[发明专利]确定指尖密封寿命的方法

说明书

本发明公开了一种确定指尖密封寿命的方法，1)根据指尖密封的结构和工况参数，计算指尖密封的等效参数；2)根据Archard摩擦模型，得到指尖密封的线磨损率γ；3)将因磨损而造成的指尖靴尺寸减小量加入指尖密封泄漏间隙数值，通过对泄漏间隙中流场域进行求解，根据流体力学的相关理论采用CFD软件仿真分析计算后获得流体压力分布；4)将这一流体压力分布作用于新一周期的指尖密封性能计算中，以获得新一周期内指尖密封的磨损量；5)重复步骤1)至步骤4)，即实现动态条件下指尖密封渐进磨损量；6)然后根据考虑渐进磨损效应的指尖密封泄漏性能随服役时间增长的变化规律拟合数学模型，经外推后确定指尖密封的寿命。

技术领域

本发明属于航空发动机密封技术领域，具体来说，涉及一种确定指尖密封渐进磨损量的方法，可以用于对指尖密封寿命进行精确预测。

背景技术

当前，一种先进的密封技术—指尖密封结构综合了篦齿密封结构简单和刷密封具有柔顺性的优点，使其在航空发动机密封系统中具有潜在的应用价值，近年来受到国内外学者及NASA等专门机构的广泛关注与研究。

“泄漏”和“磨损”是衡量指尖密封性能优劣的两个相互矛盾的重要指标，当前仅局限于分析若干工作周期或极短时间内指尖密封的性能，而这一期间指尖密封因磨损造成指尖密封泄漏性能的影响甚微，可以忽略不计。但随着指尖密封服役时间的增长，指尖密封因磨损而造成的指尖密封泄漏性能的影响将不能被忽略，且指尖密封的磨损量随服役时间的增长呈现非线性变化趋势。现有的理论研究方法中计算的指尖密封的磨损量始终保持恒定值，且尚未将指尖密封磨损的影响计入指尖密封泄漏性能分析中。现有的指尖密封是通过前后挡板之间设置三层以上指尖密封构成的，然而本发明中针对的对象是前后挡板之间通过铆钉进行固定的，指尖密封由多层指尖片交错叠置组成，其中每层指尖片由若干个柔性的指尖梁沿周向均匀排列而成，交错叠置的多层指尖片再由前、后挡板夹持，具体的结构参见附图1。其中多层指尖密封片本发明中是9层指尖密封片。

基于上述分析，本发明建立了指尖密封渐进磨损量的确定方法，并获得磨损量与泄漏间的关联规律，然后根据考虑渐进磨损效应的指尖密封泄漏性能随服役时间增长的变化规律拟合数学模型，经外推后可实现对指尖密封寿命的预测。

发明内容

由于指尖密封每一工作周期，均会出现指尖密封磨损(或指尖靴材料剔除)的现象，进而会造成指尖密封泄漏率的逐渐增大或泄漏性能的逐步劣化问题。针对这一问题，本发明提供了一种确定指尖密封寿命的方法，可以为有长服役期要求的指尖密封寿命的预测提供依据。

本发明的确定指尖密封寿命的方法，包括以下步骤：

1)根据指尖密封的结构和工况参数，计算指尖密封的等效参数，指尖密封的等效参数包括等效质量m_i、等效结构刚度k_i、指尖靴与转子间的接触刚度k_c、指尖片之间以及指尖片与后挡板之间的摩擦阻力F_fi和F'f_i，每个等效参数均通过物理定义计算得到，然后根据牛顿第二定律建立指尖密封分布质量等效动力学模型，通过对这一模型的求解，获得一个转动周期内指尖梁与转子间的接触压力，以及指尖梁中指尖靴与转子间的泄漏间隙；

其中所述指尖密封设置在转子外圆周上，其结构由多层指尖片交错叠置组成，其中每层指尖片由若干个柔性的指尖梁沿周向均匀排列而成，交错叠置的多层指尖片再由前、后挡板夹持，并通过铆钉进行固定；

2)根据Archard摩擦模型，得到指尖密封的线磨损率γ为：

式中，K_w为无因次磨损系数，D_r为转子直径；H为钴基合金材料的布氏硬度，H＝200-500Pa；n_r为转子转速；为指尖密封的平均接触压力。