收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

指尖密封结构和性能的设计分析与试验研究

苏华  
【摘要】: 近几十年来,先进密封技术对航空发动机性能提高的显著贡献逐步得到了国内外相关领域学者和研究单位的极大关注。指尖密封良好的封严性能和较低的制造成本,使之成为近年来密封技术领域的一个研究热点。通过对指尖密封国内外研究现状的分析可知,尽管对指尖密封的研究逐渐深入,但迄今仍没有很好地解决其迟滞泄漏和接触磨损这些棘手的问题。已开展的工作也多是针对某单一方面问题的解决而进行的,因而具有一定的局限性。另外,以试验工作为基础的研究方式也是不适合我国国情的,所以,立足国内现状开展指尖密封的研究,并为进一步的实验验证工作提供基础条件,是十分有意义的事情,这也还有很多问题需要做深入系统的研究。本文的研究工作正是在这种背景下提出,并得到了国家自然科学基金和航空科学基金等项目的大力支持。 本文的工作是对指尖密封的一个较为全面、系统的分析和研究,以理论分析为基础,结合相关试验研究,获得指尖密封系统性能分析和结构设计的方法,为设计合理的、满足工况要求的指尖密封结构提供理论依据。本文工作的主要内容和研究成果有: 1.研究了指尖密封的迟滞机理,根据指尖密封的实际工作状况,采用粘着磨损模型描述指尖密封的接触磨损行为。采用有限元法对指尖密封的迟滞泄漏性能和接触磨损性能进行了分析,提出了描述指尖密封泄漏性能和磨损性能的参数——迟滞率和综合刚度。针对指尖密封的性能要求以及迟滞泄漏与接触磨损性能表现在指尖密封结构上相互矛盾的特点,确定了指尖密封的结构优化是以低迟滞和低刚度为目标的综合性能优化。 2.根据指尖密封的结构优化具有包含形状优化和尺寸优化的特点,将指尖密封结构优化分为“定制型线”优化和“广义型线”优化两大类。对定制型线指尖密封采用形状参数和尺寸参数统一优化的方法,对广义型线采用分步优化的方法。在满足一定工况条件下,对不同类别指尖密封进行了多目标优化设计,获得了具有多目标优化特征的非劣解。本文分别采用加权法和约束法进行指尖密封的多目标优化。在加权法中,构建了新的综合目标和收敛准则,有效解决了目标函数迟滞率和综合刚度量纲差异的问题。约束法中以迟滞率为主目标,将综合刚度转化为约束条件,可以获得具有一定磨损寿命要求的低迟滞密封结构。以指尖密封试验件结构为例,基于ANSYS软件内置参数化语言APDL,用统一优化法和分步优化法对指尖密封进行了多目标优化,获得了具有良好综合性能的指尖密封结构。 3.采用有限元法进行了指尖密封系统的热分析。确定了热分析模型中转子与指尖梁的摩擦热、有关对流换热系数以及指尖密封片间、转子/指尖靴之间的接触热阻,并对接触热阻计算模型进行了修正,使之更加符合指尖密封工况条件的要求。基于商用软件ANSYS,以渐开线型指尖密封为例进行了温度场分析,获得了不同工况条件下指尖密封的温度场分布状况。在此基础上,进行了指尖密封的热结构耦合分析,表明了指尖密封热分析的必要性,特别是高速高温工况下的指尖密封热分析更为重要。 4.针对指尖密封实际受力情况,建立了指尖密封的谐迫振动动力学模型和自由振动动力学模型。确定了指尖密封系统的等效质量、等效刚度和等效阻尼等系数,用解析法求解动力学方程,获得了不同工况条件下指尖梁的位移响应。根据指尖密封谐振方程的解,提出了指尖密封与转子运动的协调性条件;根据指尖密封自由振动方程的解,提出了基于动力学模型的指尖密封低迟滞条件和低接触磨损条件。研究表明指尖密封在动态下的迟滞量大于静力学分析的结果,进一步说明了指尖密封动态分析的必要性。本文还利用指尖密封的动力学模型对多密封片指尖密封系统进行了动态性能分析,提出通过不同层数密封片的配置来满足不同工况匹配要求的研究思路。 5.与合作单位共同开展了指尖密封的有关性能试验,进行了常温下渐开线型指尖密封的迟滞泄漏试验、工况参数影响试验和磨损性能试验。最大试验压差为0.5MPa,最大试验转速为13150rpm。试验证明指尖密封的迟滞性对其泄漏有较大影响。对两种不同结构的指尖密封进行了泄漏试验比较,结果显示指尖密封的刚度越小则泄漏量越大。通过磨损试验结果与理论计算结果的比较,进一步确定了指尖密封磨损系数的取值范围。以上试验结果进一步验证了本文相关理论分析的正确性和必要性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 谢成新;钢筋砼梁多目标优化设计[J];黑龙江科技学院学报;2001年03期
