带浮升力垫片的指式封严泄漏特性数值分析

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1、第4l卷第5期2011年9月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueVoJ41No5Sep201l带浮升力垫片的指式封严泄漏特性数值分析曹静，吉洪湖，金峰，陈俊(南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京210016)摘要：对带浮升力垫片的指式封严的泄漏特性和浮升力进行了数值模拟，计算中将封严片组处理为多孔介质，将浮升力垫片与转于跑道之间的间隙固定于某一数值．暂没考虑流动和固体变形的耦合过程。结果表明：封严间隙是影响泄漏的首要因素；增加高压封严片层数对泄漏量有一定影响

2、；单纯的转子线速度变化对泄漏量几平无影响；封严问隙一定时，压差越大．浮升力垫片所受浮升力越大；压差一定时．封严间隙越小．浮升力垫片所受浮升力越大；浮升力垫片所受浮升力随转子线速度的增大而减小。关键词：指式封严；浮升力垫片；封严问隙；泄漏量；浮升力中国分类号：V23文献标识码：A文章编号：1671．654X(2011)05—0068—04NumericalAnalysisofLeakageCharacteristicsforLifting—padsofFingerSealsCA0ling，JIHon

3、g—hu．JINFeng，CHENJun(CollegeofEnergyandPowerEngineering，Na叫ngUniversityofAeronauticsandAstronautics，Na彬ng210016，China)Abstract：Theleakagepatternsandfloating一1讯oflifting—padsoffingersealsaresimulatedinthisessay．sealgroupsistreatedasaporousregion，thegap

4、betweensealsandrotorisfixedinconstant，andfluid—solidinteractionisnolconsidered．Theresearchworkindicates：sealgapistheprimaryfactoraffectingleakage；increasinglayersofhighpressuresealshasinfluenceonleakage；therotorspeedshardlyinflu—encesleakage；thefloati

5、ng-liftoflifting-padsincreaseswhenpressuredifferentialsincreases，whilesealgapisinvariable；thefloating-lmoflifting—padsincreaseswhensealgapdecreases．whilepressurediffer-entialsisunchanged；thehighertherotorspeedsis，thesmallerthefloating—liftbecomes．Keyw

6、ords：fingerseals；lifting-pads；sealgap；leakage；floating-force．引言指式封严是继篦齿封严和刷式封严之后发展起来的一种新型封严技术”“1，它可应用于航空发动机中压气机与涡轮级问的气路密封。最早提出的指式封严是接触式封严，具有低泄漏、结构简单、制造成本低的优点；但它的缺点也不容忽视，它与转子一般是过盈配合，在两者接触面产生摩擦热，转子转速较高时，摩擦热引起结构局部升温，降低了指式封严结构的耐久性和使用寿命。鉴于此，Arora”j提出了“带浮升力

7、垫片的指式封严”，它是一种典型的非接触式封严，不同于接触式指式封严的是，它的低压指尖靴沿轴向有一定的延伸长度，称作浮升力垫片。浮升力垫片有几种不同的结构形式，如直板式、周向／轴向收敛型、Rayleigh型、凹槽型等。李国见”o、宗兆科”J对带周向收敛型浮升力垫片的指式封严结构的泄漏特性进行了数值模拟，得到转子转速一定时，指式封严的泄漏量随压差的增大而增大，没考虑指梁部分对泄漏量的影响；马晓林”1基于等效动力学模型也对该结构进行了动力学及泄漏特性分析，得到指式封严的泄漏量随压差和封严间隙的增大而显著

8、增大。也只考虑了指尖靴部分；白花蕾”’采用多孔介质模型对接触式指式封严的泄漏特性进行了数值计算。直板式的浮升力垫片结构简单、工作可靠，在周向和轴向方向上直板式浮升力垫片的径向厚度保持不变，而且保证浮升力垫片与转子之间有微小间隙，两者间无摩擦。鉴于此，本文对直板式的浮升力垫片指式封严的泄漏特性和浮升力进行了计算．而且本文将封严片组处理为多孔介质，这样就考虑了指梁间间隙及封严片问间隙对泄漏量的影响。‘收稿日期：20lI一06—22修订日期：2011一鹏一22作者简介：曹静(1986一)