[发明专利]基于Modelica语言的滑动轴承性能仿真系统及其建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及滑动轴承性能试验领域，特别涉及基于Modelica语言的滑动轴承性能仿真系统及其建模方法。

背景技术

滑动轴承是汽轮机、发电机、泵、风机等大型旋转机械的关键部件，起着支撑转子、分离旋转部件和静止部件的重要作用，其运行性能对于保证机组的安全稳定运行至关重要。滑动轴承工作时要求油膜温度不能过高、油膜厚度不能过小、油膜压力不能过大，其动特性直接影响整个转子系统的稳定性和临界转速。随着机组容量的不断提高和产品交付周期的不断缩减，大型旋转机械尺寸不断增大、承载力不断增加，对滑动轴承的运行性能及其转子系统的稳定性提出了更高的要求。

目前，大型旋转机械滑动轴承的主要设计手段为：首先通过查阅设计手册或使用轴承设计专家系统对新型轴承进行初步设计；其次根据设计经验进行比对确认；对于与现有设计有较大差别的新型轴承，还需要设计搭建轴承试验台进行性能测试，以检验其设计的合理性。由此可知，对于和现有轴承结构相似、运行工况相近的滑动轴承，基本以经验设计为主，不能给出有效的性能运行参数对设计结构加以佐证。而对于和现有轴承差别较大的滑动轴承，则需要通过搭建相应试验台对其设计进行检验。大型滑动轴承试验台的搭建需要耗费相当的人力、物力，而且由于结构限制，大型滑动轴承物理试验一般都是针对单一型号、固定结构轴承进行的测试。这种测试方式，每一次测试的实验数据都局限于试验的结构、工况而区别显著，因单纯依赖经验而使得滑动轴承设计的准确性、可靠性受限。系统仿真方法逐渐成为大型旋转机械行业设计测试的新技术手段。

现有大型旋转机械滑动轴承及其转子系统仿真测试技术中，其仿真模型主要采用面向过程的程序设计方法。在过程式的程序设计中，函数或子程序与数据是分别独立存在的，数据结构与算法的正确结合必须由用户自行保证。这样不仅要求用户必须读懂全部程序，还要求必须能够领会原编程人员的数据传递方法和技巧，否则用户自定义模块即便没有任何语法错误，也会很容易地打乱原来的数据传递机制而造成错误。此外还要求程序设计人员要对滑动轴承、转子动力学的知识非常深入地了解，才可能设计出最符合要求的方法，无疑增加了成本和程序设计的难度。

因此，需要提供一种更优化的测试方法，解决上述技术问题，达到更好的测试效果和用户使用体验。

发明内容

为解决现有技术中的技术问题，本发明提供一种基于Modelica语言的滑动轴承性能仿真系统及其建模方法，该系统及其方法能够对滑动轴承运行性能及其支撑转子的动力学性能进行仿真验证和优化设计，相比较于现有技术，大大简化用户工作量，降低模型使用难度，能够进一步提高测试效果。

本发明一方面提供一种基于Modelica语言的滑动轴承性能仿真系统建模方法，包括：

(1)分解系统：将整个滑动轴承系统模块化分解为轴承转子子系统和外围辅助子系统，再将所述轴承转子子系统和外围辅助子系统分解为元件；

(2)系统建模：建立(1)中所述的元件对应的元件模型库，将所述元件模型库组合成部件模型库，根据所述部件模型库建立轴承转子子系统模型库和外围辅助子系统模型库，根据所述轴承转子子系统模型库和所述外围辅助子系统模型库构建滑动轴承系统模型；

(3)仿真验证：设定(2)中所述滑动轴承系统模型的参数，对滑动轴承运行性能及其支撑转子的动力学性能进行仿真分析和验证。

优选的，所述轴承转子子系统包括滑动轴承和转子。

优选的，所述滑动轴承包括：润滑膜厚度；瓦块运动关系；润滑膜粘度-温度关系；雷诺方程，包括层流、紊流、雷诺方程自然边界和雷诺方程强制边界等各状态；能量方程，包括对流、对流传导、能量方程自然边界和能量方程强制边界等各状态。不同状态/参数下如层流、紊流、雷诺方程自然边界和雷诺方程强制边界将得到不同的雷诺方程状态/结果。不同状态/参数下如对流、对流传导、能量方程自然边界和能量方程强制边界将得到不同的能量方程状态/结果。

优选的，所述转子包括轴段和转盘。

优选的，所述外围辅助子系统包括：驱动系统、激振系统、加载系统、外部环境和测控系统。

优选的，所述驱动系统包括驱动机械部分和驱动控制部分；所述激振系统采用单频激振、宽频激振和脉冲激振中至少一种激振方式；所述加载系统包括加载机械部分、加载液压部分和加载控制部分；所述外部环境包括环境噪声和环境温度，所述环境噪声包括周期噪声和白噪声。