一种涡轮泵密封结构设计方法、装置及设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种涡轮泵密封结构设计方法、装置及设备，涉及液体火箭发动机技术领域，以解决用于液体火箭发动机中的密封结构密封性能差的问题。方法包括：基于多组密封结构的参数方案，对密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行稳态流场计算，确定在目标条件内的参数方案；基于目标条件内的参数方案，进行非定常流场计算，得到目标条件内各参数方案对应的非定常涡动位移及流体激振力信号，进行转子稳定性分析，得到目标条件内的各参数方案对应的转子稳定性数据；根据转子稳定性数据确定目标参数方案。本发明专利技术提供的涡轮泵密封结构设计方法的密封结构可以应用于液体火箭发动机涡轮泵且密封泄漏量小、转子耗功低、转子稳定性高。转子稳定性高。转子稳定性高。

【技术实现步骤摘要】
一种涡轮泵密封结构设计方法、装置及设备


[0001]本专利技术涉及液体火箭发动机
，尤其涉及一种涡轮泵密封结构设计方法、装置及设备。

技术介绍

[0002]在液体火箭发动机推进剂泵中，提高旋转动密封的性能是提高泵工作效率和可靠性的主要方式，现有液体火箭发动机涡轮泵通常采用迷宫密封进行密封，然而迷宫密封由于自身结构特点，密封性能有限，无法进一步提高液体火箭发动机涡轮泵的工作效率和可靠性。
[0003]蜂窝密封结构或孔型密封结构是一种阻尼密封结构，一般应用于发动机离心轮前后的动密封时，能够减少泵的泄漏量，提高泵的流量效率，减小这股泄漏流对主流的扰动，提高水力效率；同时蜂窝密封结构或孔型密封能够减小密封产生的流体激振力，提高转子稳定性。
[0004]目前，蜂窝密封结构或孔型密封结构仅应用于汽轮机或燃气轮机中，然而液体火箭发动机涡轮泵具有高转速、尺寸小。介质为液态推进剂，且由于液体火箭发动机涡轮泵中介质为液体，流体压缩性较小，与汽轮机或燃气轮机中的气态可压缩介质的密封机理不同，同时相对于气体介质，液体介质粘性较大，因此现有的蜂窝密封结构或孔型密封结构无法直接应用于液体火箭发动机涡轮泵中。
[0005]因此，如何提供一种涡轮泵密封结构设计方法、装置及设备，成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种涡轮泵密封结构设计方法、装置及设备，解决火箭发动机涡轮泵运行时振动大，容易引起发动机系统不稳定，而现有密封结构只考虑泄漏量，而忽略转子稳定性的问题，本方法得到的蜂窝密封结构或孔型密封结构可以应用于液体火箭发动机涡轮泵且密封泄漏量小、转子耗功低、转子稳定性高，能够减小涡轮泵的振动，提高发动机系统稳定性。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种涡轮泵密封结构设计方法，包括：
[0009]基于多组密封结构的参数方案，对密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行稳态流场计算，确定在目标条件内的参数方案；所述目标条件包括密封泄漏量和转子耗功；所述密封流体域涡轮泵流场仿真模型中的待优化密封结构为蜂窝密封结构或孔型密封结构；
[0010]基于目标条件内的参数方案，对所述密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行非定常流场计算，得到目标条件内的各参数方案对应的非定常涡动位移及流体激振力信号；
[0011]根据所述非定常涡动位移及流体激振力信号进行转子稳定性分析，得到目标条件内的各参数方案对应的转子稳定性数据；
[0012]根据所述转子稳定性数据确定目标条件内的参数方案中的目标参数方案。
[0013]对于第一套权要的效果描述，应当详细分析。采用写法为：
[0014]与现有技术相比，本专利技术提供的一种涡轮泵密封结构设计方法中，基于多组密封结构的参数方案，对密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行稳态流场计算，确定在目标条件内的参数方案；目标条件包括密封泄漏量和转子耗功；通过仿真能够更加准确的得到应用于液体火箭发动机涡轮泵时密封结构的泄漏量和转子耗功情况，从而筛选出泄漏量小，转子耗功小的密封结构的参数方案，实现对密封结构的初步优化；且选用蜂窝密封结构或孔型密封结构可以显著减小泄漏量，提高涡轮泵的流量效率。基于目标条件内的参数方案，对密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行非定常流场计算，得到目标条件内的各参数方案对应的非定常涡动位移及流体激振力信号；可以为密封结构的刚度、阻尼的求解提供计算依据，根据非定常涡动位移及流体激振力信号进行转子稳定性分析，得到目标条件内的各参数方案对应的转子稳定性数据；根据转子稳定性数据确定目标条件内的参数方案中的目标参数方案。本方法从泄漏量、转子耗功、转子稳定性三方面对密封结构尺寸进行优化设计，得到的密封结构能够应用于液体火箭发动机涡轮本的密封工作中，且泄漏量少、转子耗功低且稳定性好，有利于提高涡轮泵的工作效率和稳定性。
[0015]第二方面，本专利技术提供一种涡轮泵密封结构设计装置，包括：
[0016]目标条件内的参数方案确定模块，用于基于多组密封结构的参数方案，对密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行稳态流场计算，确定在目标条件内的参数方案；所述目标条件包括密封泄漏量和转子耗功；所述密封流体域涡轮泵流场仿真模型中的待优化密封结构为蜂窝密封结构或孔型密封结构；
[0017]非定常涡动位移及流体激振力信号计算模块，用于基于目标条件内的参数方案，对所述密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行非定常流场计算，得到目标条件内的各参数方案对应的非定常涡动位移及流体激振力信号；
