基于stackelberg对策的指尖密封性能优化研究

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1、西北工业大学硕士学位论文第一章绪论提高其封严性能和使用寿命，一直是指尖密封研究工作的重点所在。需要注意的是，指尖密封的封严性能的改善和使用寿命的提高因为其结构上的制约而彼此之间是互相矛盾的。同时，由于在实际工程应用中指尖密封装置所应用位置的不同和工况条件的差异，对封严性能和使用寿命的要求往往又处于互有差异，有些情况下要主要考虑封严性能，认为使用寿命是次要的，有些情况下则要优先考虑使用寿命，然后再考虑封严性能。1．2．2指尖密封国内外研究工作的现状最早由JohIl∞n【151’Mackcy【16，17】和Hey“ch【l明提出并申请专利的指尖密

2、封，其基本原理和刷式密封相似，都是由大量一端固定而另一端与旋转表面相接触的柔性组件构成，只是用一组指尖梁取代了刷式密封中的刷毛束。和刷式密封一样，指尖密封在装配时也预加载荷，在使用过程中出现的泄漏、磨损以及功率损失特性和刷式密封相比也没有太大的区别，并且保留了刷式密封随转子径向跳动、离心变形及热膨胀变形柔顺性的特点。H％拍cl【s在研究报告中首次对指尖密封的性能进行了数值分析【聊，计算结果表明，在相同工况条件下，指尖密封的泄漏量远小于篦齿密封，而和刷式密封相当。上世纪九十年代末，NAsA的Gl咖研究中心采用有限元技术分析指尖密封在动态接触条件

3、下的密封性能，并进行了相应的试验工作。G1％n研究中心的学者在对筛选出的13种结构形式的指尖密封进行分析和试验后，提出了具有低泄漏、低成本，适用于高温、高压差条件的所谓“压力平衡式指尖密封”刚，以降低指尖密封工作时所存在的迟滞影响，提高指尖密封的封严性能。Gle皿研究中心经过大量的性能试验，如迟滞试验和耐久疲劳试验之后，已准备将这种指尖密封用于航空发动机，为2005．2007年装备先进航空发动机提供高性能的密封装置。Braun等人从流体动力学的角度，采用数值仿真方法，分析了指尖密封封严性能和结构参数、工况条件之间的关系，然后在考虑流体膜刚度和

4、阻尼的情况下，将指尖密封系统简化为弹簧一质量一阻尼动力学模型，在此基础上对指尖密封系统在周期激励下的运动进行了仿真，为指尖密封的研究工作提出了新的思路【2”。此外，A∞n等人从指尖靴部的流体效应出发，提出了一种带有流体动压提升靴的双片式非接触指尖密封网。这种所谓具有“自适应”特征的指尖密封，其指尖靴可以随压力变化及转子的运转情况作相应变形，另外在转子表面上亦制出相匹配的螺旋浅槽，以形成合理的流体膜间隙，减少指尖靴与转子的磨损。这种指尖密封结构更多的是考虑密封装置的使用寿命，因而在封严性能方面做出了牺牲，另外在转子表面上制出螺旋浅槽也限制了这种

5、指尖密西北工业大学硕士学位论文第一章绪论封结构在航空发动机中的应用。国内西北工业大学和中国燃气涡轮研究院率先开展了指尖密封的研究c23-33】。陈国定等人针对指尖密封端面结构型线、指尖密封轴向布局、后遮流板结构尺寸、工况条件及装配过程对指尖密封迟滞特性和接触特性的影响开展了较系统的研究工作，获得了有价值的理论成果，并且促进了国内这一领域的研究。雷燕妮将指尖密封系统转化为弹簧一质量一阻尼动力学模型，解决了指尖密封动态迟滞特性分析难以进行的问题。苏华利用大型商用有限元软件ANsYs实现了渐开线型指尖密封以低迟滞为耳标的单目标优化。吴银娥以迟滞程度

6、最小为目标，对指尖曲梁型线进行了优化。中国燃气涡轮研究院的研究人员进行了若干指尖密封的静态和动态条件下初步的性能和寿命试验工作，试验结果经显示出了指尖密封很高的应用价值。哈尔滨工程大学和哈尔滨船舶锅炉与涡轮机研究所近期也开展了指尖密封的研究工作，王旭等人分别从流体效应的角度出发，进行了指尖密封泄漏流动的数值仿真研究洲。应该指出的是，迄今为止无论是理论分析还是试验研究，国内有关指尖密封的研究尚处于基础性阶段，和国外的研究工作相比在实用性、系统性和创新性方面仍有不小的差距，而近年来介绍国外在这一研究领域进展的文献也很有限，这可能和研究工作进行到一

7、定程度需要保密有关。1．2．3指尖密封研究工作中所存在的问题通过分析现有的国内外有关文献资料，作者认为对指尖密封的研究存在以下问题：‘1)诸如“压力平衡型指尖密封”和“双片流体薄膜式指尖密封”，都只是提升了指尖密封装置的单一性能，而另一性能的不恶化则是通过其它结构的处理来实现的。通过这种方式处理指尖密封的封严性能和使用寿命的矛盾，实际上是一种矛盾的转移，存在着对其它部件或结构有过高要求，或牺牲了其它部件性能的问题。此外，这种密封形式在结构实现上也较为困难，增加了制造成本，同时也降低了密封的可靠性；(2)由于表征指尖密封封严性能和使用寿命的指标

8、无法表示成其结构参数的显函数，因此指尖密封性能优化数学模型的建立比较困难，可控优化难以进行。迄今为止，指尖密封的优化研究大都是在实验和有限元仿真计算的基础上，在一定