(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111430406.X (22)申请日 2021.11.29 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114282315 A (43)申请公布日 2022.04.05 (73)专利权人 中国船舶工业 集团公司第七0八 研究所 地址 200001 上海市黄浦区西藏 南路1688 号 (72)发明人 耿浩涵　朱健申　苏威　李健强　 王宗龙　夏华猛　 (74)专利代理 机构 上海申汇 专利代理有限公司 31001 专利代理师 翁若莹　柏子雵(51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) 审查员 韩征 (54)发明名称 水润滑轴承-多环形密封-转子系统临界转 速计算方法 (57)摘要 本发明提供了一种水润滑轴承 ‑多环形密 封‑转子系统临界转速计算方法， 包括计算水润 滑轴承的动力特性系数； 计算环形密封的动力特 性系数； 计算整体转子系统的临界转速。 本发明 在计算转子系统的临界转速时考虑了水润滑轴 承动力特性和环形密封动力特性对转子系统临 界转速的影 响， 将基于有限差分法的水润滑轴承 动力特性系数和基于准稳态法的环形密封动力 特性系数嵌入转子系统临界转速的计算中， 使 得 临界转速 计算更为精确。 权利要求书3页 说明书6页 附图2页 CN 114282315 B 2022.12.20 CN 114282315 B 1.一种水润滑轴承 ‑多环形密封 ‑转子系统临界转速计算方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 步骤1、 基于转子系统给 出水润滑轴承初始计算 参数； 步骤2、 计算水润滑轴承的静特性系数； 步骤3、 计算水润滑轴承的动力特性系数； 步骤4、 建立环形密封的动力学模型， 包括以下步骤： 环形密封不作为支撑部件， 当转子平衡位置位于环形密封 中心时， 激振力与位移、 速度 扰动之间的关系线性表示 为： 式中， Fx、 Fy分别为密封流体在X轴、 Y轴方向上对转子的作用力； K为主刚度系 数， k为交 叉刚度系数； C为主阻尼系数， c为交叉阻尼系数； M为主质量系数； (x,y)为转子涡动中心位 移， 为转子涡动中心速度， 为转子涡动中心加速度； 当转子偏心距为e， 以角速度Ω绕环形密封中心作同心圆涡动时， 涡动中心的运动方程 为： 式中， t为时间变量； 当t＝0， 涡动中心的位移为(e,0)， 相对应的速度和加速度分别为 (0,eΩ)、 ( ‑eΩ2,0)， 激振力与动力特性系数的函数关系表示 为： 步骤5、 建立环形密封的三维物理模型； 步骤6、 计算环形密封动力特性系数； 步骤7、 建立 转子系统三维计算模型； 步骤8、 计算水润滑轴承 ‑多环形密封 ‑转子系统的临界转速， 包括以下步骤： 水润滑轴承 ‑多环形密封 ‑转子系统两端由两个相同的圆柱径向动压水润滑轴承支撑， 叶轮、 平衡毂和平衡盘非对称放置在两端轴承之间， 将轴承动力特性和环形密封动力特性 以动力特性系数矩阵嵌入转子系统运动微分方程， 则建立 转子系统运动微分方程 为： 式中， C为系统的非对称阻尼矩阵， G为陀螺矩阵， K为系 统刚度矩阵的对称部分， S为系 统刚度矩阵的非对称部分， M为质量矩阵， U、 及 分别为机械系统的广义坐标矢量、 机械 系统的速度、 机 械系统的加速度， Q 为作用在机 械系统上的广义外力； 采用Damped法对转子系统运动微分方程提取复特征值和复特征向量， 计算转子系统在 不同转速下的模态频率， 并从中读取临界转速 。 2.如权利要求1所述的一种水润滑轴承 ‑多环形密封 ‑转子系统临界转速计算方法， 其权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114282315 B 2特征在于， 步骤1中， 所述水润滑轴承初始计算参数包括轴承长度、 轴承直径、 轴承半径间 隙、 轴承支反力、 润滑液动压粘度、 转速、 预设偏位角、 预设偏心率。 3.如权利要求1所述的一种水润滑轴承 ‑多环形密封 ‑转子系统临界转速计算方法， 其 特征在于， 步骤2中， 所述水润滑轴承的静特性系数包括： 液膜压力分布、 液膜承载力、 轴承 偏位角、 轴承偏心率， 具体包括以下步骤： 步骤201、 转子系统两端由两个相同的圆柱径向动压水润滑轴承支撑， 采用有限差分法 通过求解二维Reynolds方程获得 液膜的压力分布； 步骤202、 通过对液膜的压力分布进行积分， 求 解X轴和Y轴方向上的液膜承载力； 步骤203、 根据轴承的负荷是竖直向下的特性对轴承偏位角 θ进行修正， 设第i次计算获 得的轴承偏位角为θi， 则有： 式中： θi‑1为第i‑1次计算获得的轴承偏位角； 为X轴方向上的无量纲液膜承载力， 为Y轴方向上的无量纲液膜承载力， 且有 步骤204、 基于轴承的负荷与液膜承载力相平衡的原则 对轴承偏心率ε进行修正， 设第i 次计算获得的轴承偏心率 为 εi， 则有： 式中： εi‑1第i‑1次计算获得的轴承偏心率； 为无量纲轴承负荷， 为无量纲液膜承载 力， 且有 4.如权利要求1所述的一种水润滑轴承 ‑多环形密封 ‑转子系统临界转速计算方法， 其 特征在于， 步骤3中， 所述动力特性系数包括主刚度系数、 交叉刚度系数、 主阻尼系数、 交叉 阻尼系数。 5.如权利要求3所述的一种水润滑轴承 ‑多环形密封 ‑转子系统临界转速计算方法， 其 特征在于， 所述 步骤3包括以下步骤： 液膜的刚度和阻尼系数反映了轴颈在静平衡位置受到位移或速度扰动 时液膜力的变 化情况， 对非定常工况Reynolds方程的各项扰动参数求导得出各扰动压力的微分方程， 结 合Reynolds方程通过求解扰动压力微分方程得 出水润滑轴承的动力特性系数。 6.如权利要求1所述的一种水润滑轴承 ‑多环形密封 ‑转子系统临界转速计算方法， 其 特征在于， 步骤5中所述三维物理模型包括： 环形密封长度、 环形密封外径、 环形密封内径、 密封流体平均膜厚、 密封进 出口压差、 工作转速、 密封流体密度、 密封流体动压系数、 转子涡 动中心偏心率。 7.如权利要求1所述的一种水润滑轴承 ‑多环形密封 ‑转子系统临界转速计算方法， 其 特征在于， 步骤6中， 所述环形密封动力特性系数包括主刚度系数、 交叉刚度系数、 主阻尼系 数、 交叉阻尼系数。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114282315 B 3