[发明专利]考虑密封力影响的低温液体膨胀机转子临界转速预测方法

说明书

考虑密封力影响的低温液体膨胀机转子临界转速预测方法，首先获得转子和轴承的相关参数，然后将密封气热物性文件与迷宫密封内流场求解相结合，基于涡动转子模型进行数值模拟而获得迷宫密封内流场结果；通过对转子内表面的压力面积积分，求得作用于转子上的密封力径向分量与切向分量；然后根据密封力线性化模型，求得刚度系数与阻尼系数；最后建立有限元模型，预测转子的临界转速。本发明考虑了真实情况下低温液体膨胀机迷宫密封件中的密封气流动特性对转子动力学行为的影响，使得临界转速的预测更科学合理、更切合实际。本发明涉及的预测方法流程简便明了，对不同结构、不同密封气情况下的液体膨胀机转子临界转速的预测提供了有效的计算方法。

技术领域

本发明属于低温空分和液化等技术领域，涉及低温液体膨胀机的转子动力学问题，特别是涉及一种考虑密封力影响的低温液体膨胀机转子临界转速预测方法。

背景技术

低温液体膨胀机是低温空分和低温液化装置的新型节能装置，用于替代传统的高压液体节流阀，不仅能满足低温流程的降压要求，还能减少流程的能量损失，产生显著节能降耗效益。与常规叶轮机械类似，低温液体膨胀机作为一种旋转机械，其转子动力学特性直接影响着膨胀机机组乃至整个低温系统的稳定运行。本发明公开了一种考虑密封力影响的低温液体膨胀机转子临界转速的预测方法，对液体膨胀机机组和低温系统的安全运行具有重要意义。

为了保证转子系统的平稳运转，避免其工作转速靠近临界转速产生共振而影响机组安全运行，在旋转机械设计时需要准确预测转轴的临界转速。

迷宫密封是一种广泛应用于旋转机械的非接触式转轴与轴孔之间的密封件，也是低温液体膨胀机所采用的一种高效轴封结构。由于转子在密封腔内的偏置难以避免，导致密封腔内的周向间隙不均匀，造成非周向对称的密封气压力分布而使得转子上产生不为零的密封力。密封力异常复杂，其大小和方向瞬息万变，将会导致转子运动失稳和异常振动，它是影响转子系统稳定的重要因素之一。将密封力的影响考虑在内有助于提升此类液体膨胀机转子临界转速的预测精准度，进而能更有效地避开共振,对液体膨胀机的安全运行具有重要意义，在国内外专利文献中尚无公开报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑密封力影响的低温液体膨胀机转子临界转速预测方法,旨在提升液体膨胀机转子临界转速的预测精准度,为低温液体膨胀机转子设计和稳定运行提供指导。

为实现上述目的，本发明采用如下的的技术方案：

一种考虑密封力影响的低温液体膨胀机转子临界转速预测方法，包括以下步骤：

步骤1，获得液体膨胀机转轴、叶轮的相关物理参数以及轴承的动特性系数；

步骤2，基于涡动转子模拟，模拟低温液体膨胀机迷宫密封内流场，获得迷宫密封内流特性；

步骤3，获得低温液体膨胀机迷宫密封中的密封力：通过对转子内表面的压力和粘性力面积积分，求得作用于转子上的密封力径向分量F_r与切向分量F_t；

步骤4，计算迷宫密封动特性系数，得到主刚度系数K_s，交叉刚度系数k_s，主阻尼系数C_s，交叉阻尼系数c_s；

步骤5，基于步骤1和步骤4，建立转子-轴承-密封系统临界转速预测用有限元模型，对考虑密封力影响的低温液体膨胀机转子临界转速预测。

本发明进一步的改进在于，步骤1中，液体膨胀机转轴、叶轮的相关物理参数以及轴承的动特性系数包括整理转轴、叶轮的几何参数以及材料密度、刚度和泊松比，轴承的位置、刚度系数和阻尼系数。

本发明进一步的改进在于，步骤2具体包括以下步骤：

(1)构建密封气的二元物性文件，以描述流体热力学特性；