航空發(fā)動機典型篦齒封嚴(yán)泄漏特性的數(shù)值和實驗研究.pdf

1、篦齒封嚴(yán)是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的封嚴(yán)結(jié)構(gòu)，在航空發(fā)動機等旋轉(zhuǎn)機械中得到了廣泛的應(yīng)用。它主要利用流道的突擴和突縮，消耗流體的動能增加流阻以限制或阻止流體泄漏。篦齒封嚴(yán)性能的提高對發(fā)動機性能的改善具有顯著的作用。但目前國內(nèi)對一些典型篦齒封嚴(yán)結(jié)構(gòu)如金屬蜂窩襯套、過渡狀態(tài)下篦齒切入襯套等結(jié)構(gòu)的泄漏特性尚缺乏詳細(xì)的研究，尚不具備完善的篦齒封嚴(yán)數(shù)據(jù)庫。本文針對這些問題開展了一定的深入研究。 首先對國內(nèi)外有關(guān)篦齒封嚴(yán)的文獻(xiàn)進(jìn)行了綜合分析，

2、歸納了各主要影響因素對篦齒封嚴(yán)特性的影響規(guī)律。其次設(shè)計并建立了篦齒封嚴(yán)旋轉(zhuǎn)實驗臺，該臺最大轉(zhuǎn)速為3000r/min，進(jìn)口最大壓力為0.8Mpa，可對齒尖直徑介于70～590mm之間的篦齒封嚴(yán)結(jié)構(gòu)的泄漏特性進(jìn)行實驗。然后對直通篦齒－光滑襯套、直通篦齒－蜂窩襯套和臺階篦齒－光滑襯套等3種篦齒封嚴(yán)結(jié)構(gòu)的泄漏特性進(jìn)行了實驗研究和數(shù)值計算。分析了齒腔的射流特性、篦齒臨界特性以及壓力損失特性，研究了篦齒結(jié)構(gòu)尺寸、轉(zhuǎn)速和壓比等參數(shù)的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)

3、上發(fā)展了封嚴(yán)性能更好的直通篦齒－齒間淺槽襯套封嚴(yán)結(jié)構(gòu)。 研究表明在發(fā)動機起動階段，篦齒前腔壓力逐漸升高的過程中，齒腔內(nèi)的流體在射流的卷吸作用和流體的粘性作用下運動并產(chǎn)生旋渦，齒腔內(nèi)旋渦的大小和位置不斷發(fā)生變化并逐步趨于穩(wěn)定。在穩(wěn)定狀態(tài)下，齒間壓力沿流動方向線性下降。齒腔內(nèi)的射流符合二維壁面射流特性，據(jù)此發(fā)展的泄漏量計算公式比基于自由射流理論的公式得到的泄漏量更接近于實驗值。 篦齒封嚴(yán)的泄漏系數(shù)隨著篦齒組件進(jìn)出口壓比的

4、增加迅速增加；當(dāng)最后一節(jié)篦齒齒尖處流動處于堵塞狀態(tài)時，隨著進(jìn)出口壓比的進(jìn)一步增加，篦齒泄漏系數(shù)不再發(fā)生變化，但臨界截面向來流方向移動。在節(jié)流間隙小于0.25mm時，篦齒－蜂窩襯套結(jié)構(gòu)的封嚴(yán)性能比等間隙下篦齒－光滑襯套要差。上臺階篦齒和下臺階篦齒的封嚴(yán)特性相當(dāng)，其泄漏系數(shù)比齒型相同的直通齒降低了30％。在不考慮實際結(jié)構(gòu)由于轉(zhuǎn)速和溫度變化引起的間隙變化時，除了在高轉(zhuǎn)速時臺階篦齒的泄漏量隨轉(zhuǎn)速的增加線性下降外，旋轉(zhuǎn)對所研究的其余各種篦齒封嚴(yán)的