圆弧型指尖密封的几何构型特征及结构优化

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1、第31卷2010矩第2期2月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRoNAUTlCASlNICAV01．3lNo．2Feb．2010文章编号：1000—6893(2010)02—0393一07圆弧型指尖密封的几何构型特征及结构优化宗兆科，苏华(西北工业大学机电学院，陕西西安710072)GeometricFeatureandStructureOptimizationofArcFingerSealZongZhaoke，SuHua(SchoolofMechatronics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，xi’an7

2、10072，China)摘要：对圆弧型指尖密封构型特征进行了分析，确定了型线圆弧半径与圆弧中心圆半径的关系及取值范围；建立了指尖密封低泄漏和低磨损的综合性能优化设计方法。优化箅例表明：通过该优化设计方法可以得到满足一定工况条件的综合性能良好的圆弧型指尖密封结构。通过对设计变量的灵敏度分析发现，在圆弧型指尖密封设计变量中对综合性能影响程度从大到小依次为型线圆弧半径、指尖梁宽度角、指尖靴高、下游保护高度和密封片厚度。与渐开线型指尖密封比较。圆弧型指尖密封在低泄漏性能上更具优势。本文工作为深入研究圆弧型指尖密封以期获得适应于不同条件的、性能更优的指尖密封结构形式奠定了

3、一定的基础。关键词：圆弧型指尖密封；泄漏率；磨损率；综合性能优化；灵敏度分析中图分类号：THl22；TB42文献标识码：AAbstract：Thegeometricfeatureofthearcfingersealisanalysed．TherelationshipbetweenthefingerstickarcradiusandthestickarccentercircleradiiandtheirvaluescopearedeterminedtOO．Theintegrativecapabilityoptimizationmethodoffingerseals

4、withtheobjectivesoflowleakageandlowwearfunctionisestablished．Anoptimizationexampleindicatedthatitispossibletoobtainanarcfingersealstructurewithgoodintegrationperformanceincertainconditions．Byanalysingthesensitivityofdesignvariables，itisdiscoveredthatthevarablesaffectingtheperformance

5、ofthesealincludeindecreasingorder，thestickarcradius，thefingerrepeatangle，theheightofthefingerfoot，theheightbetweenthebackplateandrotorsurfaceandthethicknessoftheseal．Comparedwiththeinvolutefingerseal，thearcfingersealhastheadvantageoflowleakage．Theworkprovidesabasisforfurtherstudyonth

6、earcfingersealtoobtainbetterstructureindifferentconditions．Keywords：arcfingerseal；leakagerate；wearrate；integrativecapabilityoptimization；sensitivityanalysis指尖密封是继蓖齿密封和刷式密封后出现的一种新型密封技术，可用于航空发动机中气流流路密封及主轴承腔密封。由于其优良的性能价格比，使得指尖密封相关研究工作的开展具有重要的意义和良好的应用前景n]。已有研究工作表明，指尖密封应具有低迟滞以降低泄漏量，并应具有低刚

7、度以减小磨损，这是指尖密封结构设计中所要解决的一对主要矛盾。目前国外主要研究非接触式指尖密封以解决磨损问题‘21，而国内主要从平衡／优化指尖密封的泄漏与磨损的矛盾方面研究接触式指尖密封¨1；从所采用的型线上看多为制造容易控制的渐开线型线‘43或圆弧型线‘引。圆弧型线首先由文献E53提出，但使用对象主要针对非接触式指尖密封，而且文献[5]提供的是在给定条件下的一组具体几何收藕日期：2009—01—06：修订日期：2009—03—15基金项目：国家自然科学基金(50575182)通讯作者：苏华E—mail：huasu@nwpu．edu．cll参数，因此在使用时存在以

8、下问题亟需解决：圆弧型线