一种新型组合密封系统的实验研究

 介绍了一种新型组合密封系统——气体螺旋槽与铁磁流体组合密封型式.在分别对这两种密封型式研究基础上,进行了组合密封实验.实验表明,这种密封型式可以达到从零速到设计转速整个范围内均具有所需要的密封能力.在高速旋转密封时,螺旋槽有效地抑制了铁磁流体的飞溅,并在铁磁流体破裂时,使其迅速恢复密封能力.所以该组合密封具有无污染、高可靠性等特点.同时指出,通过调节这两种密封型式的结构设计参数,可以满足不同的密封要求.这些性质是其它非接触式密封所做不到的.     

端柱面组合密封气膜稳态特性数值仿真分析

针对航空发动机等高速流体机械中流体动密封部位的工况特点,提出一种新型的端柱面组合气膜密封形式.根据气膜密封的结构特点,建立了端柱面螺旋槽组合式密封气膜的数学分析模型.采用CFD分析软件Fluent对气膜三维流场模型以湍流流动形式进行数值模拟计算.研究了密封气膜几何结构参数变化对密封稳态特性（端面承载力F_d 、柱面承载力F_c 、泄漏量Q、摩擦转矩M）的影响.几何结构参数包括端面平均膜厚、端面槽深比、柱面平均膜厚、柱面偏心率、柱面槽深比、柱面槽宽比.      

橡胶O形圈密封结构的有限元分析

建立固体火箭发动机的橡胶O形圈的二维轴对称模型,采用非线性有限元方法计算了O形橡胶圈在库存和工作状态的变形及应力,分析了上下法兰张开间隙、初始压缩量、密封槽口及槽底倒角半径、密封槽宽、密封圈材料、O形圈截面尺寸及工作温度等典型参数对密封性能的影响:上下法兰张开间隙、密封圈的初始压缩率、密封圈材料等典型参数对最大接触压应力影响较大,而密封槽槽口和槽底处倒角对剪切应力影响明显.这些分析为密封结构的优化设计打下了基础;同时探讨O形圈应力分布规律,确定密封圈易受损和失效关键部位,初步确立了固体火箭发动机密封失效准则和失效模式.     

并联磨床加工螺旋槽的磨削参数设计

螺旋槽的加工是回转体刀具加工的重要组成部分,其形状参数(尤其是前角、槽深和槽宽)对刀具的切削过程有很大的影响.基于6-UPS并联机床,在分析并联机床加工工艺特性的基础上,按照螺旋槽加工中砂轮与刀具的相对运动关系,建立了螺旋槽加工运动的理论模型,对可能影响螺旋槽成形的因素进行了全面分析.进而建立了一个仿真模型,可以对所有的磨削参数进行快速的定量设计和优化,主要包括砂轮偏转角度、砂轮厚度、砂轮轴向平移位置和螺旋槽深度,并通过加工实验进行了验证.     

刷密封刷丝力学行为与密封性能

创建开发刷密封分析设计软件,模拟刷密封压力场与流场,研究刷丝动力学行为,如径向压紧等,与密封区域压场和流场相互作用,对密封性能产生影响.基于梁弯曲理论和刷丝区域压力分布,采用有限元法计算轴向与周向刷丝变形,并将相关计算结果与实验数据进行了对比,分析表明刷封出口区域在径向和轴向同时形成较大的压力梯度,使间隙趋于闭合并将丝间压紧,密封工作状态或间隙变化不大时,可保持稳定的密封性能.      

双级低滞后刷式密封级间不均衡性分析

针对一种结构参数的双级低滞后刷式密封,采用多孔介质模型进行流场计算,对刷丝安装角度以及第二级前板间隙高度和背板间隙高度与分压比的关系进行分析;基于梁弯曲理论和刷丝区域压力分布,采用有限元法计算得到刷丝的受力和变形情况,分析参数对转子所受摩擦扭矩的影响,讨论参数对双级低滞后刷式密封级间不均衡性的影响.分析表明,第一级刷丝安装角度的增大和第二级刷丝安装角的减小能在一定程度上使两级分压趋于均衡.第一级结构参数不变时,第二级的前板间隙高度变化对级间不均衡性影响不大,背板间隙高度在特定值时,两级可达到均衡状态.     

低滞后刷式密封数值分析

针对低滞后刷式密封物理结构,应用计入刷丝变形影响的各向异性多孔介质模型,用阻抗力表示刷丝对流动介质的阻碍作用,并将其作为Navier-Stoke方程的源项,以有限体积法和SIMPLE算法为基础建立刷式密封低滞后计算模型.通过流场计算,得到刷式密封的压力分布、速度分布以及泄漏量等.对计算结果进行了分析研究,讨论了不同结构参数和工况参数对密封性能的影响;对低滞后模型与普通刷式密封模型密封性能的分析表明,低滞后密封结构可有效降低背板接触力,改善滞后效应,使刷丝随动自适应性增加,这对保持密封系统的工作状态是有益的。      

反转轴间气膜密封动特性分析

用有限元法计算了双端面期末密封两端面的气膜刚度和阻尼,分析了密封跑道质量和主密封环质量对气膜刚度和阻尼的影响,并对瞬态扰动力作用下前密封跑道和主密封环的振动过程进行了讨论.结果表明:膜厚对气膜刚度和阻尼影响较大,在膜厚小于5μm下尤为明显;系统的自由振动频率主要由前密封跑道质量决定,主密封环质量对自由振动频率影响较小;同一密封跑道质量对应的不同环道质量比对系统振动的收敛时间影响不大.     

