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卡氏定理在航空发动机轴间密封设计中的应用

2021-08-01徐鹏飞李贵林

燃气涡轮试验与研究 2021年6期

徐鹏飞,李贵林,赵 鹏

(中国航发四川燃气涡轮研究院,成都 610500)

符号表

A断面面积/m2

b轴向厚度/m

D直径/m

E杨氏弹性模量/Pa

FD直径方向作用力/N

FE径向-端面密封环圆周方向总径向弹力/N

Fi载荷/N

FN轴力/N

Fp径向-端面密封环两端头受气体压差作用形成的等效径向力/N

FS剪力/N

FT切向作用力/N

F0假想的虚力/N

G切变模量/Pa

h径向高度(半径宽度)/m

I断面惯性矩/m4

IP断面极惯性矩/m4

M弯矩/N·m

q载荷集度/(N/m)

R断面形心半径/m

T扭矩/N·m

U应变能/J

α剪切形状系数(矩形截面为6/5,圆形截面为10/9,薄壁圆环截面为2)

θ角度/弧度

φ角度/弧度

δi广义位移(i=1,2,……)/m

σ应力/Pa

1 引言

双转子航空发动机为缩短轴向长度以减小质量,通常设计有中介轴承,即轴承内环和外环各自独立安装在两个不同的转轴上,以不同的转速转动。因航空发动机的主轴转速较高(超过10 000 r/min),需要润滑油对其进行冷却和润滑。为阻止中介轴承处的润滑油泄漏到气流通道中,需从压气机某一部位引来高压空气通过密封装置进行阻挡,同时限制封严的高温、高压空气泄漏到低温、低压侧滑油腔的流量。航空发动机的轴间密封,通常是指在两个同心但不同转速的转轴处,将空气与滑油隔离开的密封装置[1]。目前航空发动机常用的轴间密封有篦齿密封和径向-端面密封。

篦齿密封无需滑油冷却(密封表面不接触)、工作寿命长、不需要精密磨加工、鲁棒性较好——装配和分解操作过程中不易损坏[2],但其空气泄漏量高,导致滑油消耗量也高。径向-端面密封结构简单,零件数量少。其径向-端面

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