2 陈旭升,陈春明,王秀臣;油田开发压裂施工参数的优化[J];哈尔滨理工大学学报;2002年03期
3 张伟波,张勇;基于多目标优化的施工机械设备优化配置方法研究[J];水力发电;2003年09期
4 张葵葵,汪晗;一种多目标优化进化算法研究[J];长沙交通学院学报;2003年02期
5 熊俊涛;乔志德;韩忠华;;基于响应面法的跨声速机翼气动优化设计[J];航空学报;2006年03期
6 周卫华;何立东;沈伟;;转子平衡补偿平面/传感器探头位置多目标优化仿真[J];振动与冲击;2006年02期
7 陈志祥;陈玉理;;外协生产能力管理研究[J];成组技术与生产现代化;2006年04期
8 李健;谷良贤;;基于响应面法的超燃冲压发动机进气道多目标优化(英文)[J];Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics;2007年03期
9 张华;何波;杨超;;基于粗糙集和多目标规划的多物流配送中心选址[J];工业工程与管理;2008年02期
10 李康顺;潘伟丰;张文生;李元香;;基于多目标演化算法的序列密钥生成方法[J];武汉理工大学学报;2008年08期
11 丁鼎;张云飞;;民机总体设计参数选择与多目标优化[J];沈阳航空工业学院学报;2010年03期
12 牛思先;苏玉刚;;基于多目标演化算法的交通系统实时优化技术[J];统计与决策;2011年01期
13 周学建;师清翔;朱永宁;;模糊相似优先比在清选系统多目标优化中的应用[J];河南科技大学学报(自然科学版);1993年02期
14 辛有华,陈举华,王寿佑;多目标模糊优化设计[J];模糊系统与数学;1996年02期
15 张永胜,温江红,周明;考虑材料塑性与造价的抗震结构多目标优化[J];太原理工大学学报;1998年03期
16 莫凡芒,孙庆鸿,陈南,胡如夫;精密机床半主动隔振系统多目标优化[J];制造技术与机床;2005年01期
17 谢江波;王惠龄;吴钢;赵琰;李敬东;唐跃进;;35kJ高温超导磁储能(SMES)的热输运实验研究[J];低温工程;2006年01期
18 卢艳超;张彩庆;;电力公司购电、配电计划的多目标优化算法[J];华东电力;2006年02期
19 毕世华;徐伟国;陈阵;;导弹运输发射车动态参数的多目标优化[J];北京理工大学学报;2006年04期
20 晨爱民;王继勇;;槲皮素-卵磷脂复合物的制备与热分析[J];武汉理工大学学报;2006年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈铮;沈又珍;;中温低压固化复合材料基体的研究[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
2 蒋明;杨邦朝;胡永达;邱宝军;何小琦;;一种快速的微电子封装结温预测方法[A];第十四届全国混合集成电路学术会议论文集[C];2005年
3 杨凯;刘兴江;白杨;朱广焱;;锂离子电池三维热仿真[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年
4 杨腊虎;赵慧芳;于宝珠;陈立亚;刘小帅;;“热分析在药品检验中的应用”部分英文文章目录及摘要(英文)[A];2003年药物分析论坛“热分析在药物分析中的应用”专题学术研讨会论文集[C];2003年
5 陈正年;丁庆军;赵淳生;;采用DSC研究环氧基摩擦材料固化动力学[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2009年