双曲率开槽板精密成型有限元数值模拟

通过有限元数值模拟方法对双曲率开槽板的贴模性问题进行了系统研究.建立了开槽板在离散钉模上贴模性分析的有限元模型,研究了槽深、槽宽等开槽参数对面板型面精度的影响规律,其中相对槽深是影响开槽板贴模性的主要因素.通过分析计算确定了优化的开槽参数,为开槽方案的制定提供了可用的数据和重要依据.数值模拟和实验验证表明,工作板开槽可以解决紧缩场双曲率连续表面面板的胶接成型问题.      

高速气膜镶装式浮环密封的开启特性

针对应用于航空发动机的高速气膜镶装式浮环密封, 探究密封在不同结构参数、启动方式、材料结合等多因素下的开启性能。建立镶装环-石墨环-跑道的固体域模型和气膜流体域模型, 得到了工作气膜厚度、气膜流场压力分布；计算密封受力, 得到了密封上浮力、闭合力和开启转速等密封开启性能参数。分析镶装环与石墨环的厚度比和宽度比、镶装环-石墨环配对材料、镶装环-跑道配对材料等因素对密封开启转速的影响。搭建浮环密封试验台和浮环位移监测系统, 通过试验验证了数值模拟结果。研究结果表明:浮环的镶装结构能有效改善升温时石墨环与跑道间隙减小而导致密封失效的问题；镶装环材料是影响密封开启性能的敏感参数, 密封开启性能随材料线膨胀系数的升高而快速降低；镶装环与跑道的材料配对情况是影响密封开启性能的重要因素, 镶装环与跑道材料相同时, 石墨环与跑道处于“恒间隙”状态, 在复杂温度工况下密封的开启性能更加稳定；不同的工作机组启动方式对密封开启性能影响较大, 发动机采用将转速增加至工况转速再增压的启动方式时密封开启性能最好；浮环密封在高转速、高压力工况下因转速、压力变化产生的密封扰动值更大, 浮环密封应避免在较高压力和转速下长时间调节工况参数。研究结果为航空发动机镶装式浮环密封的结构设计、材料选用、系统设计的研究提供了参考。      

环面蜗轮滚刀螺旋槽前刀面设计及修正方法

为提高环面蜗轮滚刀的切削性能及滚齿效率,将滚刀的容屑槽设计成螺旋槽,减小刀齿两侧前角的绝对值,均衡两侧刃的切削条件。根据齿轮啮合理论和环面蜗杆成形原理,以滚刀基本蜗杆分度环面螺旋线的导程角和前刀面曲线的导程角互余为依据,提出一种由圆柱产形面变传动比展成环面蜗轮滚刀螺旋槽前刀面的方法;计算得到滚刀分度环面处的前角近似为0°,而刀齿左侧的前角从齿顶到齿根由正值变为负值,右侧前角从齿顶到齿根由负值变为正值,并且正前角和负前角的绝对值较大。进一步对滚刀前刀面进行修正,将修正后的滚刀模型导入VERICUT软件中,测量其前角,验证设计方法的正确性。结果表明,该方法能够解决滚刀两侧前角绝对值较大的问题,各刀齿左右两侧的前角控制在-0.6°~0.5°之间。      

影响三瓣式高速浮环密封性能的敏感参数

针对应用在液体火箭发动机上的三瓣式高速浮环密封（TFRS）,揭示密封在复杂多变工况下的泄漏特性和磨损特性,得到影响密封特性的敏感参数,促进高速密封技术的发展。针对压力、转速和密封周向弹簧比压等关键敏感参数,数值模拟了密封的泄漏率变化规律,试验测量了密封环的泄漏率和磨损率。研究结果表明:泄漏率和磨损率都随压力增大而增大;转速对三瓣式高速浮环密封磨损率敏感,对密封泄漏率不敏感,随着转速的增加,磨损率增大较快,泄漏率减小较慢;随着密封周向弹簧比压的增大,前期密封周向弹簧比压对泄漏率敏感,此时泄漏率变化幅度较大,磨损率变化幅度较小,后期密封周向弹簧比压对磨损率敏感,此时磨损率变化幅度较大,泄漏率变化幅度较小,密封周向弹簧比压在适当范围内时,泄漏率和磨损率都较小。研究结果为液体火箭发动机三瓣式高速浮环密封的设计、实际应用和深入研究提供了基础。      

锥形螺纹平均螺旋升角的计算

在万工显上,采用影像法测量圆锥形外螺纹的诸参数（例如：牙距、牙形半角等）时,中央显微镜的立柱要倾斜一个角度。与测量普通的圆柱形外螺纹不同的是,该角度是一个平均值,称为平均螺旋升角。给出了平均螺旋升角的三种计算公式及其推导过程。     

高超声速气动热数值计算壁面网格准则

首先对高超声速气动热数值模拟中的3种壁面法向网格准则(平均自由程(MFP)、自由来流参数网格雷诺数和壁面参数网格雷诺数准则)进行了分析.随后,提出了壁面参数预估方法,使得壁面参数网格雷诺数和MFP两种准则无需进行试算即可直接预估壁面法向网格尺度.其次,运用提出的壁面参数预估方法结合不同网格准则,在同一实验条件下确定多个壁面法向网格尺度,通过与实验数据对比研究各网格准则确定的壁面法向网格尺度是否满足热环境模拟精度要求,并对提出的壁面参数预估方法进行验证.最后,开展了高超声速二维完全气体及真实气体效应算例、三维钝双锥算例的数值模拟.研究表明,壁面参数预估方法是可靠的;自由来流参数网格雷诺数准则随来流静温变化所确定的网格尺度变化趋势与物理推理相悖;基于壁面参数网格雷诺数和MFP两种准则主要受壁面温度影响,其在同一条件下所确定的网格尺度基本一致,并满足热环境模拟的精度要求.