压力平衡型指尖密封的动态性能优化与试验研究

摘要

动态密封装置作为航空发动机、燃气涡轮机、大型发电机组中的重要部件，对整机工作性能具有重要影响，先进动态密封装置的应用和研究是提升整机性能的重要途径，具有投入少收益大的特点。为此先进动态密封装置几年来成为领域内的研究热点，经过多年的不断研究，业内学者在刷式密封的基础上提出了一种新型的密封技术—指尖密封，大量的研究表明其具有良好的应用前景。国外对指尖密封的研究和应用已经接近成熟，并推广应用，然而由于技术壁垒问题，虽然国内也取得了一系列研究成果，但目前指尖密封泄漏和磨损在设计中的同步提高问题依旧没有很好的得到解决。为此，本研究以航空发动机为应用背景，开展上凹构型压力平衡型指尖密封设计和性能研究，构建了指尖密封性能分析模型，进行了指尖密封性能优化研究，研究了指尖密封的动态性能，并开展了指尖密封性能的试验研究。
　　首先，本研究在ANSYS软件中来进行指尖密封几何模型的构建和性能分析模型的构建，并为了提高计算分析的效率利用ANSYS APDL语言获得其参数化模型，对几何模型定义材料属性、进行网格划分、设立接触对、设定边界条件以及施加载荷从而获得其性能分析模型。
　　然后，基于均匀设计理论通过DPS数据处理系统构造出指尖密封性能优化研究的均匀设计表，在ANSYS软件中分析计算得出这些不同构型指尖密封的迟滞率和平均接触压力；采用nash均衡理论和神经网络遗传算法获取优化目标函数并对样本进行优化。从而得到压力平衡型指尖密封、无背压腔指尖密封和传统指尖密封的密封性能最好的结构，并对这三种指尖密封的优化结果进行分析比较，以证明压力平衡型指尖密封具有良好的密封性能。
　　最后，对优化后的指尖密封结构进行动态性能分析，获得其在不同压差下以及不同过盈量下的转子激励时间与位移激励和响应幅值的关系曲线图。加工优化后的压力平衡型指尖密封的试验件，设计出试验方案并进行相关试验，对试验数据进行处理分析从而获得相关结论并验证该套指尖密封性能理论分析方法的可靠性。
　　研究结果表明上凹构型压力平衡型指尖密封与传统指尖密封相比，其指尖梁的刚度是可变的（指尖梁根部刚度比靴部的刚度大），能够有效解决指尖密封迟滞泄漏和磨损寿命同步改善的矛盾性问题，与无背压腔指尖密封相比，增设背压腔后，尤其是高压条件下能够有效的减小指尖密封的迟滞泄漏，研究结果对高性能指尖密封的设计提供了重要的参考。

目录

1.绪论

1.1 指尖密封研究的背景及意义

1.2指尖密封的构成与工作原理及分类

1.3国内外研究进展和现有的问题

1.4本文主要研究内容

2.压力平衡型指尖密封性能分析模型构建

2.1 引言

2.2 ANSYS软件的APDL语言

2.3压力平衡型指尖密封的几何模型

2.4压力平衡型指尖密封的性能分析模型

2.5 小结

3.压力平衡型指尖密封性能的优化研究

3.1 引言

3.2优化结构参数选择与优化目标函数构建

3.3 压力平衡型指尖密封性能的优化算法

3.4优化结果与分析

3.5小结

4.压力平衡型指尖密封动态性能分析

4.1 引言

4.2 动态性能分析模型的构建

4.3 指尖密封动态性能分析结果

4.4 小结

5.指尖密封的试验研究

5.1 引言

5.2 指尖密封试验台简介

5.3 指尖密封试验件设计与制备

5.4 指尖密封试验方案

5.5 指尖密封试验结果

5.6 小结

6. 总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录