[發明專利]確定指尖密封壽命的方法

在審

• 申請號: 202011085814.1
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112214941A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 王莉娜;孫偉;崔寓淏;綦磊;趙月帥;周雪茜
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 成丹

1.確定指尖密封壽命的方法，包括以下步驟：

1)根據指尖密封的結構和工況參數，計算指尖密封的等效參數，指尖密封的等效參數包括等效質量m_i、等效結構剛度k_i、指尖靴與轉子間的接觸剛度k_c、指尖片之間以及指尖片與后擋板之間的摩擦阻力F_fi和F'_fi，每個等效參數均通過物理定義計算得到，然后根據牛頓第二定律建立指尖密封分布質量等效動力學模型，通過對這一模型的求解，獲得一個轉動周期內指尖梁與轉子間的接觸壓力，以及指尖梁中指尖靴與轉子間的泄漏間隙；

其中所述指尖密封設置在轉子外圓周上，其結構由多層指尖片交錯疊置組成，其中每層指尖片由若干個柔性的指尖梁沿周向均勻排列而成，交錯疊置的多層指尖片再由前、后擋板夾持，并通過鉚釘進行固定；

2)根據Archard摩擦模型，得到指尖密封的線磨損率γ為：

式中，K_w為無因次磨損系數，D_r為轉子直徑；H為鈷基合金材料的布氏硬度，H＝200-500Pa，n_r為轉子轉速；為指尖密封的平均接觸壓力；

則轉子轉動一周或一個周期內第i層指尖片中指尖靴尺寸因磨損而造成的尺寸減小量e_i(t)表示為：

式中，T為轉子運動周期；f為轉子一個運動周期的計算時間步數，一個運動周期包括指尖梁與轉子接觸時間段和脫離時間段；t₀為初始時刻點；Δt＝T/f為時間步長；γ_i(t₀+jΔt)為t時刻第i層指尖片的線磨損率；

一個運動周期中，N層指尖片構成的指尖密封中指尖靴平均(徑向)尺寸減小量表示為：

式中，N為指尖片層數；T為轉子運動周期；f為轉子一個運動周期的計算時間步數；t₀為初始時刻點；Δt＝T/f為時間步長；γ_i(t₀+jΔt)為t時刻第i層指尖片的線磨損率；

3)將因磨損而造成的指尖靴尺寸減小量加入指尖密封泄漏間隙數值，通過對泄漏間隙中流場域進行求解，根據流體力學的相關理論采用CFD軟件仿真分析計算后獲得流體壓力分布；

4)將這一流體壓力分布作用于新一周期的指尖密封性能計算中，主要包括計算指尖靴與轉子間的接觸壓力、磨損量、指尖密封的泄漏率，以獲得新一周期內指尖梁與轉子間的接觸壓力，進而計算出新一周期內指尖密封的磨損量；

5)重復步驟1)至步驟4)，即實現動態條件下指尖密封漸進磨損量，即獲得不同時刻t下指尖靴與轉子間的接觸壓力或磨損量、指尖密封的泄漏率；

6)然后根據考慮漸進磨損效應的指尖密封泄漏性能隨服役時間增長的變化規律擬合數學模型，經外推后確定指尖密封的壽命。

2.如權利要求1所述的方法，其中，考慮到轉子表面涂層的影響，按照干摩擦選取K_w＝1.22×10^-6。

3.如權利要求1所述的方法，其中，指尖密封主要結構參數有：D_w為指尖密封外圓直徑；D_e為指尖梁根圓直徑；R_c為指尖梁圓弧型線半徑；D_cc為圓弧中心圓直徑；D_r為轉子直徑；h_x為指尖靴高度；β為指尖靴間隙角；δ為指尖片厚度；θ為轉子傾斜角度，此外，指尖密封高壓腔氣體壓力為P_H；低壓腔氣體壓力為P_L。

4.如權利要求1所述的方法，其中，當指尖梁與轉子處于接觸狀態時，建立的指尖密封分布質量等效動力學模型為：

當指尖梁與轉子處于脫離狀態時，建立的指尖密封分布質量等效動力學模型為

5.如權利要求1所述的方法，其中，指尖密封結構如下：

指尖密封由多層指尖片交錯疊置組成，其中每層指尖片由若干個柔性的指尖梁沿周向均勻排列而成，交錯疊置的多層指尖片再由前、后擋板夾持，并通過鉚釘進行固定，指尖密封主要結構參數有：D_w為指尖密封外圓直徑；D_e為指尖梁根圓直徑；R_c為指尖梁圓弧型線半徑；D_cc為圓弧中心圓直徑；D_r為轉子直徑；h_x為指尖靴高度；β為指尖靴間隙角；δ為指尖片厚度；θ為轉子傾斜角度。此外，指尖密封高壓腔氣體壓力為P_H；低壓腔氣體壓力為P_L。