專利名稱：對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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)明涉及一種對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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轉(zhuǎn)自密封系統(tǒng)動態(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)動態(tài)特性數(shù)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(zhuǎn)速的透平機械而言，可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要，同時大型的透平機械也是旋轉(zhuǎn)機械中最重要也是最昂貴的機械設(shè)備之一，因此透平機械的穩(wěn)定運行是非常重要的，而轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的動態(tài)特性系數(shù)正是表征和衡量轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)運行穩(wěn)定與否的關(guān)鍵要素，因而對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的動態(tài)特性系數(shù)的準確計算是有極大的意義的。傳統(tǒng)的動態(tài)特性系數(shù)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(xù)性方程對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的動態(tài)特性系數(shù)進行求解，此方法的缺點和不足表現(xiàn)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(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(tài)特性系數(shù)的過程中，是將相關(guān)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(zhuǎn)子密封系統(tǒng)內(nèi)部流場的特點，因而建立的求解方程組誤差較大。經(jīng)過現(xiàn)有的文獻檢索，國內(nèi)尚無對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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(zhuǎn)子密封動態(tài)特性系數(shù)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(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確得到和描述轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的動態(tài)特性系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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)子運動方程基礎(chǔ)上得到方程控制法(Equation Control Method,簡稱ECM),能夠比較準確的計算轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的動態(tài)特性系數(shù)。本方法不存在對方程線性化的過程，因而所得到計算結(jié)果誤差較單控制體法小。為達到上述發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下一種對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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，對所述齒型結(jié)構(gòu)及相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)運用連續(xù)性方程建立起轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的兩個控制體的連續(xù)性方程；第三步，對所述齒型結(jié)構(gòu)及相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)運用動量方程建立起轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的兩個控制體的動量方程；
第四步，對所得到的轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)雙控制體的連續(xù)性方程和動量方程根據(jù)相關(guān)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(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的無量綱化方程組利用傅里葉級數(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)子運動方程和殘差后的方程組構(gòu)成求解方程組；第八步，對方程組求解并得到轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(tài)特性系數(shù)。本發(fā)明技術(shù)方案所帶來的有益效果(I)方程控制法可以運用在對大型透平機械的密封系統(tǒng)運型穩(wěn)定性進行評價，通過計算出相關(guān)的動態(tài)特性系數(shù)可以判斷透平機械運行穩(wěn)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(zhuǎn)子密封系統(tǒng)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(wěn)定運行提供可靠的數(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算得到相應(yīng)的動態(tài)特性系數(shù)。


圖1是本發(fā)明的一實施例的轉(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。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明是一種對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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)子運動方程基礎(chǔ)之上對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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，本實施例選取直齒密封作為實例操作。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
1.一種對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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)子運動方程基礎(chǔ)之上對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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，對所述齒型結(jié)構(gòu)及相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)運用連續(xù)性方程建立起轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的兩個控制體的連續(xù)性方程； 第三步，對所述齒型結(jié)構(gòu)及相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)運用動量方程建立起轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的兩個控制體的周向動量方程； 第四步，對所得到的轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)雙控制體的連續(xù)性方程和動量方程根據(jù)相關(guān)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(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的無量綱化方程組利用傅里葉級數(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)子運動方程和殘差后的方程組構(gòu)成求解方程組； 第八步，對方程組求解并得到轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(tài)特性系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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所述的對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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所述的對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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的周向動量方程為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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所述的對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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，對無量綱化方程組利用傅里葉公式展 開，得到殘差表達式
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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所述的對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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所述的對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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，得到的動態(tài)特性系數(shù)的計算表達式為
全文摘要
本發(fā)明公開一種對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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)子運動方程基礎(chǔ)之上對轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)動態(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量方程；第四步，將連續(xù)方程和動量方程無量綱化；第五步，利用傅里葉級數(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)子運動方程和殘差后的方程組構(gòu)成求解方程組；第八步，對方程組求解并得到轉(zhuǎn)自密封系統(tǒng)動態(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，計算所得的誤差更小。
文檔編號G06F17/11GK103049425SQ20121049611
公開日2013年4月17日 申請日期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 申請人:上海交通大學(xué)