上凹型流體動壓指尖密封的型線參數(shù)優(yōu)化設計.pdf

1、隨著燃氣渦輪機工作參數(shù)的不斷提高，對傳統(tǒng)密封技術提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，在行業(yè)需求的驅動下，指尖密封等新型密封結構應運而生，然而現(xiàn)有指尖密封密封結構對發(fā)動機轉子因不平衡而產(chǎn)生的跳動影響較為敏感，由此產(chǎn)生的泄漏與磨損在指尖密封結構設計中矛盾性問題難以得到有效解決。上凹型流體動壓指尖密封是在接觸式指尖密封的基礎上衍生的非接觸式指尖密封形式，與現(xiàn)有的密封形式相比，一方面在應對航空發(fā)動機運轉中轉子的跳動時，其特殊的上凹型型線使其具備與傳統(tǒng)指尖密封不同

2、的特殊力學特性，使遲滯效應得到了較大改善；另一方面其流體動壓非接觸結構在密封性能和抗磨損性能上比現(xiàn)有指尖密封有著較大優(yōu)勢。影響上凹構型指尖密封性能的主要是型線結構參數(shù)和流體動壓靴部結構，而這方面的研究工作還是十分欠缺，因此開展上凹構型流體動壓指尖密封的型線和動壓靴結構研究具有十分重要的科學意義和工業(yè)應用價值。
　　鑒于流體動壓指尖密封系統(tǒng)的復雜性，基于其理論數(shù)學模型的計算分析難以得出準確的結果，研究將首先通過ansys workb

3、ench仿真平臺建立指尖梁型線參數(shù)化控制模型。然后在基于均勻設計理論的前提下，通過規(guī)律性組合各尺寸參數(shù)得出若干種不同構型的指尖密封構型，作為本文優(yōu)化工作的基礎樣本。對樣本中的指尖密封構型使用transient structure模塊進行瞬態(tài)分析，盡可能接近真實的設定初始條件、約束與載荷，通過改變型線控制點，從而改變指尖梁的力學特性，得到動態(tài)情況下指尖梁在轉子位移激勵作用下的遲滯率與最大接觸壓力。與此同時通過CFX模塊針對與指尖靴對應的泄

4、漏間隙流固耦合模型進行分析，以得到不同指尖靴構型在不考慮轉子跳動時的靜態(tài)密封性能。瞬態(tài)分析和流固耦合分析因對象尺度相差大，故分兩步進行，而優(yōu)化工作也需針對兩種分析分別進行。
　　分析完成后，針對結構尺寸、工況參數(shù)對密封性能影響作出研究和關聯(lián)性分析，為優(yōu)化工作提供必要條件。
　　最后，采用神經(jīng)網(wǎng)絡對分析樣本進行訓練獲取優(yōu)化所需的目標函數(shù)，并使用一種基于納什均衡原理的優(yōu)化算法對有限元分析結果進行優(yōu)化。在保證接觸壓力在一定范圍內的