動壓型指尖密封的設(shè)計與仿真分析.pdf

1、指尖密封是繼蓖齒密封和刷式密封之后出現(xiàn)的一種新型密封技術(shù)，主要應用于航空發(fā)動機的氣流流路密封。最早提出的指尖密封屬于接觸式密封，指尖靴和轉(zhuǎn)子相接觸，指尖與轉(zhuǎn)子間的接觸磨損始終是接觸式指尖密封面臨的一個重要問題。為了解決這一問題，后來在接觸式指尖密封的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上又提出非接觸式指尖密封。與接觸式密封相比，其最大特點在于指尖具有“自浮性”，即指尖靴部與轉(zhuǎn)子之間能保持一較小的具有承載能力的流體間隙，在指尖受到軸向和徑向作用后密封的整體性能不會受

2、到影響，因而在密封效果尤其是使用壽命方面具有明顯的優(yōu)勢。 本文根據(jù)流體動壓學原理，對指尖的靴部結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，由于其靴部特殊的結(jié)構(gòu)，在靴部與轉(zhuǎn)軸間形成楔型氣膜，在轉(zhuǎn)子的高速轉(zhuǎn)動下，產(chǎn)生動壓，使指尖靴部浮起，與轉(zhuǎn)子保持一定的間隙，從而使轉(zhuǎn)子與密封片之間沒有摩擦。動壓靴結(jié)構(gòu)設(shè)計的成功與否主要通過動壓靴能否“浮起”，氣體的泄漏量以及動壓靴對轉(zhuǎn)軸跳動的“跟浮”性能來衡量，所以需要分析設(shè)計的動壓型指尖密封系統(tǒng)是否滿足上述性能。 動壓

3、型指尖密封系統(tǒng)的分析是典型的流固耦合問題。流固耦合力學的重要特征是兩相介質(zhì)之間的相互作用，固體在流體載荷作用下會產(chǎn)生變形或運動，而變形或運動又反過來影響流體，從而改變流體載荷的分布和大小。為此，本文利用有限元軟件ANSYS與CFD軟件CFX建立動壓型指尖密封系統(tǒng)的數(shù)值模型，對動壓型指尖密封系統(tǒng)進行流固耦合仿真分析，獲得指尖密封系統(tǒng)在不同工況下的流場壓力特性，指尖變形量以及氣體泄漏量并對結(jié)果進行分析。分析結(jié)果表明流體具有很好的承載能力，能