航空发动机圆周密封环热—结构分析

论文摘要

石墨圆周接触式密封是航空发动机密封设计体系的主要组成部分,其功能是保障主轴承腔转子对静子的滑油密封。该技术的发展对于提高航空发动机性能和寿命具有良好的应用前景和重要的科学意义。在设计过程中会涉及到强度分析、接触负荷和发热量分析、密封条件及密封环随动特性分析、泄漏特性分析及热应力和变形分析。本论文研究的目的是对石墨圆周密封环的计算、设计及性能进行分析,完善设计体系,提高石墨圆周密封的设计分析技术水平。文中给出了石墨圆周密封环接触负荷、摩擦发热量、密封条件及其随动性、泄漏特性等方面的数学模型,并且利用Visual C++语言开发出了计算软件。根据某型航空发动机中圆周密封环的设计参数利用Pro/E软件建立了密封环、转轴、密封座三维模型,并将模型导入ANSYS软件中,对该圆周密封环进行了接触分析、稳态热分析,得到了圆周密封环的最大变形量、最大应力值、最大接触压力值、最高温度及其它们的位置,同时也得到了转轴上与密封座端面上的最大应力值。在接触分析与稳态热分析的前提下,对圆周密封环进行了热-结构耦合分析,并且将得到的分析结果与接触分析结果进行对比,得出了圆周密封环分析不能忽略热应力、热应变影响的结论。利用ANSYS软件对不同压差、不同空气温度、不同转速条件下的圆周密封环进行了稳态热分析与热-结构耦合分析,分别得到了不同压差、不同空气温度、不同转速下圆周密封环上的最大应力、最大应变、最高温度、主密封面上最大接触压力、泄漏量等值。利用分析结果给出了各个值变化曲线图,并且对于各个图的变化情况进行分析。利用ANSYS软件对该密封环的周向弹簧力进行了分析,在保证密封环密封及随动性,转矩尽量趋于0,主密封面上的最大接触压力值最小的目标之下,求解得到了周向弹簧力的大小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 航空发动机密封技术研究的重要意义
• 1.2 常用密封技术简介
• 1.2.1 蓖齿密封
• 1.2.2 刷式密封
• 1.2.3 指尖密封
• 1.2.4 气膜密封
• 1.2.5 几种新型密封技术
• 1.3 石墨圆周密封技术及发展现状
• 1.3.1 石墨圆周密封装置简介
• 1.3.2 石墨圆周密封结构形式
• 1.3.3 石墨圆周密封结构研究状况
• 1.4 本文主要内容及意义
• 第2章 石墨圆周密封环设计分析及计算程序开发
• 2.1 石墨圆周密封环接触负荷计算分析
• 2.1.1 气体负荷
• 2.1.2 总接触负荷
• 2.1.3 力矩平衡
• 2.2 石墨圆周密封环摩擦发热量（功率损失）计算
• 2.2.1 石墨密封摩擦热
• 2.2.2 石墨密封热泄漏量计算
• 2.3 密封条件及密封环的随动特性
• 2.4 密封泄漏特性
• 2.5 基于Visual C++编写计算程序
• 2.5.1 Visual C++简介
• 2.5.2 石墨圆周密封环设计分析
• 2.5.3 本软件计算模块
• 2.6 计算实例
• 2.7 本章小结
• 第3章 石墨圆周密封环接触分析
• 3.1 ANSYS软件简介
• 3.2 基于ANSYS石墨圆周密封环接触分析
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 接触问题概述
• 3.2.3 接触算法
• 3.2.4 ANSYS中接触分类
• 3.2.5 接触分析步骤
• 3.2.6 单环圆周石墨密封环接触分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 圆周密封环的稳态热及热—结构耦合分析
• 4.1 基本概念
• 4.1.1 温度场
• 4.1.2 热力学第一定律
• 4.1.3 热传递的方式
• 4.1.4 ANSYS热载荷
• 4.2 稳态热分析步骤
• 4.3 圆周密封环热分析
• 4.4 圆周密封环热—结构耦合稳态分析
• 4.4.1 耦合场分析定义
• 4.4.2 耦合场分析的类型
• 4.4.3 热—结构耦合手工方法基本流程
• 4.4.4 圆周密封环热—结构耦合分析步骤
• 4.5 普通分析和耦合分析对比
• 4.6 本章小结
• 第5章 不同工况对圆周密封环的影响
• 5.1 不同压差对圆周密封环的影响
• 5.2 不同空气温度对圆周密封环的影响
• 5.3 轴转速对圆周密封环的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 周向弹簧力分析
• 6.1 周向弹簧分析内容
• 6.1.1 周向弹簧材料分析
• 6.1.2 周向弹簧力分析
• 6.2 周向弹簧力分析方法
• 6.3 周向弹簧力设计参数及分析模型
• 6.4 周向弹簧力分析步骤
• 6.5 周向弹簧力分析在ANSYS上的实现
• 6.6 周向弹簧力分析结果
• 6.7 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