(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 202111624310.7 (22)申请日 2021.12.28 (71)申请人 南京林业大 学 地址 210037 江苏省南京市龙蟠路159号 (72)发明人 马晨波　徐涛　孙见君　张玉言　 倪兴雅　 (74)专利代理 机构 南京众联专利代理有限公司 32206 专利代理师 吕书桁 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/10(2006.01) G06F 119/04(2020.01) (54)发明名称 一种基于卡尔曼滤波的机械密封寿命预测 方法 (57)摘要 本发明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 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。 权利要求书5页 说明书10页 附图1页 CN 114444265 A 2022.05.06 CN 114444265 A 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 KF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为雷诺权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114444265 A 2数； Pe为贝克来数； pr为普朗特数； P为密封流体压差； Pc为密封端面比压； b为密封端面宽 度； Fg为端面载荷； μm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： 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； Pg为端面比载荷， 用特征工况参数(G'*)代替工况参数(G')， 可 得到KF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vm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(ae)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； Kf为摩擦力修正因子， Kf＝1‑0.228fc， 0≤fc≤0.3， fc为微凸体接触摩擦因素； σ2e为软质环材 料的抗压屈服强度； 当微凸体接触面积a>ae时， 为弹性变形； 当a≤ae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)为权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114444265 A 3