[发明专利]一种基于模态分析的多级离心泵环形密封结构设计方法

说明书

本发明公开了一种基于模态分析的多级离心泵环形密封结构设计方法，包括如下步骤：根据III阶模态振型分析确定叶轮和轴承所在节点的振动位移量值X_iIII；构建振动位移量值集合关于环形密封等效刚度K的函数；构造环形密封等效刚度K的评价函数并通过牛顿迭代法得出K的最优解K^※；构造环形密封间隙C和环形密封半径R的点集并计算，得到拟合函数f_k(R，C)；建立评价函数f_RC，求解f_RC极小值时对应的环形密封间隙C、环形密封半径R。本发明基于转子系统的模态分析，构建环形密封间隙C、环形密封半径R的评价函数，实现环形密封结构的参数设计与优化。

技术领域

本发明涉及离心泵领域，具体涉及一种基于模态分析的多级离心泵环形密封结构设计方法。

背景技术

离心泵是应用最广泛的泵，不仅应用于石油、化工、水利等工农业领域，而且应用于航空、核能等高科技领域。离心泵中存在大量的环形间隙密封结构，如环形密封、级间密封以及平衡鼓等结构存在，这些环形间隙密封结构会对离心泵的轴系造成一定的影响，环形间隙密封结构参数的变化会引起此处流体激励力及其等效动力学特性的变化，进而改变整个离心泵转子系统的模态振型与动力学响应。目前对环形间隙密封结构的优化改造往往都从泄漏量和磨损角度进行，并根据叶轮结构和经验选择对应的环形间隙密封结构，但考虑到环形间隙密封结构的加入必然会影响转子系统振动特性，导致结构设计与预想出现较大偏差，因此，利用转子系统模态特性分析结果进行环形密封结构的参数设计与优化，具有一定的可行性与重要的工程应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于模态分析的多级离心泵环形密封结构设计方法，用以环形间隙密封结构设计的优化。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于模态分析的多级离心泵环形密封结构设计方法，包括如下步骤：

步骤1、根据Ⅲ阶模态振型分析确定叶轮和轴承所在节点的振动位移量值X_iⅢ；

步骤2、构建振动位移量值集合关于K的函数；

步骤3、构造环形密封等效刚度K的评价函数并通过牛顿迭代法得出K的最优解K^※；

步骤4、构造环形密封间隙C、环形密封半径R的点集并计算，得到拟合函数f_k(R,C)；

步骤5、建立评价函数f_RC，求解f_RC极小值时对应的环形密封间隙C、环形密封半径R。

作为本发明一种基于模态分析的多级离心泵环形密封结构设计方法的改进，所述步骤1包括：

步骤1.1、根据多级离心泵转子系统与各转子部件的几何参数，建立n级离心泵转子系统Ⅲ阶模态振型，包括n个叶轮所在质量节点：节点1、节点2、……、节点n，轴承1所在质量节点为节点a，轴承2所在质量节点为节点b，环形密封等效刚度K依次取K₁、K₂、K₃…K_m共m组不同的值；

步骤1.2、以各阶环形密封等效刚度K₁、K₂、K₃…K_m为算例，分别进行n级离心泵转子系统模态分析，n个叶轮、轴承1和轴承2所在质量节点的Ⅲ阶的振动位移量为：

X_iⅢ＝(z_i1、z_i2……z_in、z_ia、z_ib)，

其中：i＝1，2，3…m；