīng)實實在在地體現(xiàn)在發(fā)動機性能提高、燃油消耗率降低、運行和維修成本減少等方面。指尖密封技術(shù)是當前先進密封技術(shù)的前沿性研究方向，本文通過大量的國內(nèi)外資料收集和課題調(diào)研，在分析接觸型指尖密封和流體動壓型指尖密封優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，提出了流體靜壓型指尖密封，并以此為研究對象，開展了深入的理論和試驗研究。本文的研究成果主要包括以下幾個方面： 1．在全面

2、研究和分析國內(nèi)外已有指尖密封技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，提出了一種簡單、實用、可靠的小間隙流體靜壓型指尖密封。當密封流體高速通過靜壓靴間隙時，作用于靜壓靴工作面上的壓力并不大，因此，保證了工作狀態(tài)下靜壓靴的小變形優(yōu)點。本文根據(jù)流體靜壓型指尖密封的這個工作原理，設(shè)計了兩種規(guī)格的指尖密封環(huán)、四種涂層的跑道。本文設(shè)計的流體靜壓型指尖密封試驗件，是一種帶壓力平衡腔的活動可拆式結(jié)構(gòu)，通過重新裝配組合，可進行多種指尖密封結(jié)構(gòu)的試驗研究。 2．為滿

3、足流體靜壓型指尖密封試驗研究的條件，本文在現(xiàn)有艦用燃氣輪機密封試驗臺的基礎(chǔ)上，對密封試驗臺的控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)進行了全面改造，建立了電控操作臺和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。利用昆侖組態(tài)軟件的操作平臺，本文還開發(fā)了密封試驗臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件，并成功實現(xiàn)了對試驗數(shù)據(jù)的實時測量和存儲。 3．本文從結(jié)構(gòu)動力學的角度，分析了流體靜壓型指尖密封各部件的受力特點，并在此基礎(chǔ)上提出了結(jié)構(gòu)動力學特性計算模型。通過對計算模型的合理簡化，使考慮部件間接觸摩擦的動力

4、學特性計算成為可能。本文用SAMCEF/FIELD軟件對影響流體靜壓型指尖密封動力學性能的主要參數(shù)進行了分析計算，計算表明：鉚緊力和封前壓力以及靜壓靴與指尖臂間的倒圓是對動力學特性有重要影響的參數(shù)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，必須綜合考慮這三個設(shè)計參數(shù)對動力學特性的綜合影響。 4．提出了流體靜壓型指尖密封流固耦合計算的數(shù)學模型。針對小間隙流體靜壓型指尖密封的結(jié)構(gòu)特點，建立了基于三維時間平均基礎(chǔ)上的N-S方程和線性范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)應力——應變關(guān)系的流

5、固耦合數(shù)學模型，并給出了收斂準則。本文用CFX5.7作為流體分析求解器，用ANSYS9.0作為應力-應變分析求解器，實現(xiàn)了對流體靜壓型指尖密封流固耦合特性的分析計算。 5．利用本文提出的流體靜壓型指尖密封流固耦合數(shù)學模型，對密封泄漏和變形的主要影響因素進行了分析計算，并用旋渦耗散能量的理論解釋了流體靜壓型指尖密封的封嚴作用機理。本文關(guān)于密封泄漏和變形的研究結(jié)論，對指尖密封的設(shè)計有重要指導意義。 6．以流體靜壓型指尖密封工

6、程實際應用為目標，進行了流體靜壓型指尖密封封嚴特性試驗、滯后特性試驗和磨損特性試驗。封嚴特性試驗表明：流體靜壓型指尖密封具有低泄漏的特征，約為同等條件下篦齒密封泄漏的三分之一；滯后特性試驗表明：本文設(shè)計的壓力平衡結(jié)構(gòu)能緩解滯后現(xiàn)象，但限于密封試驗臺的實際條件，緩解滯后的能力沒有得到充分體現(xiàn)，但通過對平衡腔的壓力監(jiān)測表明，在結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了壓力平衡；磨損特性試驗表明：GH3044指尖材料與碳化鎢涂層和陶瓷涂層跑道組成的摩擦副效果較好，與表面滲