Разработка методик расчета и проектирования торцовых гидродинамических уплотнений авиационных двигателей

• Автор: Демура, Антон Сергеевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 148 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЙ ОПОР РОТОРОВ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

1.1 Анализ тенденций развития уплотнительных устройств авиационных двигателей

1.2 Анализ исследований и конструкций по МТГДУ с микроканавками

1.3 Особенности технологии изготовления колец пары трения

1.4 Постановка задач исследования

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СЛОЯ ЖИДКОСТНОЙ СМАЗКИ

2.1 Разработка математической модели МТГДУ с микроканавками

2.1.1 Основные уравнения и допущения

2.1.2 Применение метода конечных объемов для создания методики расчета МТГДУ с микроканавками
2.1.3 Определение характеристик слоя жидкостной смазки
2.1.4 Учет шероховатости уплотнительных поверхностей
2.1.5 Учет потерь мощности на нагнетание смазки в зазор для создания гидродинамической несущей способности слоя
2.2 Выбор параметров расчетной модели
2.2.1 Сравнительные расчеты плоскопараллельной щели двумя методами
2.2.2 Анализ оптимальных параметров расчета уплотнения без микроканавок
2.2.3 Анализ оптимальных параметров расчета уплотнения с прямоугольными микроканавками
2.3 Исследование влияния различных факторов на характеристики слоя жидкостной смазки

2.3.1 Зависимость характеристик слоя жидкостной смазки от перепада давления
2.3.2 Зависимость характеристик слоя жидкостной смазки от частоты вращения вала
2.3.3 Зависимость характеристик слоя жидкостной смазки от конусности
2.3.4 Зависимость характеристик слоя жидкостной смазки от глубины канавок
2.3.5 Зависимость характеристик слоя жидкостной смазки от количества канавок
2.3.6 Зависимость характеристик слоя жидкостной смазки от динамической вязкости жидкости
2.3.7 Влияние сил инерции на характеристики слоя жидкостной смазки
2.4 Сравнение микроканавок различной формы
2.5 Выводы по главе
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ И ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ КОЛЕЦ ПАРЫ ТРЕНИЯ
3.1. Анализ существующих методик теплового расчета
3.2 Решение сопряженной задачи
3.2.1 Решение двухмерной сопряженной задачи
3.2.2 Решение трехмерной сопряженной задачи
3.3 Анализ тепловых деформаций
3.3.1 Влияние мощности трения на величину искажения зазора
3.3.2 Влияние материала колец на величину искажения зазора
3.3.3 Влияние волнистости на характеристики уплотнения
3.4 Минимизация деформаций от перепада давления
3.5 Выводы по главе
ГЛАВА 4 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1 Разработка методики проектирования МТГДУ с микроканавками с учетом концепции совместного гидродинамического и теплового расчетов и многорежимности авиационных двигателей
4.2 Примеры применения созданной методики для анализа перспективных уплотнений авиационных ГТД и их агрегатов
4.2.1 Уплотнение KECKER с прямоугольными микроканавками
4.2.2 Уплотнение со структурами обратного нагнетания
4.2.3 Уплотнение FLOWSERVE с канавками HST
4.3 Примеры применения созданной методики для проектирования новых многорежимных уплотнений авиационных двигателей
4.3.1 Уплотнение для внутреннего подвода масла к опоре ротора авиационного двигателя
4.3.2 Уплотнение опоры ротора агрегата подачи топлива двигателя НК
4.3.3 Уплотнение опоры ротора КВД ТРДДФ
4.4 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

уплотнений используются резиновые кольца 4 и 6. Вращение на подвижное кольцо 5 передается от вала 1 через приводящее кольцо 9, зафиксированное от проворота установочными (регулировочными) винтами 10. Неподвижное кольцо 3 фиксируется в корпусе 2 штифтом И. Уплотнение является неуравновешенным (неразгруженным) с коэффициентом гидравлической разгрузки к=1,03. В качестве материалов для подвижного кольца используют металл (литье из хрома), керамику (оксид алюминия), карбид вольфрама и карбид кремния. Для неподвижного кольца используют синтетический графит, пропитанный фенольной смолой или сурьмой, а также карбид вольфрама и карбид кремния.
Фирма «Feodor Burgmann» входит в концерн «EagleBurgmann», проектирует и производит множество различных уплотнений для авиадвигателей. Уплотнение с гидродинамическими канавками для масляного насоса авиационного двигателя (рис. 1.23). Со стороны уплотняемой среды на контактной поверхности вращающейся втулки сделано 3 фрезеровки. За счет этого в этих местах контактирующая поверхность охлаждается, а остальная нагревается. В итоге возникает волнистость, что приводит к образованию гидродинамического зазора.
Рис. 1.23. Уплотнение с гидродинамическими канавками для масляного насоса Сегментное радиальное бесконтактное уплотнение (рис. 1.24). Применяется для герметизации воздушной среды и масляного тумана.