[發(fā)明專利]一種基于模態(tài)分析的多級離心泵環(huán)形密封結構設計方法

有效

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• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112765738B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 翟璐璐;盧超;高峰;崔寶玲
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

本發(fā)明公開了一種基于模態(tài)分析的多級離心泵環(huán)形密封結構設計方法，包括如下步驟：根據(jù)III階模態(tài)振型分析確定葉輪和軸承所在節(jié)點的振動位移量值X_iIII；構建振動位移量值集合關于環(huán)形密封等效剛度K的函數(shù)；構造環(huán)形密封等效剛度K的評價函數(shù)并通過牛頓迭代法得出K的最優(yōu)解K^※；構造環(huán)形密封間隙C和環(huán)形密封半徑R的點集并計算，得到擬合函數(shù)f_k(R，C)；建立評價函數(shù)f_RC，求解f_RC極小值時對應的環(huán)形密封間隙C、環(huán)形密封半徑R。本發(fā)明基于轉子系統(tǒng)的模態(tài)分析，構建環(huán)形密封間隙C、環(huán)形密封半徑R的評價函數(shù)，實現(xiàn)環(huán)形密封結構的參數(shù)設計與優(yōu)化。

技術領域

本發(fā)明涉及離心泵領域，具體涉及一種基于模態(tài)分析的多級離心泵環(huán)形密封結構設計方法。

背景技術

離心泵是應用最廣泛的泵，不僅應用于石油、化工、水利等工農業(yè)領域，而且應用于航空、核能等高科技領域。離心泵中存在大量的環(huán)形間隙密封結構，如環(huán)形密封、級間密封以及平衡鼓等結構存在，這些環(huán)形間隙密封結構會對離心泵的軸系造成一定的影響，環(huán)形間隙密封結構參數(shù)的變化會引起此處流體激勵力及其等效動力學特性的變化，進而改變整個離心泵轉子系統(tǒng)的模態(tài)振型與動力學響應。目前對環(huán)形間隙密封結構的優(yōu)化改造往往都從泄漏量和磨損角度進行，并根據(jù)葉輪結構和經驗選擇對應的環(huán)形間隙密封結構，但考慮到環(huán)形間隙密封結構的加入必然會影響轉子系統(tǒng)振動特性，導致結構設計與預想出現(xiàn)較大偏差，因此，利用轉子系統(tǒng)模態(tài)特性分析結果進行環(huán)形密封結構的參數(shù)設計與優(yōu)化，具有一定的可行性與重要的工程應用價值。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于模態(tài)分析的多級離心泵環(huán)形密封結構設計方法，用以環(huán)形間隙密封結構設計的優(yōu)化。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種基于模態(tài)分析的多級離心泵環(huán)形密封結構設計方法，包括如下步驟：

步驟1、根據(jù)Ⅲ階模態(tài)振型分析確定葉輪和軸承所在節(jié)點的振動位移量值X_iⅢ；

步驟2、構建振動位移量值集合關于K的函數(shù)；

步驟3、構造環(huán)形密封等效剛度K的評價函數(shù)并通過牛頓迭代法得出K的最優(yōu)解K^※；

步驟4、構造環(huán)形密封間隙C、環(huán)形密封半徑R的點集并計算，得到擬合函數(shù)f_k(R,C)；

步驟5、建立評價函數(shù)f_RC，求解f_RC極小值時對應的環(huán)形密封間隙C、環(huán)形密封半徑R。

作為本發(fā)明一種基于模態(tài)分析的多級離心泵環(huán)形密封結構設計方法的改進，所述步驟1包括：

步驟1.1、根據(jù)多級離心泵轉子系統(tǒng)與各轉子部件的幾何參數(shù)，建立n級離心泵轉子系統(tǒng)Ⅲ階模態(tài)振型，包括n個葉輪所在質量節(jié)點：節(jié)點1、節(jié)點2、……、節(jié)點n，軸承1所在質量節(jié)點為節(jié)點a，軸承2所在質量節(jié)點為節(jié)點b，環(huán)形密封等效剛度K依次取K₁、K₂、K₃…K_m共m組不同的值；

步驟1.2、以各階環(huán)形密封等效剛度K₁、K₂、K₃…K_m為算例，分別進行n級離心泵轉子系統(tǒng)模態(tài)分析，n個葉輪、軸承1和軸承2所在質量節(jié)點的Ⅲ階的振動位移量為：

X_iⅢ＝(z_i1、z_i2……z_in、z_ia、z_ib)，

其中：i＝1，2，3…m；