對轉子密封系統動態特性系數求解的方程控制法技術方案

本發明專利技術公開一種對轉子密封系統動態特性系數求解的方程控制法，是一種基于雙控制體模型和轉子運動方程基礎之上對轉子密封系統動態特性系數求解的方法，步驟為：第一步，確定密封齒型及結構參數；第二步，建立雙控制體模型的連續方程；第三步，建立雙控控制體的動量方程；第四步，將連續方程和動量方程無量綱化；第五步，利用傅里葉級數展開求得無量綱方程的殘差；第六步，利用伽遼金方法和四階高斯公式求殘差積分得到所求量的方程組；第七步，聯合轉子運動方程和殘差后的方程組構成求解方程組；第八步，對方程組求解并得到轉自密封系統動態特性系數。本發明專利技術考慮了非線性的因素，適用范圍更廣，計算所得的誤差更小。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種對轉子密封系統動態特性系數求解的方法，更具體的說，涉及一種非線性的對轉自密封系統動態特性系數求解的方程控制法。
技術介紹
轉子密封系統動態特性數的準確計算在工程中具有重要的價值和意義，對于大功率高轉速的透平機械而言，可靠性和穩定性至關重要，同時大型的透平機械也是旋轉機械中最重要也是最昂貴的機械設備之一，因此透平機械的穩定運行是非常重要的，而轉子密封系統的動態特性系數正是表征和衡量轉子密封系統運行穩定與否的關鍵要素，因而對轉子密封系統的動態特性系數的準確計算是有極大的意義的。傳統的動態特性系數計算方法主要是單控制體方法。此方法是將密封腔室看作是一個整體，利用動量方程和連續性方程對轉子密封系統的動態特性系數進行求解，此方法的缺點和不足表現在以下幾個方面第一，單控制體方法是將整個腔室的壓力看成一個平均值，這樣增大了誤差；第二，單控體方法在求解轉子密封系統動態特性系數的過程中，是將相關方程線性化，這樣會給求解帶來誤差；第三，單控體方法不能準確描述轉子密封系統內部流場的特點，因而建立的求解方程組誤差較大。經過現有的文獻檢索，國內尚無對轉子密封系統動態特性系數求解的相關方法和專利。現在通常采用的方法是實驗測量和線性化的單控體方法，這兩種方法存在的缺點如下第一，轉子密封動態特性系數是不能直接測量的，只能直接測量壓力進行間接計算。這樣勢必會對結果帶來一定的誤差；第二，單控體方法自身的缺陷造成無法準確得到和描述轉子密封系統的動態特性系數。
技術實現思路
針對現有技術中存在的技術問題，本專利技術提供了一種對轉子密封系統動態特性系數求解的方程控制法。本專利技術在融合雙控制體模型(Two Control Volume model)和轉子運動方程基礎上得到方程控制法(Equation Control Method,簡稱ECM),能夠比較準確的計算轉子密封系統的動態特性系數。本方法不存在對方程線性化的過程，因而所得到計算結果誤差較單控制體法小。為達到上述專利技術的目的，本專利技術所采用的技術方案如下一種對轉子密封系統動態特性系數求解的方程控制法，包括步驟如下第一步，確定所求轉子密封系統動態特性系數的密封齒結構，并得出密封齒的結構參數；第二步，對所述齒型結構及相關結構參數運用連續性方程建立起轉子密封系統的兩個控制體的連續性方程；第三步，對所述齒型結構及相關結構參數運用動量方程建立起轉子密封系統的兩個控制體的動量方程；第四步，對所得到的轉子密封系統雙控制體的連續性方程和動量方程根據相關的無量剛化方法進行無量綱化，得到無量綱化方程組；第五步，對所得到的轉子密封系統的無量綱化方程組利用傅里葉級數展開求得無量綱方程的殘差；第六步，利用伽遼金方法和四階高斯公式求所述殘差積分得到所求量的方程組；第七步，聯合轉子運動方程和殘差后的方程組構成求解方程組；第八步，對方程組求解并得到轉子密封系統動態特性系數。本專利技術技術方案所帶來的有益效果(I)方程控制法可以運用在對大型透平機械的密封系統運型穩定性進行評價，通過計算出相關的動態特性系數可以判斷透平機械運行穩定與否或是運動的特征，這樣可以提高大型透平機械運行的效率和安全性。