【摘 要】
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刷式密封是一种在航空发动机等透平机械中发挥重要作用的接触式动密封。随着航空发动机涡轮前温度和主轴转速不断提高,由转子受热膨胀与离心伸长等引起的刷丝与转子跑道表面耐磨涂层发生摩擦磨损,导致刷式密封的封严性能与使用寿命下降的问题越来越突出,因此开展刷式密封摩擦磨损特性研究具有重要意义。本文从理论、数值与实验三方面开展研究。理论方面,建立了三维稳态实体刷式密封理论模型,推导了刷丝磨损长度理论公式;数值方
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刷式密封是一种在航空发动机等透平机械中发挥重要作用的接触式动密封。随着航空发动机涡轮前温度和主轴转速不断提高,由转子受热膨胀与离心伸长等引起的刷丝与转子跑道表面耐磨涂层发生摩擦磨损,导致刷式密封的封严性能与使用寿命下降的问题越来越突出,因此开展刷式密封摩擦磨损特性研究具有重要意义。本文从理论、数值与实验三方面开展研究。理论方面,建立了三维稳态实体刷式密封理论模型,推导了刷丝磨损长度理论公式;数值方面,建立了考虑刷丝磨损的刷式密封泄漏流动特性数值模型,研究了刷丝磨损对泄漏流动特性的影响;实验方面,设计搭建了刷式密封摩擦磨损特性实验装置,研究了刷式密封摩擦磨损特性和刷丝与转子涂层摩擦副匹配性。研究结果表明:从刷丝束上游到下游,刷丝与转子间正压力和刷丝磨损长度均先减小后增大;刷式密封泄漏量变化率随刷丝直径的增加而增加,随着刷丝长度的增加而减小;刷式密封在干涉加载和卸载阶段、在转速升高和降低阶段,均表现出滞后效应;刷式密封摩擦系数随刷丝与转子间干涉量的增加而降低,随转子转速的增加而降低,随摩擦时长增加,摩擦系数在磨损初期先迅速降低,之后基本保持稳定;刷式密封刷丝磨损量随刷丝与转子间干涉量的增加而增大;在本文研究工况下,当刷丝材料为镍基高温合金时,最佳转子涂层材料为Zr2O3;当刷丝材料为钴基高温合金时,最佳转子涂层材料为WC。本文研究成果为刷式密封优化设计提供理论依据。
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