沈阳航空航天大学成果推介（第九期）

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挤压油膜阻尼器刚度和阻尼的数值模拟和实验测试技术

成果单位：沈阳航空航天大学

所在单位：航空发动机学院

成果（技术）基本情况：

挤压油膜阻尼器已被证明可以有效地抑制和隔离转子振动，油膜刚度和阻尼的计算和实验测试是进行挤压油膜阻尼器设计和使用的关键技术。本课题长期从事挤压油膜阻尼器动力特性的数值模拟和实验测试研究，可通过双向激励实验器实验测试获得油膜刚度和阻尼；借助于 CFD 软件进行挤压油膜阻尼器的数值模拟，并可以进一步获得油膜刚度和阻尼。

双向激励实验可进行不同类型和结构参数的挤压油膜阻尼器的油膜刚度和阻尼测试，实验模拟最高转速 30000 转/分，最大激振力 500N。另外，带挤压油膜阻尼器的单转子和双转子实验器，可进行带挤压油膜阻尼器转子系统的实验测试研究；借助现有的双转子实验器可进行实际航空发动机转子支承方案模拟，进而开展挤压油膜阻尼器在实际航空发动机中的使用方案测试研究。

成果（技术）获得资质：

取得的获奖、鉴定、专利情况等介绍。

1 ．在国内外重要期刊发表论文 20 余篇，申请或授权专利 10 余项。

成果（技术）图片展示：

挤压油膜阻尼器实验器

2

螺栓连接结构泄漏分析与测试技术

成果单位：沈阳航空航天大学

所在单位：航空发动机学院

成果基本情况：

（1）设计和搭建了安装边螺栓连接密封特性试验装置，该装置可以自动消除密封腔气体压力对安装边螺栓产生的附加拉力，可以同时监测机匣装配过程中安装边上各螺栓预紧力的瞬态变化，能实现安装边密封高压气体泄漏量测量与分析。

（2）基于断裂力学和环板理论推导并建立了安装边螺栓连接结构的泄漏压力公式， 建立了安装边螺栓连接密封特性理论模型以及安装边密封特性的数值仿真分析方法。

（3）获得了日本 JISB2251 螺栓加载方案、美国 ASME PCC-1 螺栓加载方案下预紧力和安装边结构参数对安装边密封特性及接触应力的影响规律。

（4）建立了安装边密封性综合优化算法，实现安装边结构设计单/多目标优化。

主要技术指标：

（1）安装边螺栓连接密封特性试验装置内部压力 0-1Mpa，可对机匣同时施轴向力、弯矩和扭矩， 作动筒作用力为 0-100KN，气体温度 0-300℃。可以实施测量螺栓的预紧力与安装边接触应力分布情况。

（2 ） 安装边密封特性与其几何参数、装配参数及机匣载荷的模型计算误差不大于10%；

（3）采用优化后螺栓拧紧方法，预紧力分散度可降低 5%；

（4）采用机匣安装边密封特性优化设计方法降低泄漏量 10%。

市场需求及经济效益分析：

形成的安装边结构优化设计方法及规范，可以用于航空发动机和燃气轮机安装边结构密封性设计，将大幅提升我国发动机结构设计水平，提高发动机性能，降低发动机设计成本；大幅降低螺栓连接结构薄壁机匣泄漏量的降低，将有效扩大某型发动机排气温度裕度，突破技术瓶颈，保证达到其设计性能指标。

成果（技术）获得资质：

取得的获奖、鉴定、专利情况等介绍。

1.辽宁省技术发明二等奖

2.辽宁省专利奖三等奖 ……

3.中国航空学会技术发明奖二等奖 ……

成果（技术）图片展示：

3

透平机械先进静/动密封结构设计

成果单位：沈阳航空航天大学

所在单位：航空发动机学院

成果/技术的基本情况：

透平机械机匣安装边螺栓连接密封结构、迷宫密封、刷式密封等典型静/动密封是透平机械的关键部件，该类静/动密封直接影响透平机械的工作效率和安全运行。

针对于机匣安装边设计准则空白的问题，建立了安装边设计方法及验证技术，实现了航空发动机安装边泄漏量的定量分析与优化设计；针对于高参数透平机械迷宫密封气流激振故障的瓶颈问题， 提出新型增效减振密封结构，有效保障了高参数透平机械安全运行；针对于刷式密封微动磨损测试技术的空白，研制刷式密封刷丝动力学特性实验装置，解决了刷式密封刷丝微动磨损特性测量难题；针对于传统刷式密封封严性能差的难题，提出六种新型刷式密封结构，解决了传统刷式密封泄漏量大和使用寿命短的问题。

主要技术指标：

（1）静密封主要技术参数

1）机匣安装边密封实验装置可测压力范围： 0.1~2MPa；螺栓预紧力范围：0.05-10KN；

2）组合式弹性片金属密封环特性实验装置腔内气体压力范围：0.1~1MPa，弹性片夹角范围：6~10°。

（2）动密封主要技术参数

1）增效方面：以反映泄漏量的无量纲泄漏系数为比较标准，新型密封的泄漏系数比具有可比性的传统密封减少 5%~10%；

2）减振方面：以国际通用的 API684 转子动力学标准所定义的对数衰减率作为稳定性考核依据，安装新型密封的透平机械轴系的稳定性高于安装传统密封轴系 30%以上。