(2)方程控制法因為是非線性的，可以運用于對轉子密封系統的的運動特征進行估算，為安全性提供可靠的保障。(3)方程控制法是非線性化的求解方法，因而能為透平機械的準確穩定運行提供可靠的數據參考。(4)方程控制法適用于轉子密封系統的所有齒型，根`據不同的齒型及結構參數，可以通過方程控制法計算得到相應的動態特性系數。附圖說明圖1是本專利技術的一實施例的轉子密封系統齒型結構示意圖；圖2是本專利技術的雙控制體示意圖；圖3是主阻尼與轉速間的變化曲線圖；圖4是交叉剛度與轉速間的變化曲線圖。具體實施例方式以下結合具體實施例和附圖對本專利技術做進一步說明。本專利技術是一種對轉子密封系統動態特性系數求解的方程控制法，是一種基于雙控制體模型和轉子運動方程基礎之上對轉子密封系統動態特性系數求解的方法，本專利技術的雙控制體包括雙控制體I和雙控制體II，該模型如圖2所示。本專利技術方法包括以下步驟第一步，確定密封齒型及結構參數本方法適用于轉子密封系統所有的齒型，本實施例選取直齒密封作為實例操作。如圖1所示，轉子密封系統齒形結構參數Cr=2mm;B=7mm;R=1OOmm;L=8mm其中Cr表示密封齒間隙；B表示齒高；R表示轉子半徑；L表示齒間距。 轉子密封系統輸入氣體參數如表I所示表1:轉子密封系統輸入氣體參數本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種對轉子密封系統動態特性系數求解的方程控制法，是一種基于雙控制體模型和轉子運動方程基礎之上對轉子密封系統動態特性系數求解的方法，其特征在于，包括步驟如下：第一步，確定所求轉子密封系統動態特性系數的密封齒結構，并得出密封齒的結構參數；第二步，對所述齒型結構及相關結構參數運用連續性方程建立起轉子密封系統的兩個控制體的連續性方程；第三步，對所述齒型結構及相關結構參數運用動量方程建立起轉子密封系統的兩個控制體的周向動量方程；第四步，對所得到的轉子密封系統雙控制體的連續性方程和動量方程根據相關的無量剛化方法進行無量綱化，得到無量綱化方程組；第五步，對所得到的轉子密封系統的無量綱化方程組利用傅里葉級數展開求得無量綱方程的殘差；第六步，利用伽遼金方法和四階高斯公式求所述殘差積分得到所求量的方程組；第七步，聯合轉子運動方程和殘差后的方程組構成求解方程組；第八步，對方程組求解并得到轉子密封系統動態特性系數。

【技術特征摘要】
1.一種對轉子密封系統動態特性系數求解的方程控制法，是一種基于雙控制體模型和轉子運動方程基礎之上對轉子密封系統動態特性系數求解的方法，其特征在于，包括步驟如下 第一步，確定所求轉子密封系統動態特性系數的密封齒結構，并得出密封齒的結構參數； 第二步，對所述齒型結構及相關結構參數運用連續性方程建立起轉子密封系統的兩個控制體的連續性方程； 第三步，對所述齒型結構及相關結構參數運用動量方程建立起轉子密封系統的兩個控制體的周向動量方程； 第四步，對所得到的轉子密封系統雙控制體的連續性方程和動量方程根據相關的無量剛化方法進行無量綱化，得到無量綱化方程組； 第五步，對所得到的轉子密封系統的無量綱化方程組利用傅里葉級數展開求得無量綱方程的殘差； 第六步，利用伽遼金方法和四階高斯公式求所述殘差積分得到所求量的方程組； 第七步，聯合轉子運動方程和殘差后的方程組構成求解方程組； 第八步，對方程組求解并得到轉子密封系統動態特性系數。2.根據權利要求1所述的對轉子密封系統動態特性系數求解的方程控制法，其特征在于，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何洪軍，荊建平，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：