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各级差异化多级刷式密封级间压降均衡性数值与实验研究

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航空动力学报 2022年第5期37卷 934-945页

作者：赵欢李业隆孙丹慕伟马婷胡广阳沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136 中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航空发动机集团有限公司航空发动机动力传输航空科技重点实验室沈阳110015

分析多级刷式密封级间压降分配特性理论,提出新型各级差异化多级刷式密封结构,基于流固耦合方法建立新型多级刷式密封三维实体计算模型,设计搭建新型多级刷式密封泄漏流动特性实验装置,数值与实验研究在不同工况条件下,结构参数对新型... 详细信息

分析多级刷式密封级间压降分配特性理论,提出新型各级差异化多级刷式密封结构,基于流固耦合方法建立新型多级刷式密封三维实体计算模型,设计搭建新型多级刷式密封泄漏流动特性实验装置,数值与实验研究在不同工况条件下,结构参数对新型结构多级刷式密封级间压降均衡性和泄漏特性的影响规律。研究结果表明:传统结构多级刷式密封各级级间压降占比均衡性标准差为8.41,新型结构各级级间压降占比均衡性标准差最大为4.69,最小为2.07。相较传统各级相同结构,增大下游级有效流通面积的新型各级差异化多级刷式密封可有效改善级间压降的不均衡性。提高后挡板保护高度使得新型结构各级级间压降占比均衡性标准差最小,各级级间压降占比较接近,可明显改善新型结构多级刷式密封级间压降均衡性。减少刷丝束厚度和增大刷丝束与转子面间隙使新型结构多级刷式密封的泄漏量增大明显。

关键词：新型各级差异化多级刷式密封流固耦合三维实体建模级间压降均衡性泄漏流动

多级刷式密封级间流动传热特性数值与实验研究

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航空动力学报 2022年

作者：李业隆赵欢孙丹慕伟马婷胡广阳中国航发航空发动机动力传输航空科技重点实验室中国航发沈阳发动机研究所沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室

理论分析了多级刷式密封级间流动传热特性，设计加工了提高后挡板高度、减少刷丝束厚度两种各级差异化结构多级刷式密封实验件，在高温静态、常温动态及高温动态工况下，实验研究了其泄漏特性、级间温度分布特性。建立了三维实体多级刷... 详细信息

理论分析了多级刷式密封级间流动传热特性，设计加工了提高后挡板高度、减少刷丝束厚度两种各级差异化结构多级刷式密封实验件，在高温静态、常温动态及高温动态工况下，实验研究了其泄漏特性、级间温度分布特性。建立了三维实体多级刷式密封流动传热特性求解模型，数值与实验对比验证，研究了工况参数对两种各级差异化结构及各级相同结构多级刷式密封级间流动传热特性的影响规律。研究表明，提高后挡板高度与减少刷丝束厚度两种各级差异化结构多级刷式密封，各级间温度在高温静态与高温动态工况下随上下游压差的升高而增大，在常温动态工况下随上下游压差的升高而减小，高温动态工况下各级间温度整体上大于高温静态工况，泄漏量整体上小于高温静态工况。三种结构多级刷式密封第二级间温度均高于第一级间温度，各级相同结构各级间温度最高，减少刷丝束厚度结构最低，各级相同结构末级刷丝束上下游压差最大，压降分配均衡性最差。提高后挡板高度结构泄漏量最高，减少刷丝束厚度结构次之，各级相同结构最低。

关键词：多级刷式密封级间流动传热特性高温动态三维实体建模温度分布

钴基合金刷丝与碳化铬涂层高线速度磨损行为研究

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摩擦学学报 2022年第6期42卷 1216-1225页

作者：徐乙人祝天一李永健王长亮马婷胡广阳王玉明清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084 中国航发北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室北京100095 中国航发沈阳发动机研究所航空发动机动力传输重点实验室辽宁沈阳110015

在超高速磨损试验器上开展刷式密封磨损试验,摩擦副为GH5605钴基高温合金刷丝束和喷涂碳化铬耐磨涂层的跑道试样,最高摩擦线速度达到400 m/s.利用扫描电镜和能谱分析研究了摩擦表面的磨损形貌及材料成分,发现试验后的碳化铬涂层存在材... 详细信息