[0018]转子稳定性数据计算模块，用于根据所述非定常涡动位移及流体激振力信号进行转子稳定性分析，得到目标条件内的各参数方案对应的转子稳定性数据；
[0019]目标参数方案确定模块，用于根据所述转子稳定性数据确定目标条件内的参数方案中的目标参数方案。
[0020]第三方面，本专利技术提供一种涡轮泵密封结构设计设备，包括：
[0021]通信单元/通信接口，用于获取多组密封结构的参数方案和密封流体域涡轮泵流场仿真模型；
[0022]处理单元/处理器，用于基于多组密封结构的参数方案，对密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行稳态流场计算，确定在目标条件内的参数方案；所述目标条件包括密封泄漏量和转子耗功；所述密封流体域涡轮泵流场仿真模型中的待优化密封结构为蜂窝密封结构或孔型密封结构；
[0023]基于目标条件内的参数方案，对所述密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行非定常流场计算，得到目标条件内的各参数方案对应的非定常涡动位移及流体激振力信号；
[0024]根据所述非定常涡动位移及流体激振力信号进行转子稳定性分析，得到目标条件内的各参数方案对应的转子稳定性数据；
[0025]根据所述转子稳定性数据确定目标条件内的参数方案中的目标参数方案。
[0026]第二方面提供的装置类方案和第三方面提供的设备类方案所实现的技术效果与第一方面提供的方法类方案相同，此处不再赘述。
附图说明
[0027]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0028]图1为本专利技术提供的一种涡轮泵密封结构设计方法流程图；
[0029]图2为本专利技术提供的一种涡轮泵密封结构设计方法计算过程图；
[0030]图3为本专利技术提供的一种涡轮泵密封结构设计装置的结构示意图；
[0031]图4为本专利技术提供的一种涡轮泵密封结构设计设备的结构示意图。
具体实施方式
[0032]为了便于清楚描述本专利技术实施例的技术方案，在本专利技术的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡轮泵密封结构设计方法，其特征在于，包括：基于多组密封结构的参数方案，对密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行稳态流场计算，确定在目标条件内的参数方案；所述目标条件包括密封泄漏量和转子耗功；所述密封流体域涡轮泵流场仿真模型中的待优化密封结构为蜂窝密封结构或孔型密封结构；基于目标条件内的参数方案，对所述密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行非定常流场计算，得到目标条件内的各参数方案对应的非定常涡动位移及流体激振力信号；根据所述非定常涡动位移及流体激振力信号进行转子稳定性分析，得到目标条件内的各参数方案对应的转子稳定性数据；根据所述转子稳定性数据确定目标条件内的参数方案中的目标参数方案。2.根据权利要求1所述涡轮泵密封结构设计方法，其特征在于，所述基于多组密封结构的参数方案，对密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行稳态流场计算，确定在目标条件内的参数方案，包括：建立使用迷宫密封的涡轮泵流场仿真模型；对所述使用迷宫密封的涡轮泵流场仿真模型进行全三维流场稳态计算，得到迷宫密封进出口的压力边界条件；根据所述压力边界条件，对密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行稳态流场计算，确定待优化密封结构在目标条件内的多个参数方案。3.根据权利要求2所述涡轮泵密封结构设计方法，其特征在于，所述根据所述压力边界条件，对密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行稳态流场计算之前还包括：将所述涡轮泵流场仿真模型中的迷宫密封替换为待优化密封结构，得到使用待优化密封结构的涡轮泵流场仿真模型；提取使用待优化密封结构的涡轮泵流场仿真模型中密封流体域范围内的模型，得到密封流体域涡轮泵流场仿真模型。4.根据权利要求1所述涡轮泵密封结构设计方法，其特征在于，所述基于目标条件内的参数方案，对所述密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行非定常流场计算，得到目标条件内的各参数方案对应的非定常涡动位移及流体激振力信号，包括：针对目标条件内任意一个参数方案对应的非定常流场计算，根据该参数方案对所述密封流体域涡轮泵流场仿真模型中的待优化密封结构的参数进行调整；对该密封流体域涡轮泵流场仿真模型中的转子施加自旋速度，并在密封流体域涡轮泵流场仿真模型中加载X方向和Y方向上的非定常的激励信号后进行非定常流场计算，得到该参数方案对应的非定常涡动位移及流体激振力信号；所述非定常的激励信号为多频涡动速度；完成目标条件内的剩余参数方案的非定常流场计算。5.根据权利要求2所述涡轮泵密封结构设计方法，其特征在于，所述根据所述压力边界条件，对密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行稳态流场计算，确定待优化密封结构在目标条件内的多个参数方案，包括：将所述压力边界条件施加到所述密封流体域涡轮泵流场仿真模型中的待优化密封结构的进出口处；依次改变密封流体域涡轮泵流场仿真模型中的待优化密封结构的各类型参数数值；参
数类型至少包括密封孔深、孔径以及密封间隙；调整参数后对所述密封流体域涡轮泵流场仿真模型进行稳态流场计算，得到各参数方案对应的泄漏量和转子耗功；将各参数方案对应的泄漏量和转子耗功与目标条件进行对比，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡锦华，毛凯，杨建文，高玉闪，胡海峰，刘占一，刘计武，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：