为研究带遮流板的低滞后刷式密封泄漏特性及刷丝变形情况,采用ANSYS软件建立低滞后刷式密封的三维叉排管束模型。考虑遮流板的柔性作用,通过与相关实验数据对比,验证数值模型的合理性。研究3种不同结构参数对低滞后刷式密封泄漏特性的影响,并对比分析有、无遮流板时低滞后刷式密封的泄漏量和刷丝变形。结果表明:遮流板有助于提高低滞后刷式密封的密封效果;带遮流板的低滞后刷式密封泄漏量较小,其泄漏量与保护高度和径向间隙呈正相关,与遮流板长度呈负相关;带遮流板结构可以减小刷丝的最大变形量和等效应力;刷丝所受的气动力和轴向变形量也随压差的增大而增大,其最大变形点发生在靠近后挡板的第一排刷丝尖端。

为揭示刷式密封的迟滞规律,针对其结构特点,采用有限元方法分析了刷式密封系统动力学参数和结构工况参数之间的关系,在刷丝受力分析的基础上建立刷式密封系统质量—弹簧—阻尼等效动力学模型,研究了结构和工况参数对迟滞量、迟滞率和迟滞时间的影响规律,并进一步分析了结构参数对刷式密封迟滞特性影响的灵敏度。研究结果表明:迟滞量和迟滞率随刷丝直径的增大而减小,随刷丝长度、刷丝排列角度、后挡板保护高度的增大而增大;后挡板保护高度对迟滞时间没有影响。结构参数对迟滞量影响的灵敏度由小到大依次为后挡板保护高度、刷丝直径、刷丝排列角度、刷丝长度。将难以分析的数值模型转化为可控数值计算的研究方法,可为刷式密封的多目标结构优化研究提供一种新的研究思路。