[发明专利]密封动力特性系数试验识别方法

摘要

一种密封动力特性系数试验识别方法，将气流力的影响通过气缸振动的变化反映出来，避免充气前后轴承动力特性变化对识别结果的影响；考虑了气缸偏摆、垂直/水平方向振动耦合等问题。将气流力按力和力偶平衡的原则，等效分解到试验台气缸两个端面；分别在两端面铅垂和水平方向激振，得到此工况下气缸的影响系数矩阵，再通过加气试验测得加气后气缸两端面的相对振动变化后，求得到气流力大小；通过安装在气缸上的涡流传感器测得气缸内任意组密封所在截面相对振动，由于试验台密封结构尺寸相同，压力降基本相同，可以认为各组密封动力特性系数相同，进而可以求出密封动力特性系数。

主权项

1.一种密封动力特性系数试验识别方法，其特征在于，步骤1：轴处于静态时，在气缸的第1端面和第2端面分别沿铅垂方向和水平方向并在13Hz～100Hz激振频率f下施加径向激振力F_1⊥、F_1-、F_2⊥、F_2-，得到气缸对应激振频率下的影响系数矩阵A，即：A=α1⊥,1⊥α1-,1⊥α2⊥,1⊥α2-,1⊥α1⊥,1-α1-,1-α2⊥,1-α2-,1-α1⊥,2⊥α1-,2⊥α2⊥,2⊥α2-,2⊥α1⊥,2-α1-,2-α2⊥,2-α2-,2-]]>其中：α_1⊥，1⊥表示在第1端面铅垂方向施加激振力F_1⊥对第1端面铅垂方向振动变化Y_1⊥，1⊥的影响系数，第1端面铅垂方向振动变化Y_1⊥，1⊥由安装在第1端面铅垂方向上的速度传感器测得；α_1⊥，1-表示在第1端面铅垂方向施加激振力F_1⊥对第1端面水平方向振动变化X_1⊥，1-的影响系数，第1端面水平方向振动变化X_1⊥，1-由安装在第1端面水平方向上的速度传感器测得；α_1⊥，2⊥表示在第1端面铅垂方向施加激振力F_1⊥对第2端面铅垂方向振动变化Y_1⊥，2⊥的影响系数；第2端面铅垂方向振动变化Y_1⊥，2⊥由安装在第2端面铅垂方向上的速度传感器测得；α_1⊥，2-表示在第1端面铅垂方向施加激振力F_1⊥对第2端面水平方向振动变化X_1⊥，2的影响系数；第2端面水平方向振动变化X_1⊥，2-由安装在第2端面水平方向上的速度传感器测得；α_1-，1⊥表示在第1端面水平方向施加激振力F_1-对第1端面铅垂方向振动变化Y_1-，1⊥的影响系数；第1端面铅垂方向振动变化Y_1-，1⊥由安装在第1端面铅垂方向上的速度传感器测得；α_1-，1-表示在第1端面水平方向施加激振力F_1-对第1端面水平方向振动变化X_1-，1-的影响系数；第1端面水平方向振动变化X_1-，1-由安装在第1端面水平方向上的速度传感器测得；α_1-，2⊥表示在第1端面水平方向施加激振力F_1-对第2端面铅垂方向振动变化Y_1-，2⊥的影响系数；第2端面铅垂方向振动变化Y_1-，2⊥由安装在第2端面铅垂方向上的速度传感器测得；α_1-，2-表示在第1端面水平方向施加激振力F_1-对第2端面水平方向振动变化X_1-，2-的影响系数；第2端面水平方向振动变化X_1-，2-由安装在第2端面水平方向上的速度传感器测得；α_2⊥，1⊥表示在第2端面铅垂方向施加激振力F_2⊥对第1端面铅垂方向振动变化Y_2⊥，1⊥的影响系数；第1端面铅垂方向振动变化Y_2⊥，1⊥由安装在第1端面铅垂方向上的速度传感器测得；α_2⊥，1-表示在第2端面铅垂方向施加激振力F_2⊥对第1端面水平方向振动变化X_2⊥，1-的影响系数；第1端面水平方向振动变化X_2⊥，1-由安装在第1端面水平方向上的速度传感器测得；α_2⊥，2⊥表示在第2端面铅垂方向施加激振力F_2⊥对第2端面铅垂方向振动变化Y_2⊥，2⊥的影响系数；第2端面铅垂方向振动变化Y_2⊥，2⊥由安装在第2端面铅垂方向上的速度传感器测得；α_2⊥，2-表示在第2端面铅垂方向施加激振力F_2⊥对第2端面水平方向振动变化X_2⊥，2-的影响系数；第2端面水平方向振动变化X_2⊥，2-由安装在第2端面水平方向上的速度传感器测得；α_2-，1⊥表示在第2端面水平方向施加激振力F_2-对第1端面铅垂方向振动变化Y_2-，1⊥的影响系数；第1端面铅垂方向振动变化Y_2-，1