[發明專利]一種基于矩估計法的密封動力特性系數數值獲取方法

在審

• 申請號: 201811172389.2
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109388885A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 張萬福;尹露;顧乾磊;陳璐琪;王應飛;王佳蓉;秦鵬博;吳可欣
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明提供一種基于矩估計法的密封動力特性系數數值獲取方法，包括：將氣缸的密封中心O作為原點建立坐標系；設定氣缸的轉子在t時刻偏心位置以橢圓軌跡進行渦動，偏心位置作為渦動中心，得到橢圓渦動軌跡位移方程；對時間變量t求導，得到轉子軌跡渦動速度公式；根據轉子小位移渦動理論得到密封中流體激振力與轉子的渦動位移、渦動速度成線性關系；根據矩估計法設定轉子所受流體激振力F_X1,F_Y1,F_X2,F_Y2,……,F_Xn，F_Yn是總體樣本F_X,F_Y的一個樣本；設定總體樣本轉子所受流體激振力F_X，F_Y中前8階矩存在，得到8個密封動力特性系數的公式及轉子所受流體激振力的樣本矩；根據矩估計法及8個密封動力特性系數的公式，得到聯立方程組后求解得到8個密封動力特性系數。

技術領域

本發明涉及一種透平機械密封動力特性系數數值獲取方法，具體涉及一種基于矩估計法的密封動力特性系數數值獲取方法。

背景技術

隨著現代工業的迅猛發展，透平機械向著高參數、大容量方向發展，氣(汽)流激振越來越頻繁，危害越來越大，透平機械的節能與安全問題越來越受到人們的重視。研究表明，設備振動超標、葉片斷裂、密封泄漏等故障是影響機組安全、長周期運行的關鍵因素。密封氣流激振是造成轉子振動大和葉片斷裂的重要原因之一，密封失效則通常導致泄露事故發生。密封內流體流動是氣流激振力的主要來源之一，人們通常采用八個剛度、阻尼系數來表示密封動力特性。

目前，對密封動力特性的獲取基本上分為理論法、實驗法和數值模擬法。然而，理論法和實驗法都存在一些固有的弊端，例如，理論法中運用比較廣泛的bulk-flow模型對實際問題假設過多，存在著使用條件范圍的限制；由于旋轉密封內的流動多屬于小間隙射流，流場非常復雜，且轉子偏心渦動時，內部的流場是隨時間變化的，所以采用實驗測量的手段獲得密封內的非定常流場細節較難實現，且成本過高，而流場分析是理解密封內流體激振力產生機理的重要手段。另一方面，對一些極限工況(如高溫、高壓、高轉速)和轉子失穩工況，實驗測量的方法是不可行的。旋轉機械密封動力特性的數值預測方法可在一定程度上彌補實驗方法和理論法的不足，可以較好地解決以上問題。

隨著計算硬件的提升和計算流體力學方法的發展，數值模擬對透平機械密封的八個剛度與阻尼系數的獲取已經被廣泛的運用。矩估計法作為一種普遍適用的參數估計方法，它原理簡單、使用方便，應用時可以不需要知道樣本總體分布，而且具有一定的優良性質(如矩估計是最小方差無偏估計)。本發明基于矩估計法原理應用獲取密封動力特性系數，為大型旋轉機械密封設計提供理論依據。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種基于矩估計法的密封動力特性系數數值獲取方法。

本發明提供了一種基于矩估計法的密封動力特性系數數值獲取方法，用于對氣缸的密封動力特性系數進行獲取，具有這樣的特征，包括如下步驟：

步驟1，將氣缸的密封中心記為靜子中心O，并將該靜子中心O作為以X為橫坐標，Y為縱坐標的坐標系的原點來建立(X，Y)坐標系；

步驟2，設定氣缸的轉子在t時刻的偏心位置上以橢圓軌跡進行渦動，并將偏心位置作為渦動中心，記坐標為(x₀，y₀)，則得到橢圓的渦動軌跡的位移方程；

步驟3，在(X，Y)坐標系中，對時間變量t進行求導，得到轉子的軌跡的渦動速度的函數表達式；

步驟4，根據轉子小位移渦動理論即當轉子的軸心繞靜子中心O做小位移渦動時，密封中的流體激振力與轉子的渦動位移、渦動速度成線性關系，并滿足關系式：