壓力平衡型指尖密封的動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化與試驗(yàn)研究.pdf

1、動(dòng)態(tài)密封裝置作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)鉁u輪機(jī)、大型發(fā)電機(jī)組中的重要部件，對(duì)整機(jī)工作性能具有重要影響，先進(jìn)動(dòng)態(tài)密封裝置的應(yīng)用和研究是提升整機(jī)性能的重要途徑，具有投入少收益大的特點(diǎn)。為此先進(jìn)動(dòng)態(tài)密封裝置幾年來(lái)成為領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多年的不斷研究，業(yè)內(nèi)學(xué)者在刷式密封的基礎(chǔ)上提出了一種新型的密封技術(shù)—指尖密封，大量的研究表明其具有良好的應(yīng)用前景。國(guó)外對(duì)指尖密封的研究和應(yīng)用已經(jīng)接近成熟，并推廣應(yīng)用，然而由于技術(shù)壁壘問(wèn)題，雖然國(guó)內(nèi)也取得了一系列研究成

2、果，但目前指尖密封泄漏和磨損在設(shè)計(jì)中的同步提高問(wèn)題依舊沒(méi)有很好的得到解決。為此，本研究以航空發(fā)動(dòng)機(jī)為應(yīng)用背景，開(kāi)展上凹構(gòu)型壓力平衡型指尖密封設(shè)計(jì)和性能研究，構(gòu)建了指尖密封性能分析模型，進(jìn)行了指尖密封性能優(yōu)化研究，研究了指尖密封的動(dòng)態(tài)性能，并開(kāi)展了指尖密封性能的試驗(yàn)研究。
　　首先，本研究在ANSYS軟件中來(lái)進(jìn)行指尖密封幾何模型的構(gòu)建和性能分析模型的構(gòu)建，并為了提高計(jì)算分析的效率利用ANSYS APDL語(yǔ)言獲得其參數(shù)化模型，對(duì)幾何模

3、型定義材料屬性、進(jìn)行網(wǎng)格劃分、設(shè)立接觸對(duì)、設(shè)定邊界條件以及施加載荷從而獲得其性能分析模型。
　　然后，基于均勻設(shè)計(jì)理論通過(guò)DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)造出指尖密封性能優(yōu)化研究的均勻設(shè)計(jì)表，在ANSYS軟件中分析計(jì)算得出這些不同構(gòu)型指尖密封的遲滯率和平均接觸壓力；采用nash均衡理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遺傳算法獲取優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)并對(duì)樣本進(jìn)行優(yōu)化。從而得到壓力平衡型指尖密封、無(wú)背壓腔指尖密封和傳統(tǒng)指尖密封的密封性能最好的結(jié)構(gòu)，并對(duì)這三種指尖密封的優(yōu)化結(jié)果

4、進(jìn)行分析比較，以證明壓力平衡型指尖密封具有良好的密封性能。
　　最后，對(duì)優(yōu)化后的指尖密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能分析，獲得其在不同壓差下以及不同過(guò)盈量下的轉(zhuǎn)子激勵(lì)時(shí)間與位移激勵(lì)和響應(yīng)幅值的關(guān)系曲線(xiàn)圖。加工優(yōu)化后的壓力平衡型指尖密封的試驗(yàn)件，設(shè)計(jì)出試驗(yàn)方案并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析從而獲得相關(guān)結(jié)論并驗(yàn)證該套指尖密封性能理論分析方法的可靠性。
　　研究結(jié)果表明上凹構(gòu)型壓力平衡型指尖密封與傳統(tǒng)指尖密封相比，其指尖梁的剛度是可變