在超高速磨损试验器上开展刷式密封磨损试验,摩擦副为GH5605钴基高温合金刷丝束和喷涂碳化铬耐磨涂层的跑道试样,最高摩擦线速度达到400 m/s.利用扫描电镜和能谱分析研究了摩擦表面的磨损形貌及材料成分,发现试验后的碳化铬涂层存在材料剥落和刷丝材料附着,刷丝尖端出现以犁沟和涂抹为主要特征的磨损,且摩擦线速度达到400 m/s时出现刷丝尖端粘连和严重氧化现象.通过分析刷丝尖端磨损形貌的形成机制及摩擦表面的材料转移机理,认为刷丝尖端的主要磨损机制为二体磨粒磨损,而涂层的材料剥落现象会加剧其对刷丝的磨粒磨损作用.使用共聚焦显微镜测量了磨痕深度,并与转子离心涨大变形量进行对比分析,分析结果表明超高线速度条件下转子的离心涨大增加了刷丝束和跑道涂层间的干涉,显著加剧了摩擦副的磨损.

关键词：航空发动机刷式密封磨粒磨损黏着磨损磨损机理

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柱面气膜密封界面结构与性能分析

航空动力学报 2011年第11期26卷 2610-2616页

作者：马纲栗秀花沈心敏胡广阳北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所沈阳110015

选择并针对柱面气膜密封中六种典型的螺旋槽派生界面结构,基于有限元数值分析方法进行了气膜力学特性及密封特性的定量计算和分析比较;建立了不同界面型式的密封特性与可压缩数、膜厚的关系曲线;研究分析了不同界面结构密封特性变化特... 详细信息

选择并针对柱面气膜密封中六种典型的螺旋槽派生界面结构,基于有限元数值分析方法进行了气膜力学特性及密封特性的定量计算和分析比较;建立了不同界面型式的密封特性与可压缩数、膜厚的关系曲线;研究分析了不同界面结构密封特性变化特点和应用中的优劣势,为密封系统研究和设计选型提供了理论基础及指导.分析中的每种密封界面结构参数均为依据有关文献选取的优化或近似优化数据,采用的计算分析方法可拓展应用到其他结构中.

关键词：柱面气膜密封界面结构有限元法气膜特性定量分析

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喷油润滑型激光脸机械密封试验研究

润滑与密封 2023年第3期48卷 206-212页

作者：王铭章胡广阳马婷郝木明任宝杰李勇凡中国航发沈阳发动机研究所辽宁沈阳110015 中国航空发动机集团航空发动机动力传输重点实验室辽宁沈阳110015 中国石油大学(华东)新能源学院山东青岛266580 东营海森密封技术有限责任公司山东东营257000

针对航空发动机附件机匣传动轴端机械密封易提早失效的问题,提出在其端面开设激光脸槽型的改进方法,采用试验手段研究在喷油润滑条件下,激光脸机械密封的摩擦磨损特性、热特性及泄漏情况。自主设计可模拟喷油润滑工况的机械密封试验工装... 详细信息

针对航空发动机附件机匣传动轴端机械密封易提早失效的问题,提出在其端面开设激光脸槽型的改进方法,采用试验手段研究在喷油润滑条件下,激光脸机械密封的摩擦磨损特性、热特性及泄漏情况。自主设计可模拟喷油润滑工况的机械密封试验工装,定制可进行润滑油加热的集成型液压站作为辅助系统,分别进行变工况运转试验和长时稳态工况试验。结果表明:在变工况以及稳态工况运转条件下运转后动、静环端面均无明显磨损;在介质温度较为稳定的情况下,动环和轴套温度均能保持稳定;在整个试验过程中,机械密封均无泄漏发生,表明激光脸机械密封在喷油润滑工况下具备良好的热特性和密封效果。

关键词：激光脸槽型机械密封变工况运转长时运转热特性

基于多物理场耦合的航空发动机燃油泵液膜密封仿真分析与试验

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润滑与密封 2022年第12期47卷 75-82页

作者：任宝杰郝木明胡广阳王铭章苏志善李勇凡东营海森密封技术有限责任公司山东东营257000 中国石油大学(华东)新能源学院山东青岛266580 中国航空发动机集团航空发动机动力传输重点实验室辽宁沈阳110015 中国航发西安动力控制科技有限公司陕西西安710077

针对航空发动机燃油增压泵接触式机械密封润滑失效问题,通过多物理场耦合仿真和试验分析人字槽液膜密封用于燃油增压泵的可行性。基于考虑粗糙度的雷诺方程、能量方程和热传导方程建立液膜密封多物理场模型,分析密封温度特性、泄漏特性... 详细信息

