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转子涡动对圆周石墨盘根性能的影响

    基于ANSYS Workbench分析平台,针对圆周石墨盘根设计、使用中发现的问题,提出了圆周石墨盘根全尺寸三维动态仿真分析方法,并使用此方法对圆周石墨盘根进行了动态性能分析。结果表明,该仿真分析方法较好地反映了动态条件下,尤其是转子涡动情况下石墨盘根的动态响应,可用于研讨转子涡动、封严压差、弹簧弹力、摩擦系数以及石墨盘根结构等因素对石墨盘根与跑道间动态间隙的影响规律。利用此动态仿真分析方法,可为圆周石墨盘根的气体泄漏率计算、弹簧力设计、结构设计等提供技术牵引,同时也为圆周石墨盘根的正向设计提供了理论基础。
    圆周石墨盘根作为一种已在航空发动机轴承腔中成功应用的密封形式,其主要优点有技术成熟度高、许用密封压差高、结构紧凑以及不限制转子的轴向窜动等。随着先进发动机中弹性支撑和齿轮传动涡扇等新技术的广泛应用,对圆周石墨盘根提出了更高的要求,即不仅要有更高的使用温度和线速度,还应具有承受转子涡动的能力。
    目前,国内外圆周石墨盘根研究主要集中在密封材料、密封结构对密封性能的影响,以及密封静态特性等方面。对于圆周石墨盘根装置的零件设计,主要依靠文献及经验数据,即根据经验数据确定结构尺寸,并完成密封性能分析。如圆周石墨盘根的弹簧力设计,就是参照文献及经验值来选定并计算。但在实际工作中,弹簧力越大,石墨盘根与密封跑道之间的摩擦发热量也越大,因此,设计需要的是既能减少摩擦发热量,又能满足圆周密封随动性及贴合性要求的弹簧力,只单纯依靠文献及经验数据很难实现这一要求。此外,由于制造误差以及轴承游隙等原因,转子的质心一般不会与轴的回转轴线重合,从而导致转子在运行过程中产生涡动,对圆周石墨盘根环与跑道间的接触产生直接影响,进而影响圆周石墨盘根的磨损和气体泄漏量。目前评估圆周石墨盘根气体泄漏量也主要依靠试验数据,对于气体泄漏通道的形成机理并未做详细解释。而关于转子涡动对圆周密封动态性能影响的研究更是少见,因此开展转子涡动对圆周密封动态性能影响的研究具有重大的理论及实际意义。
    基于ANSYS Workbench分析平台,提出了圆周石墨盘根全尺寸三维动态仿真分析方法,分析了转子涡动对圆周石墨盘根性能的影响,获得了转子涡动、弹簧弹力和摩擦系数等参数对密封间隙的影响规律,以及密封间隙对气体泄漏量的影响关系。此分析方法可为圆周石墨盘根的气体泄漏率计算、弹簧力设计、结构设计等提供技术牵引。www.hbxsmf.net

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