市场需求及经济效益分析：

本项目提出的透平机械机匣安装边密封设计方法及验证技术已在中国航发沈阳发动机研究所用于指导航空发动机和燃气轮机安装边密封结构设计，提出反旋流梳齿密封结构已应用于沈鼓集团大型高参数压缩机。2015 年~2018 年为省内企业新增销售额 8030 万元人民币，新增利润 2275 万人民币。

项目研究成果引领我国透平机械密封技术发展，有利于推动我省重工业高端装备与先进制造行业的结构调整与优化升级，为振兴东北老工业基地做出重要贡献。

成果（技术）获得资质：

取得的获奖、鉴定、专利情况等介绍。

1.研究成果“透平机械静/动密封关键技术研究与应用”被评为“辽宁省技术发明二等奖”；

2.研究成果“一种利用气体压差作用实现浮动的自同心密封件及其安装方法”被评为“辽宁省专利三等奖”。

3.研究成果“透平机械新型增效减振密封结构研究及应用”被评为“辽宁省职工技能大赛暨省总工会直属高校科技成果转化大赛一等奖”。

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4

禽畜粪便一站式快速减量处理技术及系统

成果单位：沈阳航空航天大学

所在单位：航空发动机学院

成果/技术的基本情况：

技术情况概述：本技术是针对禽畜粪便等高含水量固态垃圾的快速减量化处理系统，采用“固液分离→潮湿固体烘干→高温热解→高温焚烧→灰渣熔融→尾气处理→污水净化”的一整套策略，能够解决禽畜粪便等高含水量固态垃圾处理流程繁琐、垃圾运输路程长等额问题，实现一站式减量清洁处理，提高废弃物处理效率、缩短处理时间、并减少处理过程对环境的污染。

技术成熟度： 目前已完成原理设计、结构设计、可行性论证、专利申请等工作，技术成熟度 3 级。

主要技术指标：

本技术可应用但不限于禽畜粪便、厨余垃圾、生活垃圾、医疗垃圾等的减量处理，并具有以下特点：

（1）实现原产地减量处理；

（2）减量率≮80%。

市场需求及经济效益分析：

中小型禽畜养殖场的粪便处理一直是困扰养殖行业的难题。与大型养殖场不同， 中小型养殖场的资金实力弱、技术水平低，无法采用大型养殖场的禽畜粪便发电系统等先进技术及设备。目前，中小型养殖场的粪便处理往往采用堆肥的方法， 不仅需占据大量土地、处理时间长，而且随着降雨禽畜粪便对土壤及地下水资源会造成严重污染，而各级政府已对养殖业的排放水平做出了严格限制。因此， 研发能够适用于中小型禽畜养殖场的禽畜粪便原位减量处理系统不仅能够满足环保需求，还具有巨大的潜在经济效益。

为解决这一问题，实现禽畜粪便的原产地快速减量处理，研发了“禽畜粪便一站式快速减量处理技术及系统”。本系统可实现对禽畜粪便的原位、快速减量处理， 能够有效填补市场空白，有利于广大养殖地区的环境保护，具有良好的市场前景。

成果（技术）获得资质：

已申报“一种针对生活垃圾及禽畜粪便的废弃物减量处理系统”及“一种应用于废弃物处理的分布式热解炉”两项国家发明专利。

5

双层壁涡轮叶片新型冷却结构流动传热设计技术

成果单位：沈阳航空航天大学

所在单位：航空发动机学院

成果（技术）基本情况：

基于双层壁特征的涡轮叶片新型冷却结构流动传热机理和分析方法揭示了气膜冷却掺混涡流控制机理，针对叶片前缘标准圆柱孔气膜冷却提出的单入口-双出口孔气膜效率提高 240-280%；针对叶片吸力面圆柱孔-横向槽气膜冷却提出的圆柱孔-锯齿槽气膜效率提高 62-190%，该结构已经应用在了太行发动机高导叶片上； 针对叶片压力面圆柱孔气膜冷却提出的大倾斜孔和小垂直孔交错排布结构气膜效率提高 15-22%；独创性地设计了具有节流密封和绕流强化气膜冷却特性的叶顶离散式隔板迷宫结构， 建立了叶顶间隙密封冷却综合特性分析方法， 气膜效率提高 8-12%。提出了双层壁结构中冲击射流、绕流和气膜溢流流阻和换热准则式，建立了双层壁结构热分析模型和叶片综合冷效工程算法， 开发的冷却结构快速设计与热分析软件，已经在下一代发动机涡轮叶片冷却设计中应用。

成果（技术）获得资质：

取得的获奖、鉴定、专利情况等介绍。

1．通过了中国航空学会组织的成果鉴定， 申报了中国航空学会科技进步二等奖。申请专利和软件著作权共 12 项。

成果（技术）图片展示：

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