专利名称：对转子密封系统动态特性系数求解的方程控制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对转子密封系统动态特性系数求解的方法，更具体的说，涉及一种非线性的对转自密封系统动态特性系数求解的方程控制法。
背景技术：
转子密封系统动态特性数的准确计算在工程中具有重要的价值和意义，对于大功率高转速的透平机械而言，可靠性和稳定性至关重要，同时大型的透平机械也是旋转机械中最重要也是最昂贵的机械设备之一，因此透平机械的稳定运行是非常重要的，而转子密封系统的动态特性系数正是表征和衡量转子密封系统运行稳定与否的关键要素，因而对转子密封系统的动态特性系数的准确计算是有极大的意义的。传统的动态特性系数计算方法主要是单控制体方法。此方法是将密封腔室看作是一个整体，利用动量方程和连续性方程对转子密封系统的动态特性系数进行求解，此方法的缺点和不足表现在以下几个方面第一，单控制体方法是将整个腔室的压力看成一个平均值，这样增大了误差；第二，单控体方法在求解转子密封系统动态特性系数的过程中，是将相关方程线性化，这样会给求解带来误差；第三，单控体方法不能准确描述转子密封系统内部流场的特点，因而建立的求解方程组误差较大。经过现有的文献检索，国内尚无对转子密封系统动态特性系数求解的相关方法和专利。现在通常采用的方法是实验测量和线性化的单控体方法，这两种方法存在的缺点如下第一，转子密封动态特性系数是不能直接测量的，只能直接测量压力进行间接计算。这样势必会对结果带来一定的误差；第二，单控体方法自身的缺陷造成无法准确得到和描述转子密封系统的动态特性系数。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种对转子密封系统动态特性系数求解的方程控制法。本发明在融合双控制体模型(Two Control Volume model)和转子运动方程基础上得到方程控制法(Equation Control Method,简称ECM),能够比较准确的计算转子密封系统的动态特性系数。本方法不存在对方程线性化的过程，因而所得到计算结果误差较单控制体法小。为达到上述发明的目的，本发明所采用的技术方案如下一种对转子密封系统动态特性系数求解的方程控制法，包括步骤如下第一步，确定所求转子密封系统动态特性系数的密封齿结构，并得出密封齿的结构参数；第二步，对所述齿型结构及相关结构参数运用连续性方程建立起转子密封系统的两个控制体的连续性方程；第三步，对所述齿型结构及相关结构参数运用动量方程建立起转子密封系统的两个控制体的动量方程；
第四步，对所得到的转子密封系统双控制体的连续性方程和动量方程根据相关的无量刚化方法进行无量纲化，得到无量纲化方程组；第五步，对所得到的转子密封系统的无量纲化方程组利用傅里叶级数展开求得无量纲方程的残差；第六步，利用伽辽金方法和四阶高斯公式求所述残差积分得到所求量的方程组；第七步，联合转子运动方程和残差后的方程组构成求解方程组；第八步，对方程组求解并得到转子密封系统动态特性系数。本发明技术方案所带来的有益效果(I)方程控制法可以运用在对大型透平机械的密封系统运型稳定性进行评价，通过计算出相关的动态特性系数可以判断透平机械运行稳定与否或是运动的特征，这样可以提高大型透平机械运行的效率和安全性。(2)方程控制法因为是非线性的，可以运用于对转子密封系统的的运动特征进行估算，为安全性提供可靠的保障。(3)方程控制法是非线性化的求解方法，因而能为透平机械的准确稳定运行提供可靠的数据参考。(4)方程控制法适用于转子密封系统的所有齿型，根`据不同的齿型及结构参数，可以通过方程控制法计算得到相应的动态特性系数。
图1是本发明的一实施例的转子密封系统齿型结构示意图；图2是本发明的双控制体示意图；图3是主阻尼与转速间的变化曲线图；图4是交叉刚度与转速间的变化曲线图。
