流體靜壓型指尖密封的理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、燃?xì)廨啓C(jī)先進(jìn)密封技術(shù)是近十幾年來在國(guó)外引起高度重視的一個(gè)分支領(lǐng)域，先進(jìn)密封技術(shù)帶來的好處，已經(jīng)實(shí)實(shí)在在地體現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)性能提高、燃油消耗率降低、運(yùn)行和維修成本減少等方面。指尖密封技術(shù)是當(dāng)前先進(jìn)密封技術(shù)的前沿性研究方向，本文通過大量的國(guó)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(dòng)壓型指尖密封優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了流體靜壓型指尖密封，并以此為研究對(duì)象，開展了深入的理論和試驗(yàn)研究。本文的研究成果主要包括以下幾個(gè)方面： 1．在全面

2、研究和分析國(guó)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(jiǎn)單、實(shí)用、可靠的小間隙流體靜壓型指尖密封。當(dāng)密封流體高速通過靜壓靴間隙時(shí)，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(diǎn)。本文根據(jù)流體靜壓型指尖密封的這個(gè)工作原理，設(shè)計(jì)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(jì)的流體靜壓型指尖密封試驗(yàn)件，是一種帶壓力平衡腔的活動(dòng)可拆式結(jié)構(gòu)，通過重新裝配組合，可進(jìn)行多種指尖密封結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究。 2．為滿

3、足流體靜壓型指尖密封試驗(yàn)研究的條件，本文在現(xiàn)有艦用燃?xì)廨啓C(jī)密封試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上，對(duì)密封試驗(yàn)臺(tái)的控制系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了全面改造，建立了電控操作臺(tái)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。利用昆侖組態(tài)軟件的操作平臺(tái)，本文還開發(fā)了密封試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件，并成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量和存儲(chǔ)。 3．本文從結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的角度，分析了流體靜壓型指尖密封各部件的受力特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上提出了結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性計(jì)算模型。通過對(duì)計(jì)算模型的合理簡(jiǎn)化，使考慮部件間接觸摩擦的動(dòng)力

4、學(xué)特性計(jì)算成為可能。本文用SAMCEF/FIELD軟件對(duì)影響流體靜壓型指尖密封動(dòng)力學(xué)性能的主要參數(shù)進(jìn)行了分析計(jì)算，計(jì)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(duì)動(dòng)力學(xué)特性有重要影響的參數(shù)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，必須綜合考慮這三個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)動(dòng)力學(xué)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(jì)算的數(shù)學(xué)模型。針對(duì)小間隙流體靜壓型指尖密封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了基于三維時(shí)間平均基礎(chǔ)上的N-S方程和線性范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)應(yīng)力——應(yīng)變關(guān)系的流

5、固耦合數(shù)學(xué)模型，并給出了收斂準(zhǔn)則。本文用CFX5.7作為流體分析求解器，用ANSYS9.0作為應(yīng)力-應(yīng)變分析求解器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)流體靜壓型指尖密封流固耦合特性的分析計(jì)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(xué)模型，對(duì)密封泄漏和變形的主要影響因素進(jìn)行了分析計(jì)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(yán)作用機(jī)理。本文關(guān)于密封泄漏和變形的研究結(jié)論，對(duì)指尖密封的設(shè)計(jì)有重要指導(dǎo)意義。 6．以流體靜壓型指尖密封工

6、程實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，進(jìn)行了流體靜壓型指尖密封封嚴(yán)特性試驗(yàn)、滯后特性試驗(yàn)和磨損特性試驗(yàn)。封嚴(yán)特性試驗(yàn)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(yàn)表明：本文設(shè)計(jì)的壓力平衡結(jié)構(gòu)能緩解滯后現(xiàn)象，但限于密封試驗(yàn)臺(tái)的實(shí)際條件，緩解滯后的能力沒有得到充分體現(xiàn)，但通過對(duì)平衡腔的壓力監(jiān)測(cè)表明，在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了壓力平衡；磨損特性試驗(yàn)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