一种燃气轮机燃烧室金属柔性布密封设计分析方法与流程

本发明属于密封设计分析，具体涉及一种燃气轮机燃烧室金属柔性布密封设计分析方法。

背景技术：

1、在燃气轮机燃烧室中，金属柔性布密封件的设计和应用是确保系统高效运行的重要环节。然而，现有技术在以下几个方面仍然存在显著不足：

2、首先，现有技术在材料选择上面临挑战。金属柔性布密封材料需要在高温和腐蚀性环境中保持稳定，但现有材料在长期使用中容易出现氧化和磨损，导致密封性能下降。此外，材料的疲劳强度和抗磨损性能不足，密封件的使用寿命受到限制。

3、其次，在应力分析和疲劳寿命预测方面，现有技术主要依赖有限元分析进行应力计算，但对于复杂工况下的应力分布和交变应力分析，精度和系统性仍然不足，难以准确预测在实际使用条件下的疲劳寿命，影响设计的可靠性。

4、最后，在磨损分析与抗磨性能评估方面，现有技术对磨损的评估多基于实验数据，缺乏系统的理论分析和预测模型。传统的磨损分析方法通常只考虑简单的摩擦系数，未能全面评估磨损量和磨损系数对密封性能的影响。此外，密封性能受实际接触面积影响，而接触面积随使用时间的变化导致密封效果逐渐下降，现有设计方法往往忽略这一点。

5、综上所述，现有技术在金属柔性布密封件的设计及性能分析上仍有优化及改进的空间，因此，我们提出一种燃气轮机燃烧室金属柔性布密封设计分析方法。

技术实现思路

1、本发明提出一种燃气轮机燃烧室金属柔性布密封设计分析方法，旨在对金属柔性布密封件的设计及性能分析上做出优化、改进，以提高金属柔性布密封件的性能和可靠性，满足燃气轮机燃烧室的高要求。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种燃气轮机燃烧室金属柔性布密封设计分析方法，包括以下步骤：

4、s1、根据密封设计，选择合适的布密封材料和钢丝编织成金属柔性布密封件；

5、s2、对金属柔性布密封件进行交变应力分析和疲劳寿命预测，具体包括：

6、s2.1、通过有限元法确定金属柔性布密封件在工作条件下的平均应力分量和交变应力分量，使用标准公式进行高周疲劳分析，标准公式如下：

7、

8、其中，sa为交替应力幅值，se为材料疲劳极限，sm为平均应力，sut为材料的极限抗拉强度，k为应力集中系数，m和p均为经验系数，根据疲劳寿命预测模型或具体材料的实验数据确定；

9、s2.2、采用改进的goodman疲劳寿命模型作为失效理论，取k＝m＝p＝1，则简化后的公式如下：

10、

11、在简化后的公式中加入n，以定义相对于有限周期寿命的安全系数，得到如下公式：

12、

13、根据公式计算得出安全系数n的值，用于金属柔性布密封件的疲劳寿命预测；

14、s3、对金属柔性布密封件进行磨损分析，评估金属柔性布密封件的抗磨损性能；

15、s4、对金属柔性布密封件进行热流分析，用于评估金属柔性布密封件的极端温度条件下的适应能力；

16、s5、根据上述测试分析的结果，对设计进行迭代优化，以改进金属柔性布密封件的密封性能和耐久性。

17、在进一步的技术方案中，所述步骤s1具体包括以下：

18、s1.1、根据抗氧化性能、耐磨性能和耐高温性能的需求，选择合适的布密封材料和钢丝；

19、s1.2、将选择的布密封材料和钢丝进行编织成金属织物；

20、s1.3、根据设计将一定数量的金属织物叠合成金属柔性布密封件。

21、在进一步的技术方案中，所述步骤s1.2中，布密封材料的编织采用荷兰斜纹编织的方式。

22、在进一步的技术方案中，所述步骤s1.2中，金属织物从四个方向进行编织，沿经线方向、沿帘线方向、沿对角方向和垂直于金属织物表面方向，其中，经线是贯穿金属织物长度方向的导线，帘线垂直于经线。

23、在进一步的技术方案中，所述步骤s3具体包括：

24、s3.1、对磨损前后的金属柔性布密封件进行称重，得到磨损量，采用磨损模型公式计算得到磨损系数，磨损模型公式如下：

25、

26、其中，w为磨损量，k为磨损系数，f为载荷，v为摩擦界面速度，h为材料硬度，t为实验时间；

27、通过磨损模型公式计算得出磨损系数k的值。

28、在进一步的技术方案中，还包括：

29、s3.2、对金属柔性布密封件的实际接触面积进行分析，得到实际接触面积和磨损深度的关系，用于评估金属柔性布密封件的密封性能。

30、在进一步的技术方案中，所述步骤s3.2中，对于荷兰斜纹编织的方式，实际接触面积的计算公式如下：

31、

32、其中，am为实际接触面积，l为扁丝段长度，h为磨损深度，r为钢丝半径，nwarp为每长度经线数，nshute为每长度的帘线数，anom为标称接触面积，a为磨损深度对应的沿着纬线方向的磨损长度，c为磨损深度对应的沿着经线方向的磨损宽度，α为布网穿过相邻两根经线与水平面所形成的角度，θ为磨损后布网边缘与圆心夹角；

33、根据计算公式可以得出实际接触面积am和磨损深度h的线性关系。

34、在进一步的技术方案中，所述步骤s4具体包括：

35、s4.1、建立多孔介质模型，并根据实验测试磨损情况进行修正以匹配实际泄漏量；

36、s4.2、将修正后的多孔介质模型导入ansys软件中进行cfd分析，以获得多孔介质的热分析结果和流量分析结果。

37、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

38、材料选择优化：针对不同的工作环境需求，选择合适的布密封材料和钢丝编织而成的金属柔性布密封件，不仅能够满足密封件的使用功能，还能够有效的降低成本。

39、应力分析与疲劳寿命预测：采用有限元法确定金属柔性布密封件在工作条件下的平均应力和交变应力，能够准确分析应力分布情况，提高应力分析的精度和系统性，并使用标准公式和改进的goodman疲劳寿命模型进行高周疲劳分析，计算得出的安全系数n越大，金属柔性布密封件的使用寿命就越长，从而能够更准确地预测实际使用条件下的疲劳寿命，从而提升设计的可靠性和耐久性。

40、磨损分析与抗磨性能评估：通过称重法和磨损模型公式评估磨损量和磨损系数，全面分析磨损对密封性能的影响，确保密封件的抗磨损性能。

41、热流分析：通过热流分析，评估金属柔性布密封件在极端温度条件下的适应能力，确保其在高温环境下的稳定性和可靠性。

42、迭代改进：根据测试分析结果对设计进行迭代优化，能够持续改进金属柔性布密封件的密封性能和耐久性，确保设计的实用性，提升金属柔性布密封件的整体性能，包括抗磨损性、耐高温性和疲劳寿命，满足燃气轮机燃烧室的实际需求。

43、通过系统的材料选择、精确的应力分析、全面的磨损评估和热流分析，结合设计的迭代优化，提升了燃气轮机燃烧室金属柔性布密封件的性能和可靠性，为燃气轮机的高效运行提供了可靠保障。