指式封严泄漏特性的实验研究和数值模拟

论文摘要

指式封严是继篦齿封严和刷式封严之后发展起来的一种新型封严结构。它由多个带“指”的圆环片、前后挡板和隔片组成,是一种接触式柔性的封严结构,能允许封严面有一定的径向跳动。该结构可用于压气机和涡轮的气路封严和轴承腔的封严。指式封严的泄漏比篦齿封严低、与刷式封严相当,但其制造成本比刷式封严低,是一种有发展前景的封严结构。本文在综合分析国内外关于指式封严研究文献的基础上,归纳了影响指式封严泄漏特性的主要因素和初步设计原则;提出了减小封严面泄漏间隙的指尖靴改进设计方法;设计了三种不同的可拆式指式封严实验件,并改造了实验台及测量系统,进行了泄漏特性的实验研究。实验结果表明:指式封严在初次使用时泄漏量较大,经过一段时间使用后,泄漏性能趋于稳定;在稳定状态下,压差、指之间的间隙、封严片层数对泄漏量影响比较大;在实验转速范围内,转子转速对泄漏量影响不大。本文还对指式封严泄漏特性进行了数值模拟,在计算中采用了适用于刷式封严的多孔介质模型,并根据指式封严实验数据对该模型中的常数进行了修正,为了提高计算精度,其中一个常数用一个随压差变化的函数取代。计算结果表明:前挡板保护高度和隔片厚度对泄漏影响不大,后挡板保护高度对泄漏影响比较大,小间隙配合比小过盈配合下泄漏量小一些。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 指式封严的基本结构
• 1.2.1 指式封严片
• 1.2.2 转子及表面处理
• 1.2.3 前挡板和后挡板
• 1.2.4 隔片
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 指式封严泄漏特性的实验研究
• 2.1 指式封严实验系统
• 2.1.1 实验台主体
• 2.1.2 动力系统和气路系统
• 2.1.3 测量系统
• 2.2 实验内容及步骤
• 2.2.1 实验内容简介
• 2.2.2 实验步骤
• 2.3 实验件设计
• 2.3.1 指式封严结构参数分析
• 2.3.2 指式封严片设计
• 2.3.3 压力平衡型指式封严设计
• 2.4 实验件加工
• 2.5 实验数据处理方法
• 2.5.1 泄漏量
• 2.5.2 泄漏系数
• 2.6 实验结果与分析
• 2.6.1 新实验件初始使用时性能分析
• 2.6.2 指之间的间隙对泄漏水平的影响
• 2.6.3 转子转速对泄漏水平的影响
• 2.6.4 指式封严片层数对泄漏水平的影响
• 2.6.5 与刷式封严和篦齿封严泄漏水平对比
• 2.7 本章小结
• 第三章 指式封严泄漏特性的数值计算
• 3.1 指式封严的多孔介质模型
• 3.1.1 指式封严的多孔介质处理
• 3.1.2 计算模型
• 3.1.3 网格划分和边界条件
• 3.2 计算模型中常数的确定
• 3.3 流场分析
• 3.3.1 指式封严泄漏流动的速度场
• 3.3.2 指式封严泄漏流动的压力场
• 3.4 几种参数对指式封严泄漏特性影响的数值计算
• 3.4.1 轴向尺度对泄漏水平的影响
• 3.4.2 隔片厚度对泄漏量的影响
• 3.4.3 前挡板保护高度对泄漏量的影响
• 3.4.4 后挡板保护高度对泄漏量的影响
• 3.4.5 封严间隙对泄漏量的影响
• 3.4.6 多级封严
• 3.5 本章小结
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间撰写的学术论文
• 附录