專利名稱：對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方程控制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方法，更具體的說，涉及一種非線性的對(duì)轉(zhuǎn)自密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方程控制法。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算在工程中具有重要的價(jià)值和意義，對(duì)于大功率高轉(zhuǎn)速的透平機(jī)械而言，可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要，同時(shí)大型的透平機(jī)械也是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中最重要也是最昂貴的機(jī)械設(shè)備之一，因此透平機(jī)械的穩(wěn)定運(yùn)行是非常重要的，而轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)正是表征和衡量轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定與否的關(guān)鍵要素，因而對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算是有極大的意義的。傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)計(jì)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(gè)整體，利用動(dòng)量方程和連續(xù)性方程對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)進(jìn)行求解，此方法的缺點(diǎn)和不足表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面第一，單控制體方法是將整個(gè)腔室的壓力看成一個(gè)平均值，這樣增大了誤差；第二，單控體方法在求解轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)的過程中，是將相關(guān)方程線性化，這樣會(huì)給求解帶來誤差；第三，單控體方法不能準(zhǔn)確描述轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)內(nèi)部流場的特點(diǎn)，因而建立的求解方程組誤差較大。經(jīng)過現(xiàn)有的文獻(xiàn)檢索，國內(nèi)尚無對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的相關(guān)方法和專利。現(xiàn)在通常采用的方法是實(shí)驗(yàn)測量和線性化的單控體方法，這兩種方法存在的缺點(diǎn)如下第一，轉(zhuǎn)子密封動(dòng)態(tài)特性系數(shù)是不能直接測量的，只能直接測量壓力進(jìn)行間接計(jì)算。這樣勢必會(huì)對(duì)結(jié)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(zhǔn)確得到和描述轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方程控制法。本發(fā)明在融合雙控制體模型(Two Control Volume model)和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程基礎(chǔ)上得到方程控制法(Equation Control Method,簡稱ECM),能夠比較準(zhǔn)確的計(jì)算轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)。本方法不存在對(duì)方程線性化的過程，因而所得到計(jì)算結(jié)果誤差較單控制體法小。為達(dá)到上述發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下一種對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方程控制法，包括步驟如下第一步，確定所求轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)的密封齒結(jié)構(gòu)，并得出密封齒的結(jié)構(gòu)參數(shù)；第二步，對(duì)所述齒型結(jié)構(gòu)及相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)運(yùn)用連續(xù)性方程建立起轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的兩個(gè)控制體的連續(xù)性方程；第三步，對(duì)所述齒型結(jié)構(gòu)及相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)運(yùn)用動(dòng)量方程建立起轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的兩個(gè)控制體的動(dòng)量方程；
第四步，對(duì)所得到的轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)雙控制體的連續(xù)性方程和動(dòng)量方程根據(jù)相關(guān)的無量剛化方法進(jìn)行無量綱化，得到無量綱化方程組；第五步，對(duì)所得到的轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的無量綱化方程組利用傅里葉級(jí)數(shù)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(lián)合轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程和殘差后的方程組構(gòu)成求解方程組；第八步，對(duì)方程組求解并得到轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)。本發(fā)明技術(shù)方案所帶來的有益效果(I)方程控制法可以運(yùn)用在對(duì)大型透平機(jī)械的密封系統(tǒng)運(yùn)型穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過計(jì)算出相關(guān)的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)可以判斷透平機(jī)械運(yùn)行穩(wěn)定與否或是運(yùn)動(dòng)的特征，這樣可以提高大型透平機(jī)械運(yùn)行的效率和安全性。(2)方程控制法因?yàn)槭欠蔷€性的，可以運(yùn)用于對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的的運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)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(jī)械的準(zhǔn)確穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的數(shù)據(jù)參考。(4)方程控制法適用于轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的所有齒型，根`據(jù)不同的齒型及結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以通過方程控制法計(jì)算得到相應(yīng)的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)。


圖1是本發(fā)明的一實(shí)施例的轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)齒型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的雙控制體示意圖；圖3是主阻尼與轉(zhuǎn)速間的變化曲線圖；圖4是交叉剛度與轉(zhuǎn)速間的變化曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明是一種對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方程控制法，是一種基于雙控制體模型和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程基礎(chǔ)之上對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方法，本發(fā)明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。本發(fā)明方法包括以下步驟第一步，確定密封齒型及結(jié)構(gòu)參數(shù)本方法適用于轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)所有的齒型，本實(shí)施例選取直齒密封作為實(shí)例操作。如圖1所示，轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)齒形結(jié)構(gòu)參數(shù)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(zhuǎn)子半徑；L表示齒間距。 轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)輸入氣體參數(shù)如表I所示表1:轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)輸入氣體參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方程控制法，是一種基于雙控制體模型和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程基礎(chǔ)之上對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方法，其特征在于，包括步驟如下 第一步，確定所求轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)的密封齒結(jié)構(gòu)，并得出密封齒的結(jié)構(gòu)參數(shù)； 第二步，對(duì)所述齒型結(jié)構(gòu)及相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)運(yùn)用連續(xù)性方程建立起轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的兩個(gè)控制體的連續(xù)性方程； 第三步，對(duì)所述齒型結(jié)構(gòu)及相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)運(yùn)用動(dòng)量方程建立起轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的兩個(gè)控制體的周向動(dòng)量方程； 第四步，對(duì)所得到的轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)雙控制體的連續(xù)性方程和動(dòng)量方程根據(jù)相關(guān)的無量剛化方法進(jìn)行無量綱化，得到無量綱化方程組； 第五步，對(duì)所得到的轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的無量綱化方程組利用傅里葉級(jí)數(shù)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(lián)合轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程和殘差后的方程組構(gòu)成求解方程組； 第八步，對(duì)方程組求解并得到轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方程控制法，其特征在于，所述密封齒為適用于轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的所有齒型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方程控制法，其特征在于，所述第二步中，兩個(gè)控制體中控制體I的連續(xù)性方程為
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方程控制法， 其特征在于，所述第三步中，控制體I的周向動(dòng)量方程為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方程控制 法，其特征在于，所述第四步中，得到的無量綱化方程組為
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方程控 制法，其特征在于，所述第五步中，對(duì)無量綱化方程組利用傅里葉公式展 開，得到殘差表達(dá)式
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方程控制法，其特征在于，所述第六步中，得到的殘差積分方程組為
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方程控制法，其特征在于，所述第七步中，得到的求解方程組為
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方程控制法，其特征在于，所述第八步中，得到的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)的計(jì)算表達(dá)式為
全文摘要
本發(fā)明公開一種對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方程控制法，是一種基于雙控制體模型和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程基礎(chǔ)之上對(duì)轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)求解的方法，步驟為第一步，確定密封齒型及結(jié)構(gòu)參數(shù)；第二步，建立雙控制體模型的連續(xù)方程；第三步，建立雙控控制體的動(dòng)量方程；第四步，將連續(xù)方程和動(dòng)量方程無量綱化；第五步，利用傅里葉級(jí)數(shù)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(lián)合轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程和殘差后的方程組構(gòu)成求解方程組；第八步，對(duì)方程組求解并得到轉(zhuǎn)自密封系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性系數(shù)。本發(fā)明考慮了非線性的因素，適用范圍更廣，計(jì)算所得的誤差更小。
文檔編號(hào)G06F17/11GK103049425SQ20121049611
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者何洪軍, 荊建平 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)