6 张秋萍;;热分析系统多机同时运行的优化实现方法[A];全国材料理化测试与产品质量控制学术研讨会论文专辑(物理测试部分)[C];2002年
7 王步冉;张琴;杨邦朝;蒋明;胡永达;;表面响应法在电子组件热分析中的应用[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集(下册)[C];2004年
8 胥辉;郑锦标;谢启辉;武元元;王玉春;田航;王健;;阴极组件仿真热分析[A];第九届真空技术应用学术年会论文集[C];2006年
9 姜炯;孟伟行;;应用热分析技术研究工业炸药的相容性[A];岩石破碎理论与实践——全国第五届岩石破碎学术会论文选集[C];1992年
10 华冰;杜家政;龙连春;;高温输油管道分析与优化设计[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 苏华;指尖密封结构和性能的设计分析与试验研究[D];西北工业大学;2006年
2 李洪林;药物发现及靶向虚拟筛选的算法与程序设计[D];大连理工大学;2005年
3 孟燕;铁路智能运输系统结构设计方法研究[D];铁道部科学研究院;2005年
4 王继峰;基于可达性的交通规划方法研究[D];清华大学;2008年
5 杨荣山;轿车底盘平台开发中多目标优化方法的研究及应用[D];华南理工大学;2009年
6 刘鎏;多目标优化进化算法及应用研究[D];天津大学;2010年
7 孙力;基于模糊理论的化工过程多目标优化集成研究[D];大连理工大学;2004年
8 刘艳华;多步骤固相分解反应的热分析动力学研究[D];吉林大学;2005年
9 徐鸣;基于群智能的鲁棒多目标优化方法及应用[D];浙江大学;2011年
10 马瑞;考虑负荷特性的电压崩溃及其市场化预防方法研究[D];华北电力大学(北京);2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王栋;指尖密封性能的当量优化研究[D];西北工业大学;2007年
2 江务学;改进的遗传算法及其在多目标优化中的应用研究[D];天津工业大学;2005年
3 赵光哲;基于遗传算法的大学排课问题的研究[D];延边大学;2006年
4 韩欣艳;基于改进自适应遗传算法的轧制规程优化设计[D];燕山大学;2011年
5 王达;遗传算法用于多目标过程优化综合的研究[D];青岛科技大学;2005年
6 耿玉磊;改进的多目标优化遗传算法及多目标优化软件的研制[D];福建农林大学;2005年
7 王国萍;多目标优化的电梯群控算法[D];华中科技大学;2005年
8 李玲;绵阳市涪江水环境承载力研究[D];西南交通大学;2007年
9 张安英;遗传算法在多目标优化中的应用研究[D];辽宁工程技术大学;2008年
10 崔丽;基于免疫遗传计算的钻前工程多目标优化研究[D];大连海事大学;2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 刘云涛;热分析应用需“冷思考”[N];中国医药报;2005年
2 安世亚太 孟志华;ANSYS稳健设计[N];中国航空报;2005年
3 李伦;2005年改革攻坚取得重要进展[N];中国改革报;2006年
4 记者 时玉田 通讯员 何军国;莱钢集团启动能源中心建设[N];莱芜日报;2010年
5 安世亚太 田锋;我们拿什么终结航空产品设计缺陷[N];中国航空报;2006年
6 帅茜;勇立潮头成闯将[N];中国航空报;2009年
7 潘竑;绿色创新工程:应对数据中心能效挑战[N];金融时报;2007年
8 ;远离IC设计热陷阱[N];中国计算机报;2006年
9 本报记者 马艳红;选用关键技术推动中药现代化生产[N];中国医药报;2003年
10 康阿龙;庞来祥;热分析技术在中药鉴定中的应用[N];中国医药报;2002年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978