一种基于卡尔曼滤波的机械密封寿命预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于卡尔曼滤波的机械密封寿命预测方法，包括步骤一、建立机械密封端面磨损的分形模型；步骤二、对待测机械密封取样，检测其工艺参数、工况参数；步骤三、将待测机械密封放入试验台，监测其静环台面厚度变化；步骤四、通过台面厚度变化值，结合实际参数，代入分形模型，计算对应时间内磨损率，实时预测机械密封剩余寿命；步骤五、采用卡尔曼滤波算法对实时预测出的剩余寿命不断优化估计，得出待测机械密封相对准确的使用寿命。本发明专利技术步骤简单，实现方便，能够有效应用在对于机械密封寿命预测要求较高的领域，实时性好，精确性高，可靠性强，便于推广。便于推广。便于推广。

【技术实现步骤摘要】
一种基于卡尔曼滤波的机械密封寿命预测方法


[0001]本专利技术属于机械密封
，具体涉及一种机械密封使用寿命预测方法。

技术介绍

[0002]机械密封是工业领域应用最为广泛的动密封形式，尽管在设计和制造过程中采用了先进技术，但是密封失效依然很普遍，若不能预测机械密封寿命，往往导致过早地更换新的密封件，或不能及时发现泄露，延误维修时间，造成不良影响与经济损失。因此，准确预测机械密封的使用寿命，具有重要意义。
[0003]机械密封的寿命主要取决于摩擦副的使用时间，现有的机械密封寿命预测方法是根据相关知识，结合实际工况，计算出密封端面的软质环台面能被磨损的时间。由于机械密封寿命预测问题涉及到系统的工作条件参数、结构尺寸参数、材料性能参数、介质性能参数和摩擦状态参数非常复杂，所以现有的预测方法的精确程度仍然有待提高。
[0004]因此本专利技术提出了一种基于卡尔曼滤波的机械密封寿命预测方法，此方法能在一定程度上提高预测的准确性。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于卡尔曼滤波的机械密封寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立机械密封端面磨损的分形模型；步骤二、对待测机械密封取样，检测其工艺参数、工况参数；步骤三、将待测机械密封放入试验台，监测其静环台面厚度变化；步骤四、通过台面厚度变化值，结合实际参数，代入分形模型，计算对应时间内磨损率，实时预测机械密封剩余寿命；步骤五、采用卡尔曼滤波算法对实时预测出的剩余寿命不断优化估计，得出待测机械密封相对准确的使用寿命。2.按照权利要求1所述的一种基于卡尔曼滤波的机械密封寿命预测方法，其特征在于，步骤一中所述建立机械密封端面磨损的分形模型的具体过程包括：步骤101、确定端面微凸体体积；步骤102、确定分型磨损系数；步骤103、确定端面磨损率。3.按照权利要求2所述的一种基于卡尔曼滤波的机械密封寿命预测方法，其特征在于，步骤101中所述确定端面微凸体体积的具体过程包括：由于机械密封端面磨损前后表面轮廓均具有各向同性的分形特性，因此可将变形前的密封端面微凸体近似为轴对称体，其底边圆半径为l1/2；根据W
‑
M分形函数，微凸体轴截面轮廓线的表达式为式中：z(x)为微凸体轴截面轮廓高度；x为轮廓的位置坐标；G为轮廓特征尺度系数；D为轮廓分形维数，1<D<2；则单个微凸体体积(V(a))为式中：a为微凸体接触面积，4.按照权利要求2所述的一种基于卡尔曼滤波的机械密封寿命预测方法，其特征在于，步骤102中所述确定分型磨损系数的具体过程包括：为准确预测机械密封端面磨损率，首先必须确定K
F
值；郝点等将相似理论引入了机械密封端面摩擦磨损的研究中，得出机械密封摩擦磨损准则关系式为式中：π
非i
为非定性相似准数，其中，i＝1，2，
···
，8，均包含有摩擦状态参数；C、n1～n6为常数，对于不同的π
非i
，其值不同；Eu为欧拉数；ε为轴向应变；G'为工况参数；Re为雷诺
数；Pe为贝克来数；pr为普朗特数；P为密封流体压差；P
c
为密封端面比压；b为密封端面宽度；F
g
为端面载荷；μ
m
为密封端面间液膜黏度；ρ、μ、c、λ分别为密封流体的密度、黏度、比热容、热导率；葛世荣等将分形维数(D)和特征尺度系数(G)相结合，提出称为特征分形参数的新参数τ
*
其表达式为Γ(2D
‑
3)是伽玛函数，在复数域上伽玛函数定义为：3)是伽玛函数，在复数域上伽玛函数定义为：用特征分型参数(τ
*
)替换G'中的b，可得一新的无因次工况参数，可称之为特征工况参数G'
*
，其表达式为式中：n为转速；P
g
为端面比载荷，用特征工况参数(G'
*
)代替工况参数(G')，可得到K
F
的准则关系式为式中密封流体压差P及密封端面平均线速度v
m
取现场实际工况值，与温度相关的流体物性参数Eu、Re、Pe、Pr可看作常数，将ε中的E1提出并入常数C，则此式化简为式中：C'为有因次待定常数；y1、y2为无因次待定常数。5.按照权利要求2所述的一种基于卡尔曼滤波的机械密封寿命预测方法，其特征在于，步骤103中所述确定端面磨损率的具体过程包括：由分形理论可得，微凸体临界弹性变形接触面积(a
e
)为式中：E为综合弹性模量，E1、E2分别为硬质环、软质环材料的弹性模量，v1、v2分别为硬质环、软质环材料的泊松比；K
f
为摩擦力修正因子，K
f
＝1
‑
0.228f
c
，0≤f
c
≤0.3，f
c
为微凸体接触摩擦因素；σ
2e
为软质环材料的抗压屈服强度；当微凸体接触面积a>a
e
时，为弹性变形；当a≤a
e
时，为塑性或弹塑性变形；则在整个接触端面上所有黏着结点的总体积(ΔV)为
式中n(a)为密封端面微凸体接触面积分布函数，其表达式为式中：ψ为分形区域扩展系数；a1为最大微凸体接触面积，为最大微凸体接触面积，A
r
为密封端面真实接触面积；将式V(a)、式(a
e
)、式n(a)代入式(ΔV)，可得式中：A
a
为密封端面名义接触面积；A
r*
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晨波，徐涛，孙见君，张玉言，倪兴雅，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：