[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

本發明公開了一種確定指尖密封壽命的方法，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；2)根據Archard摩擦模型，得到指尖密封的線磨損率γ；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，以獲得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；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。

技術領域

本發明屬于航空發動機密封技術領域，具體來說，涉及一種確定指尖密封漸進磨損量的方法，可以用于對指尖密封壽命進行精確預測。

背景技術

當前，一種先進的密封技術—指尖密封結構綜合了篦齒密封結構簡單和刷密封具有柔順性的優點，使其在航空發動機密封系統中具有潛在的應用價值，近年來受到國內外學者及NASA等專門機構的廣泛關注與研究。

“泄漏”和“磨損”是衡量指尖密封性能優劣的兩個相互矛盾的重要指標，當前僅局限于分析若干工作周期或極短時間內指尖密封的性能，而這一期間指尖密封因磨損造成指尖密封泄漏性能的影響甚微，可以忽略不計。但隨著指尖密封服役時間的增長，指尖密封因磨損而造成的指尖密封泄漏性能的影響將不能被忽略，且指尖密封的磨損量隨服役時間的增長呈現非線性變化趨勢。現有的理論研究方法中計算的指尖密封的磨損量始終保持恒定值，且尚未將指尖密封磨損的影響計入指尖密封泄漏性能分析中。現有的指尖密封是通過前后擋板之間設置三層以上指尖密封構成的，然而本發明中針對的對象是前后擋板之間通過鉚釘進行固定的，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，具體的結構參見附圖1。其中多層指尖密封片本發明中是9層指尖密封片。

基于上述分析，本發明建立了指尖密封漸進磨損量的確定方法，并獲得磨損量與泄漏間的關聯規律，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，經外推后可實現對指尖密封壽命的預測。

發明內容

由于指尖密封每一工作周期，均會出現指尖密封磨損(或指尖靴材料剔除)的現象，進而會造成指尖密封泄漏率的逐漸增大或泄漏性能的逐步劣化問題。針對這一問題，本發明提供了一種確定指尖密封壽命的方法，可以為有長服役期要求的指尖密封壽命的預測提供依據。

本發明的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'f_i，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。