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          轉子渦動對圓周石墨盤根性能的影響

              基于ANSYS Workbench分析平臺,針對圓周石墨盤根設計、使用中發現的問題,提出了圓周石墨盤根全尺寸三維動態仿真分析方法,并使用此方法對圓周石墨盤根進行了動態性能分析。結果表明,該仿真分析方法較好地反映了動態條件下,尤其是轉子渦動情況下石墨盤根的動態響應,可用于研討轉子渦動、封嚴壓差、彈簧彈力、摩擦系數以及石墨盤根結構等因素對石墨盤根與跑道間動態間隙的影響規律。利用此動態仿真分析方法,可為圓周石墨盤根的氣體泄漏率計算、彈簧力設計、結構設計等提供技術牽引,同時也為圓周石墨盤根的正向設計提供了理論基礎。
              圓周石墨盤根作為一種已在航空發動機軸承腔中成功應用的密封形式,其主要優點有技術成熟度高、許用密封壓差高、結構緊湊以及不限制轉子的軸向竄動等。隨著先進發動機中彈性支撐和齒輪傳動渦扇等新技術的廣泛應用,對圓周石墨盤根提出了更高的要求,即不僅要有更高的使用溫度和線速度,還應具有承受轉子渦動的能力。
              目前,國內外圓周石墨盤根研究主要集中在密封材料、密封結構對密封性能的影響,以及密封靜態特性等方面。對于圓周石墨盤根裝置的零件設計,主要依靠文獻及經驗數據,即根據經驗數據確定結構尺寸,并完成密封性能分析。如圓周石墨盤根的彈簧力設計,就是參照文獻及經驗值來選定并計算。但在實際工作中,彈簧力越大,石墨盤根與密封跑道之間的摩擦發熱量也越大,因此,設計需要的是既能減少摩擦發熱量,又能滿足圓周密封隨動性及貼合性要求的彈簧力,只單純依靠文獻及經驗數據很難實現這一要求。此外,由于制造誤差以及軸承游隙等原因,轉子的質心一般不會與軸的回轉軸線重合,從而導致轉子在運行過程中產生渦動,對圓周石墨盤根環與跑道間的接觸產生直接影響,進而影響圓周石墨盤根的磨損和氣體泄漏量。目前評估圓周石墨盤根氣體泄漏量也主要依靠試驗數據,對于氣體泄漏通道的形成機理并未做詳細解釋。而關于轉子渦動對圓周密封動態性能影響的研究更是少見,因此開展轉子渦動對圓周密封動態性能影響的研究具有重大的理論及實際意義。
              基于ANSYS Workbench分析平臺,提出了圓周石墨盤根全尺寸三維動態仿真分析方法,分析了轉子渦動對圓周石墨盤根性能的影響,獲得了轉子渦動、彈簧彈力和摩擦系數等參數對密封間隙的影響規律,以及密封間隙對氣體泄漏量的影響關系。此分析方法可為圓周石墨盤根的氣體泄漏率計算、彈簧力設計、結構設計等提供技術牽引。www.rogerallenband.com

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