[发明专利]考虑盘鼓多制造因素的燃气轮机拉杆转子装配参数优化方法

说明书

本发明一种考虑盘鼓多制造因素的燃气轮机拉杆转子装配参数优化方法，用于对燃气轮机拉杆转子盘鼓制造误差带来的转子初始弯曲和不平衡量同时进行优化。该方法采用轴向轮廓线来近似转子外轮廓面，采用轴向轮廓线长度的离散度来表征转子的初始弯曲；同时，通过各级盘鼓的圆周跳动度和盘鼓质量得到拉杆转子部分的不平衡量分布。该方法将轴向轮廓线长度的标准差和x、y方向的不平衡量绝对值同时作为优化目标函数，以各级盘鼓的装配相位角作为优化参数，编写了非支配排序多目标优化程序进行优化，优化后轴向轮廓线长度的标准差和x、y方向的转子不平衡量绝对值下降幅度均大于99％，减小了转子装配后的初始弯曲量和初始总体不平衡量，优化效果显著。

技术领域

本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种考虑盘鼓多制造因素的燃气轮机拉杆转子装配参数优化方法。

背景技术

拉杆转子(包括中心拉杆和周向均布拉杆)是重型燃气轮机中一种常见的拉杆—盘鼓组合式结构，由拉杆提供预紧力，并通过拉杆螺栓将多级盘鼓压紧而成。由于拉杆转子具有重量轻(启动快)、热膨胀性能和刚性好的优点，因此被广泛应用于燃气轮机和航空发动机。燃气轮机盘鼓制造过程中同时存在端面平行度、圆周跳动度，前者导致实际的盘鼓接触面与设计状态下的接触面不一致，存在平行度偏差，装配过程中会使拉杆转子产生初始弯曲；后者在机组运行时会产生不平衡量，在转动时产生离心激振力。由于两者同时受盘鼓的安装角度影响，在优化时需要同时考虑。通过调整盘鼓的安装相位角，同时对转子的初始弯曲和不平衡量进行优化，得到最佳的盘鼓装配角，提高燃气轮机拉杆转子的装配效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑盘鼓多制造因素的燃气轮机拉杆转子装配参数优化方法，该方法通过盘鼓轴向轮廓线的离散度判断拉杆转子初始弯曲大小；同时由各级盘鼓圆周跳动度和质量，得到燃气轮机拉杆转子不平衡量分布。通过调整各级盘鼓安装角度，同时减小拉杆转子的总体不平衡量和初始弯曲度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

考虑盘鼓多制造因素的燃气轮机拉杆转子装配参数优化方法，包括以下步骤：

1)以转子上的键相0°为相位起始点，通过测量燃气轮机拉杆转子各级盘鼓平行度e₁，得到盘鼓宽度的最大值和最小值所在位置及其大小；

2)以转子上的键相0°为相位起始点，通过测量燃气轮机拉杆转子各级盘鼓圆周跳动度e₂，得到各级盘鼓偏心距及其相位，结合盘鼓质量得到各级盘鼓不平衡量分布；

3)以各级盘鼓上最小宽度所在位置为起点，逆时针沿圆周均匀划分为n份，得到n个圆周点，结合步骤1)中所测盘鼓宽度的最大值和最小值，线性得到各圆周点处的盘鼓宽度；

4)连接各级盘鼓上对应序号的圆周点，共形成n条盘鼓轴向轮廓线，结合在步骤3)中各圆周点处盘鼓宽度，得到各条轴向轮廓线长度；

5)将n条轴向轮廓线长度的标准差σ以及各级盘鼓不平衡量p的矢量之和在x、y方向分量的绝对值作为优化目标函数，以燃气轮机各盘鼓装配相位角为优化参数，建立非支配排序多目标优化目标函数进行优化，得到各级盘鼓最佳安装角度。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中第i个盘鼓第k个圆周点处盘鼓宽度为：

其中，[]表示取整，n为盘鼓圆周总圆周点数，l为盘鼓宽度。

本发明进一步的改进在于，步骤4)中，第k条轴向轮廓线长度L表示为：

设第i个盘鼓逆时针旋转了j个单位划分角度，则有：

将(7)代入(6)中将对应盘鼓宽度替换即可得旋转后的轴向轮廓线长度。