高速高温旋转轴接触式密封技术研究

摘要

随着现代航空航天工业的迅速发展，转子系统工作温度和转速不断提高，系统压力也相应提高，给润滑与密封带来日益苛刻的工作条件，系统的可靠性、安全性与密封技术的发展密切相关，研究耐高温高速的接触式动密封材料和结构对航空航天事业的发展有重要意义。
　　论文针对恶劣工况以及紧凑结构的要求，密封材料采用填充聚醚酰亚胺复合材料，密封结构采用旋转轴唇型密封形式。设计了复合材料配方，研究了复合材料在常温下的摩擦学性能、力学性能以及磨损表面和断口形貌，分析了磨损机理，发现填充石墨和PTFE均能有效地降低PEI基复合材料的摩擦系数及磨损率，在磨损过程中能够形成有效的转移依附膜，从而降低了摩擦系数和磨损率。
　　利用有限元方法分析了设计的唇型密封结构，考察了不同过盈量、弹性模量以及密封腔压力下的结构应力及变形量，认为选择过盈量时不应超过0.15mm。
　　分析了复合材料经历高温后的微观组织结构变化、失重及变形情况以及填充物质量含量对复合材料玻璃化转变温度的影响，发现经历300℃高温后，填充石墨的复合材料组织结构变化不明显，失重率在0.27％以内，变形率在2%以内，填充PTFE的复合材料组织结构出现轻微孔穴，增重率在0.08%以内、变形率在10%以内；经历400℃高温后，填充石墨含量超过20%的复合材料组织结构变化不明显，其他填充复合材料出现大量空穴，填充石墨的复合材料失重率在1.1%以内，填充PTFE的复合材料失重率在1.2%以内，填充石墨含量超过20%的复合材料变形率在10%以内，其它填充复合材料变形率在40%以内；填充石墨能提高PEI基复合材料的玻璃化转变温度，填充PTFE的PEI基复合材料玻璃化转变温度有所降低。
　　研制了高速磨损实验台架，进行了模拟工况下的高速磨损实验，分析了磨损机理，发现填充PTFE的复合材料在轻载高速的工况下，磨损率要低于填充石墨的复合材料，磨损形式以粘着磨损为主。

目录

高速高温旋转轴接触式密封技术研究

RESEARCH ON CONTACT SEALING TEHOLOGY OF HIGH SPEED AND HIGH TEMPERATURE TOTARY SHAFT

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景、研究的目的及意义

1.2 国内外旋转轴唇型密封的研究现状

1.3 课题研究的主要内容

第2章 密封材料设计及基本性能分析

2.1 密封材料的设计

2.2 填充物含量对PEI基复合材料基本性能的影响

2.3 本章小结

第3章 密封结构设计及分析

3.1 密封结构设计

3.2 密封结构接触分析

3.3 本章小结

第4章 温度对PEI基复合材料性能的影响

4.1 填充PEI基复合材料高温组织断口形貌分析

4.2 填充物含量对PEI基复合材料高温后失重及变形的影响

4.3 填充物对PEI基复合材料玻璃化转变温度的影响

4.4 本章小结

第5章 密封材料模拟高速性能实验

5.1 高速实验台架基本结构与工作原理

5.2 填充物含量对PEI基复合材料高速磨损性能的影响

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