發(fā)布時間：2021-06-19 11:14

　　隨著航空工業(yè)的迅速發(fā)展,全國對發(fā)動機的效率提出越來越高的要求。目前減小壓氣機,渦輪機葉尖與機殼之間間隙的氣路封嚴(yán)技術(shù)成為提高發(fā)動機效率的主要方法。因此,為解決燃?xì)廨啓C及航天航空發(fā)動機在正常工況下整體工作效率低,靜子與轉(zhuǎn)子頭磨損嚴(yán)重,導(dǎo)致靜子與轉(zhuǎn)子間隙變大的問題,本研究優(yōu)選出適合噴涂于葉片表面和機殼內(nèi)襯上的可磨耗封嚴(yán)涂層。可磨耗封嚴(yán)涂層作為一種犧牲性涂層,可大幅度的改善燃?xì)廨啓C及航天航空發(fā)動機的氣路封閉,提高發(fā)動機整體的工作效率與性能,延長使用壽命,因此對可磨耗封嚴(yán)涂層的研究與應(yīng)用是全世界航天工業(yè)的關(guān)鍵問題。本文介紹了在航空工業(yè)中常見的氣路封嚴(yán)技術(shù)和對比分析了不同技術(shù)之間的異同點,同時對近年內(nèi)國內(nèi)外常見的可磨耗封嚴(yán)涂層材料做了簡單的介紹和總結(jié),著重對可磨耗封嚴(yán)涂層材料的成分和配比進(jìn)行分析和確定。在性能方面,可磨耗封嚴(yán)涂層既要具有可磨耗性,又要具有一定的強度和硬度用于抵御外界沖蝕。為了滿足涂層的這一矛盾性能,本文設(shè)計了多種YSZ陶瓷基可磨耗封嚴(yán)涂層配比,其中的材料包括YSZ、Ni、h BN及聚苯酯（PHB）。在一定條件下采用固相燒結(jié)法制備YSZ陶瓷片,包括8YSZ、9YSZ、10YSZ及1... 

【文章來源】：昆明理工大學(xué)云南省

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

渦輪發(fā)動機(a)結(jié)構(gòu)示意圖；(b)簡要組成結(jié)構(gòu)圖；(c)剖面示意圖

第一章緒論3圖1-2[15]表示徑向間隙對部件效率及耗油率的影響。由圖可知，隨著葉片和機匣之間的間隙值增加，發(fā)動機燃油效率明顯下降，耗油率大幅增加。除此，當(dāng)壓氣機的運轉(zhuǎn)間隙過大，就會在工況條件下嚴(yán)重影響發(fā)動機的氣動特性，且有可能造成喘震，從而導(dǎo)致發(fā)動機的穩(wěn)定性以及壽命下降。因此，為了提高發(fā)動機的使用效率及降低油耗，在改善發(fā)動機氣動性能的時候，適當(dāng)?shù)販p小壓氣機和渦輪機葉尖與機匣的徑向間隙是一種有效的措施。圖1-2徑向間隙對部件效率及耗油率的影響Fig.1-2Diagramoftheeffectoncomponentefficiencyandfuelconsumption美國GE公司通過對徑向間隙的控制，使燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的工作效率得以有效提高，文中指出平均每個氣路的封閉可以相應(yīng)地降低熱量損耗的0.2-0.6%，同時可使發(fā)動機的效率將近提高1%[16]；英國Rolls-royce公司調(diào)查研究表明，在發(fā)動機上應(yīng)用相應(yīng)的封嚴(yán)技術(shù)最少可降低整體油耗的0.5%，并且封嚴(yán)涂層的應(yīng)用還能緩解發(fā)動機的葉片磨損，從而延長使用壽命，節(jié)約巨大的經(jīng)濟費用[17]。雖然減小氣路密封間隙可以提高渦輪發(fā)動機的性能，但間隙過小極有可能導(dǎo)致運動部件和靜止部件之間發(fā)生摩擦，這不但會損傷機件，甚至?xí)䦟?dǎo)致鈦合金零部件之間出現(xiàn)起火的危險。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動部件（葉片及篦齒）與機匣刮擦損傷的主要原因有：發(fā)動機的裝配公差、零件加工誤差、發(fā)動機轉(zhuǎn)子與機匣材料熱膨脹系數(shù)的差異、轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)引起的葉片伸長、零部件因工作震動而引起的位移和變形以及因起飛、加速、減速等飛行負(fù)載的改變及其他外界干擾引起的機械變化[18]。因此，國內(nèi)外通常在發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計上保留一定的徑向間隙，然后再采用氣路封嚴(yán)或涂層封嚴(yán)技術(shù)改善發(fā)動機的性能�？傊�，在提高發(fā)動機推重比、降低油耗、延長使用壽

輪機、燃?xì)廨啓C、離心式壓縮機、鼓風(fēng)機等機器中作為級間密封、軸端密封或其他密封的前置密封，該密封技術(shù)是在葉輪機械中最常用的密封方式[26]。一般來說，迷宮式密封材料的配對應(yīng)該是一硬一軟：如果在整體制造上采用了硬梳齒，則相應(yīng)采用軟材料襯套；如果用了裝備的軟材料密封片，則采用硬材料襯套，以免摩擦生熱或產(chǎn)生火花引起燒損或爆炸。隨著密封的不同要求，最開始的梳齒密封已經(jīng)演化為很多種經(jīng)過形狀變化的結(jié)構(gòu)型式，包括平滑型、階梯型、徑向排列型等，雖然他們的形狀有一些區(qū)別，但是基本的功能和原理是一致的，如圖1-3。圖1-3迷宮式密封的不同結(jié)構(gòu)型式Fig.1-3Differentstructuraltypesoflabyrinthseals根據(jù)所查閱的相關(guān)資料，平滑型密封制造方便，密封段的軸徑可作為光軸，密封結(jié)構(gòu)簡單，但密封效果較差[27,30]。階梯型密封的效果優(yōu)于平滑型密封，常用于葉輪輪蓋的密封，一般有3-5個密封齒。徑向排列型密封結(jié)構(gòu)能有效節(jié)省迷宮密封的軸向尺寸，同時采用密封片徑向排列的形式，其密封效果很好。迷宮式密封的工作原理為：一定壓力的氣體進(jìn)入體系后，前面的梳齒將會阻擋迎面而來的流體，部分的流體會立即收縮進(jìn)入梳齒之間，同時這部分流體仍有一部分進(jìn)入到下一個梳齒的縫隙中，剩下的流體會與梳齒之間的流體相遇，相互之間的動量會被彼此消耗，從而會有不斷的流體進(jìn)入梳齒，各級梳齒之間相互配合，流體的能量就不斷地被消耗在渦旋與梳齒的阻隔作用中，從而達(dá)到密封的效果。迷宮式密封在設(shè)計和使用過程中，首先應(yīng)盡量使氣流的動能轉(zhuǎn)化為熱能，不

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]高溫可磨耗封嚴(yán)復(fù)合涂層的制備及性能研究[D]. 黃偉.武漢理工大學(xué) 2011
[4]葉輪機械先進(jìn)密封的研究[D]. 葉小強.北京化工大學(xué) 2006



本文編號：3237707