针对航空发动机燃油增压泵接触式机械密封润滑失效问题,通过多物理场耦合仿真和试验分析人字槽液膜密封用于燃油增压泵的可行性。基于考虑粗糙度的雷诺方程、能量方程和热传导方程建立液膜密封多物理场模型,分析密封温度特性、泄漏特性等关键性能参数,并针对人字槽液膜密封开展密封性能试验研究。结果表明:与平端面接触式机械密封相比,人字槽型密封端面平均温度降低约50℃,有利于密封运行稳定性的提高;试验运行过程中密封各处温度稳定,泄漏量为0,满足燃油增压泵对密封的性能要求。

关键词：多物理场耦合液膜密封人字槽燃油增压泵

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柔性支承浮环柱面气膜密封准动态特性分析

航空动力学报 2010年第5期25卷 1190-1196页

作者：马纲席平沈心敏胡广阳北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所沈阳110015

通过对柔性支承浮环柱面气膜密封系统工况特点和工作原理的研究,分析了该密封系统的设计分析要点;提出该密封系统的准动态特性计算分析方法,建立了基于旋转坐标系的系统稳态工作特性的数值计算模型;采用有限元法实现了密封气膜力学特性... 详细信息

通过对柔性支承浮环柱面气膜密封系统工况特点和工作原理的研究,分析了该密封系统的设计分析要点;提出该密封系统的准动态特性计算分析方法,建立了基于旋转坐标系的系统稳态工作特性的数值计算模型;采用有限元法实现了密封气膜力学特性和密封稳态特性的计算仿真.计算得到了反转轴间柔性支承浮环柱面气膜密封系统的主要密封特性参数随膜厚变化的特性曲线,为密封系统设计提供了理论基础.

关键词：柔性支承柱面气膜准动态特性有限元法反转轴间密封

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基于多孔介质模型的指尖密封泄漏流动分析

航空动力学报 2016年第6期31卷 1303-1308页

作者：白花蕾王伟张振生胡广阳中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所沈阳110015

将指尖密封处理为多孔介质,把压力梯度作为多孔介质动量方程中的源项,根据试验结果确定了源项中的系数,结合指尖密封的结构参数提出了用于指尖密封泄漏的多孔介质模型,利用该模型计算结果与试验结果吻合较好,证明利用该模型模拟指尖密... 详细信息

将指尖密封处理为多孔介质,把压力梯度作为多孔介质动量方程中的源项,根据试验结果确定了源项中的系数,结合指尖密封的结构参数提出了用于指尖密封泄漏的多孔介质模型,利用该模型计算结果与试验结果吻合较好,证明利用该模型模拟指尖密封泄漏是可行的.流场计算结果表明:指尖密封与转子接触部分的孔隙率对泄漏影响比较大,指尖密封的承压部分主要为后挡板内径以下区域.

关键词：密封装置指尖密封多孔介质泄漏流动数值模型

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石墨密封材料高温摩擦磨损行为及预测

航空动力学报 2014年第2期29卷 314-320页

作者：闫玉涛李雪娟胡广阳胡添琪孙志礼东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 中国航空工业集团公司沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司沈阳110043 中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所沈阳110015

利用HT-1000型高温摩擦磨损试验机研究了石墨M210密封材料高温下摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜(SEM)观察分析了磨损表面形貌.基于试验数据,通过灰色理论GM(1,1)建立了摩擦因数和磨损率预测模型.结果表明:石墨M210密封材料摩擦因数呈... 详细信息

利用HT-1000型高温摩擦磨损试验机研究了石墨M210密封材料高温下摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜(SEM)观察分析了磨损表面形貌.基于试验数据,通过灰色理论GM(1,1)建立了摩擦因数和磨损率预测模型.结果表明:石墨M210密封材料摩擦因数呈先增大再减小,而后趋于一稳定值,试验温度为450℃时,摩擦因数最小;磨损率随着试验温度升高而增大.试验温度在低于300℃,磨损表面具有明显的黏着、撕裂和无序的塑流动痕迹,高于400℃时,塑流动痕迹具有明显的方向性,出现了剥落和断裂痕迹.温度较低时,石墨材料表面主要是水汽物理吸附膜起润滑作用,随着试验温度升高,由物理吸附膜润滑逐渐转向反应膜润滑.基于试验数据建立了精度等级均为1级的摩擦因数和磨损率的预测模型.

关键词：石墨M210 高温摩擦因数磨损率预测模型