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摘要
针对应用于航空发动机的高速气膜镶装式浮环密封，探究密封在不同结构参数、启动方式、材料结合等多因素下的开启性能。建立镶装环-石墨环-跑道的固体域模型和气膜流体域数值分析模型，得到了工作气膜厚度，气膜流场压力分布；计算密封受力，得到了密封上浮力、闭合力和开启转速等密封开启性能参数。分析镶装环与石墨环的厚度比、宽度比、镶装环-石墨环材料配对、镶装环-跑道材料配对等因素对密封开启转速的影响。搭建浮环密封试验台和浮环位移监测系统，通过试验验证了数值模拟结果。研究结果表明：浮环的镶装结构能有效改善升温时石墨环与跑道间隙减小而导致密封失效问题；镶装环材料是影响密封开启性能的敏感参数，密封开启性能随材料的线膨胀系数的升高而快速降低；镶装环与跑道的材料配对情况是影响开启性能的重要因素，镶装环与跑道材料相同时，石墨环与跑道处于“恒间隙”状态在复杂温度工况下密封的开启性能更加稳定；不同的工作机组启动方式对密封开启性能影响较大，发动机采用将转速增加至工况转速再增压得启动方式时密封开启性能最好；浮环密封在高转速高压力工况下运行受转速、压力变化的密封扰动值较低工况下更大，因此浮环密封应避免在较高压力和转速下长时间调节工况参数。研究结果为航空发动镶装式浮环密封的结构设计、材料选用、系统设计的研究提供了基础。
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单位机电工程学院; 北京化工大学