⊥由安装在第1端面铅垂方向上的速度传感器测得；α_2-，1-表示在第2端面水平方向施加激振力F_2-对第1端面水平方向振动变化X_2-，1-的影响系数；第1端面水平方向振动变化X_2-，1-α_2-，2⊥表示在第2端面水平方向施加激振力F_2-对第2端面铅垂方向振动变化Y_2-，2⊥的影响系数；第2端面铅垂方向振动变化Y_2-，2⊥由安装在第2端面铅垂方向上的速度传感器测得；α_2-，2-表示在第2端面水平方向施加激振力F_2-对第2端面水平方向振动变化X_2-，2-的影响系数，第2端面水平方向振动变化X_2-，2-由安装在第2端面水平方向上的速度传感器测得。步骤2：轴在13Hz～100Hz转速频率范围内运转时，使用分别安装在气缸第1端面及第2端面上的速度传感器，测得充气后气缸第1端面及第2端面铅垂和水平方向振动变化Y₁、X₁、Y₂、X₂，并由下式求出2个端面垂直和水平方向上的气流力F：A·F=α1⊥,1⊥α1-,1⊥α2⊥,1⊥α2-,1⊥α1⊥,1-α1-,1-α2⊥,1-α2-,1-α1⊥,2⊥α1-,2⊥α2⊥,2⊥α2-,2⊥α1⊥,2-α1-,2-α2⊥,2-α2-,2-F1⊥F1-F2⊥F2-=Y1X1Y2X2---(1)]]>F=A-1·Y1X1Y2X2.]]>其中：F=F1⊥F1-F2⊥F2-.]]>步骤3：通过安装在气缸横截面上的电涡流传感器，测得q组横截面上的密封的水平和铅垂方向上的相对振动ΔX_k，ΔY_k后，对第k组密封而言，在平衡点附近将水平和铅垂方向气流力F_k，x，F_k，y线性化展开后得到：Fk,xFk,y=KxxKxyKyxKyyΔXkΔYk+CxxCxyCyxCyyΔX·kΔY·k=HxxHxyHyxHyyΔXkΔYk---(2)]]>其中：K_xx表示水平方向即x向直接刚度系数；K_yy表示铅垂方向即y向直接刚度系数；K_xy表示水平方向即x向对铅垂方向即y向的交叉刚度系数；K_yx表示铅垂方向即y向对水平方向即x向的交叉刚度系数；C_xx表示水平方向即x向直接阻尼系数；C_yy表示铅垂方向即y向直接阻尼系数；C_xy表示水平方向即x向对铅垂方向即y向的交叉阻尼系数；C_yx表示铅垂方向即y向对水平方向即x向的交叉阻尼系数；表示第k组密封水平方向上的相对振动一阶导数；表示第k组密封铅垂方向上的相对振动一阶导数；H_xx＝K_xx+iωC_xx，H_xx表示水平方向即x向直接阻抗；H_yy＝K_yy+iωC_yy，H_yy表示铅垂方向即y向直接阻抗；H_xy＝K_xy+iωC_xy，H_xy表示水平方向即x向对铅垂方向即y向的交叉阻抗；H_yx＝K_yx+iωC_yx，H_yx表示铅垂方向即y向对水平方向即x向的交叉阻抗；ω为转子工作频率，按照力和力偶相等的原则，将气流力F_k，x，F_k，y等效到气缸两个端面上去，得到：Fk,xFk,y1=Lk,2LHxxHxyHyxHyyΔXkΔYk,Fk,xFk,y2=Lk,1LHxxHxyHyxHyyΔXkΔYk---(3)]]>其中：L为气缸总长度，L_k，1，L_k，2分别为第k组密封到气缸第1端面及第2端面的距离，q组密封所产生的两个端面上等效气流力F_x，F_y为：FxFy1=HxxHxyHyxHyyΣk=1qLk,2LΔXkΣk=1qLk,2LΔYk,FxFy2=HxxHxyHyxHyyΣk=1qLk,1LΔXkΣk=1qLk,1LΔYk---(4)]]>气缸两侧气流力通过步骤2求出后，即可由(4)式求出阻抗H_xx，H_yy，H_xy，H_yx，各阻抗H_xx，H_yy，H_xy，H_yx的实部分别为密封刚度系数K_xx，K_yy，K_xy，K_yx，虚部分别为ωC_xx，ωC_yy，ωC_xy，ωC_yx，q为密封组数，密封动力特性系数即为：K_xx＝real(H_xx)，K_yy＝real(H_yy)，K_xy＝real(H_xy)，K_yx＝real(H_yx)C_xx＝imag(H_xx)/ω，C_yy＝imag(H_yy)/ω，C_xy＝imag(H_xy)/ω，C_yx＝imag(H_yx)/ω。