(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210554900.5 (22)申请日 2022.05.19 (71)申请人 南京林业大 学 地址 210037 江苏省南京市玄武区龙蟠路 159号 申请人 江苏华青流体科技有限公司 (72)发明人 许晓东　马晨波　孙见君　张玉言　 闻兰　於秋萍　王伟　闻新晟　 周虎　 (74)专利代理 机构 南京灿烂知识产权代理有限 公司 323 56 专利代理师 朱金良 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01)G06T 17/20(2006.01) G06F 30/23(2020.01) F16J 15/34(2006.01) F16J 15/40(2006.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种基于液膜汽化相变的动压型机械密封 可靠度计算方法 (57)摘要 本发明公开一种基于液膜汽化相变的动压 型机械密封可靠度计算方法， 具体步骤如下： 建 立动压型机械密封端面液膜汽化相变模型、 利用 试验设计方法对动压型机械密封端面液膜汽化 相变模型的工艺参数及工况参数进行参数设计， 并进行汽化仿真分析、 对汽化仿真结果进行多元 回归分析， 拟合得到动压型机械密封的功能函 数、 根据动压型机械密封实际使用工况及型槽结 构设计拟合得到动压型机械密封的极限状态方 程以及结合蒙特卡罗抽样法对工艺参数进行抽 样， 计算得到动压型机械密封的可靠度， 该种基 于液膜汽化相变的动压型机械密封可靠度计算 方法， 为动压型机械密封进行可靠性评估提供理 论支撑， 提高动压型机 械密封评估的精准 性。 权利要求书2页 说明书9页 附图4页 CN 114840946 A 2022.08.02 CN 114840946 A 1.一种基于液膜汽化相变的动压型机械密封可靠度计算方法， 其特征在于， 具体步骤 如下： S1、 建立动压型机 械密封端面液膜汽化相变模型； S2、 利用试验设计方法对动压型机械密封端面液膜汽化相变模型的工艺参数及工况参 数进行参数设计， 并进行汽化仿真 分析； S3、 对汽化仿真结果进行多元回归分析， 拟合得到动压型机 械密封的功能函数； S4、 根据动压型机械密封实际使用工况及型槽结构设计拟合得到动压型机械密封的极 限状态方程； S5、 结合蒙特卡罗抽样法对工艺 参数进行抽样， 计算得到动压型机 械密封的可靠度。 2.根据权利要求1所述的一种基于液膜汽化相变的动压型机械密封可靠度计算方法， 其特征在于， 所述 步骤S1中， 建立动压型机 械密封端面液膜汽化相变模型的具体步骤如下： S101、 确定动压型机 械密封端面液膜计算 域几何模型； S102、 确定几何模型边界条件及相变模型； S103、 确定相变模型中的传质系数。 3.根据权利要求2所述的一种基于液膜汽化相变的动压型机械密封可靠度计算方法， 其特征在于， 所述步骤S103中， 确定相变模 型中的传质系数的具体步骤为： 通过不同工艺参 数、 工况参数在不同传质系数 下对液膜汽化特性及 密封性能的影响进行传质系数的确定 。 4.根据权利要求1所述的一种基于液膜汽化相变的动压型机械密封可靠度计算方法， 其特征在于， 所述步骤S2中， 利用试验设计方法对动压型机械密封端面液膜汽化相变模型 的工艺参数及工况参数进行参数设计， 并进行汽化仿真 分析的具体步骤如下： S201、 确定试验设计方法， 进行参数设置； S202、 根据设置的参数建立液膜计算域三维模型及网格划分， 并进行汽化相变仿真计 算。 5.根据权利要求1所述的一种基于液膜汽化相变的动压型机械密封可靠度计算方法， 其特征在于， 所述 步骤S3中， 功能函数 具体为： g( α )＝a0+a1θ +a2β +a3γ+a4hg+a5T+a6n+a7ps+a11θ2+a22β2+a33γ2+a44hg2+a55T2+a66n2+a77ps2 +a12θ·β +a13θ·γ+a14θ·hg+a15θ·T+a16θ·n+a17θ·ps+a23β·γ+a24β·hg+a25β·T+a26β·n +a27β·ps+a34γ·hg+a35γ·T+a36γ·n+a37γ·ps+a45hg·T+a46hg·n+a47hg·ps+a56T·n+ a57T·ps+a67n·ps； 其中， θ表示螺旋角， β 表示槽径比， γ表示槽堰比， hg表示槽深， T表示液膜入口温度， n表 示转速， ps表示液膜入口压力与出口压力之差， a1， a2……， a67表示各项变量的系数， a0表示 常数。 6.根据权利要求1所述的一种基于液膜汽化相变的动压型机械密封可靠度计算方法， 其特征在于， 所述步骤S4中， 根据动压型机械密封实际使用工况及型槽结构设计拟合得到 动压型机 械密封的极限状态方程的具体步骤如下: S401、 根据动压型机 械密封实际应用场合， 确定其工艺 参数及工况参数； S402、 根据工艺参数及工况参数确定该动压型机械密封液膜状态由似液相混相向似汽 相混相转变时的最大汽相体积分数； S403、 结合步骤S3中确定的功能函数， 拟合得到极限状态方程。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114840946 A 27.根据权利要求6所述的一种基于液膜汽化相变的动压型机械密封可靠度计算方法， 其特征在于， 所述步骤S402中， 根据工艺参数及工况参数确定该动压型机械密封液膜状态 由似液相混相向似 汽相混相转变时的最大汽相体积分数的具体过程的具体步骤如下： 在动压型机 械密封端面液膜处于汽液混相状态时， 其膜压系数 汽相体积分数 其中， vg、 vl分别表示饱和蒸汽和饱和液体的运动粘度， pB表示饱和蒸汽压， p2、 p1分别表 示入口和出口压力， Ri、 Ro分别表示液膜内、 外半径； 将各项参数代入上述两 式中， 可得到相应温度下膜压系数与温度的关系曲线以及膜压 系数与平均汽相体积分数的关系曲线， 并得到最大汽相体积分数αmK。 8.根据权利要求6所述的一种基于液膜汽化相变的动压型机械密封可靠度计算方法， 其特征在于， 所述 步骤S403中， 极限状态方程具体为： Z＝g( α ) ‑αmk＝0。 9.据权利要求1所述的一种基于液膜汽化相变的动压型机械密封可靠度计算方法， 所 述步骤S5中， 结合蒙特卡罗抽样法对工艺参数进行抽样时， 需确定工艺参数及工况参数 的 分布函数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114840946 A 3