具体实施例方式以下结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明。本发明是一种对转子密封系统动态特性系数求解的方程控制法，是一种基于双控制体模型和转子运动方程基础之上对转子密封系统动态特性系数求解的方法，本发明的双控制体包括双控制体I和双控制体II，该模型如图2所示。本发明方法包括以下步骤第一步，确定密封齿型及结构参数本方法适用于转子密封系统所有的齿型，本实施例选取直齿密封作为实例操作。如图1所示，转子密封系统齿形结构参数Cr=2mm;B=7mm;R=1OOmm;L=8mm其中Cr表示密封齿间隙；B表示齿高；R表示转子半径；L表示齿间距。 转子密封系统输入气体参数如表I所示表1:转子密封系统输入气体参数
权利要求
1.一种对转子密封系统动态特性系数求解的方程控制法，是一种基于双控制体模型和转子运动方程基础之上对转子密封系统动态特性系数求解的方法，其特征在于，包括步骤如下 第一步，确定所求转子密封系统动态特性系数的密封齿结构，并得出密封齿的结构参数； 第二步，对所述齿型结构及相关结构参数运用连续性方程建立起转子密封系统的两个控制体的连续性方程； 第三步，对所述齿型结构及相关结构参数运用动量方程建立起转子密封系统的两个控制体的周向动量方程； 第四步，对所得到的转子密封系统双控制体的连续性方程和动量方程根据相关的无量刚化方法进行无量纲化，得到无量纲化方程组； 第五步，对所得到的转子密封系统的无量纲化方程组利用傅里叶级数展开求得无量纲方程的残差； 第六步，利用伽辽金方法和四阶高斯公式求所述残差积分得到所求量的方程组； 第七步，联合转子运动方程和残差后的方程组构成求解方程组； 第八步，对方程组求解并得到转子密封系统动态特性系数。
2.根据权利要求1所述的对转子密封系统动态特性系数求解的方程控制法，其特征在于，所述密封齿为适用于转子密封系统的所有齿型。
3.根据权利要求1所述的对转子密封系统动态特性系数求解的方程控制法，其特征在于，所述第二步中，两个控制体中控制体I的连续性方程为
4.根据权利要求3所述的对转子密封系统动态特性系数求解的方程控制法， 其特征在于，所述第三步中，控制体I的周向动量方程为
5.根据权利要求4所述的对转子密封系统动态特性系数求解的方程控制 法，其特征在于，所述第四步中，得到的无量纲化方程组为
6.根据权利要求5所述的对转子密封系统动态特性系数求解的方程控 制法，其特征在于，所述第五步中，对无量纲化方程组利用傅里叶公式展 开，得到残差表达式
7.根据权利要求6所述的对转子密封系统动态特性系数求解的方程控制法，其特征在于，所述第六步中，得到的残差积分方程组为
8.根据权利要求7所述的对转子密封系统动态特性系数求解的方程控制法，其特征在于，所述第七步中，得到的求解方程组为
9.根据权利要求7所述的对转子密封系统动态特性系数求解的方程控制法，其特征在于，所述第八步中，得到的动态特性系数的计算表达式为
全文摘要
本发明公开一种对转子密封系统动态特性系数求解的方程控制法，是一种基于双控制体模型和转子运动方程基础之上对转子密封系统动态特性系数求解的方法，步骤为第一步，确定密封齿型及结构参数；第二步，建立双控制体模型的连续方程；第三步，建立双控控制体的动量方程；第四步，将连续方程和动量方程无量纲化；第五步，利用傅里叶级数展开求得无量纲方程的残差；第六步，利用伽辽金方法和四阶高斯公式求残差积分得到所求量的方程组；第七步，联合转子运动方程和残差后的方程组构成求解方程组；第八步，对方程组求解并得到转自密封系统动态特性系数。本发明考虑了非线性的因素，适用范围更广，计算所得的误差更小。
文档编号G06F17/11GK103049425SQ20121049611
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者何洪军, 荆建平 申请人:上海交通大学