浮动自适应型柱面—端面组合气膜密封系统理论与试验研究

类航空燃气轮机高速流体机械的高速柔性转子系统趋向应用气膜密封，以减少泄漏、实现长寿命和低维护，提高整机性能，且需求日益迫切。其工况中的高界面滑速、高环境温度和高边界压差有利于密封气膜的形成，而与"三高"共存的转子密封处机动动态剧烈振动和热力变形则对气膜密封极为不利，并严重制约气膜密封的应用研究。本项目在前期分别对端面和柱面气膜密封研究的基础上，进行高自适应性的组合气膜密封系统研究。提出并研究高速柔性转子系统应用的浮动自适应型柱面-端面组合气膜密封系统的结构形式；提出研究上述特殊工况下柱面-端面组合气膜密封系统的当量圆进动准动态和宏微结合的设计分析方法；提出并进行当量圆进动准动态模拟试验研究，以作为结构设计和理论分析的检验与修正依据，从而建立该密封系统的完整设计和分析方法。该密封型式可广泛应用于航空、航天、电力及石油化工等的高速流体机械的转子系统中，具有重要的理论研究意义和应用价值。

针对类航空燃气轮机高速流体机械的高速柔性转子系统期望应用气膜密封以减少泄漏、实现长寿命和低维护的需求，进行高界面滑速、高环境温度和高边界压差及转子密封位置变形条件下自适应性的组合气膜密封系统理论分析与试验研究。研究设计了新型的浮动自适应型柱面—端面组合气膜密封系统和密封界面的多种组合结构；建立了基于有限元数值分析方法的密封系统特定工况下的数理模型、数值计算模型和数值计算实现算法，建立了密封系统稳态性能和密封气膜稳定性、动态跟踪特性的分析设计方法；研制开发了密封系统设计及性能综合分析软件平台，实现多种结构形式组合密封系统稳、动态特性的综合预测和设计参数分析，研究揭示了不同结构参数和工况参数对密封系统各项特性的影响规律；构建基于大直径薄壁异形模拟器的模拟工况试验环境，进行了组合密封结构、碳化石墨材料的适应性、微小间隙下密封的自适应性、密封零件加工精度的适宜等级和可实现性、密封性能方面的试验研究；在0 -15000rpm转速条件下试验验证了组合密封动压密封的效果和理论分析方法，建立了组合密封系统的完整设计和分析方法。研究建立的密封系统动态特性非线性分析方法和分析软件，突破了商业软件的局限，课题所提供的密封组合结构、分析理论、性能仿真分析方法、模拟试验，为气膜密封在航空、航天、电力及石油化工等的高速流体机械的转子系统中的设计提供了理论指导及仿真验证方法，为拓展应用提供了基础。