转子倾斜状态下的指尖密封动态性能

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2026.01.014

摘要/Abstract

摘要：

针对转子倾斜对指尖密封性能的影响，建立了考虑转子倾斜的指尖密封三维有限元模型，提出了相应的泄漏率计算方法。研究了转子倾斜基准位置和倾斜角度对密封位移、接触压力、泄漏间隙及流道的影响规律。研究结果表明：转子倾斜显著增大系统泄漏率，2°倾斜的泄漏率超过0°泄漏率的3倍；转子倾斜时，下部指尖靴接触压力降低；指尖与转子分离阶段的泄漏流道在轴向呈阶梯状、周向呈非对称楔形，且翘曲程度随倾斜角增大而加剧。

关键词: 指尖密封, 转子倾斜, 动态性能, 有限元仿真

Abstract:

To investigate the influences of rotor tilt on the performance of finger seals， a 3D finite element model incorporating rotor tilt was developed， and a corresponding method for leakage rate calculation was proposed. The effects of tilt reference positions and tilt angles on seal displacement， contact pressure， leakage clearance， and flow paths were systematically analyzed. The results indicate that rotor tilt significantly increases system leakage， and the leakage at a 2° tilt exceeds 3 times leakage at 0°. When the rotor is tilted， the contact pressure of the lower finger boots decreases. In finger lift-off phase， the leakage path exhibits a stepped profile axially and asymmetric wedge-shaped distributions circumferentially， with pad warping severity increasing with tilt angles.

Key words: finger seal, rotor tilt, dynamic performance, finite element simulation

中图分类号:

V231.3

石岩松, 路菲, 周志刚, 贲小康. 转子倾斜状态下的指尖密封动态性能[J]. 中国机械工程, 2026, 37(1): 126-134.

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图/表 16

图1 指尖密封结构示意图

Fig.1 Schematic diagram of finger seal structure

图2 3个基准位置转子倾斜示意图

Fig.2 Schematic diagram of rotor tilt at three reference positions

图3 指尖密封有限元分析模型

Fig.3 Finger seal finite element analysis model

图4 初始接触状态考虑初始侵入

Fig.4 The initial contact state considers the initial intrusion

图5 网格独立性验证

Fig.5 Grid independence verification

图6 三个基准位置倾斜放大示意图

Fig.6 Diagram of oblique magnification for three reference positions

图7 有限元分析方法验证对比

Fig.7 Comparison of finite element analysis methods

图8 θ=0°的指尖位移响应与泄漏间隙

Fig.8 θ=0° finger displacement response and leakage clearance

图9 θ=0°的指尖靴接触压力

Fig.9 θ=0° finger foot contact pressure

图10 指尖位移响应与泄漏间隙（ist=1）

Fig.10 Finger displacement response and leakage clearance（ist=1）

图11 指尖位移响应与泄漏间隙（ist=3）

Fig.11 Finger displacement response and leakage clearance（ist=3）

图12 不同基准条件下基本单元的泄漏率

Fig.12 Leakage rate of basic unit under different reference conditions

图13 不同基准下密封系统泄漏率

Fig.13 Leakage rate of seal system under different datum

图14 不同基准下指尖靴接触压力

Fig.14 Finger foot contact pressure under different datum

图15 θ=0°条件下的泄漏流道

Fig.15 Leakage passage under the condition of θ= 0°

图16 ist=1、θ=1°和θ=2°条件下的泄漏流道

Fig.16 ist=1、θ=1° and θ=2° for leakage channels

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