[发明专利]一种基于围带阻尼的汽轮机转子系统稳定性动态优化方法

说明书

本发明公开了一种基于围带阻尼的汽轮机转子系统稳定性动态优化方法，通过围带摩擦阻尼计算模块、基于摄动修改动态优化围带摩擦阻尼模块、基于频响函数摄动修改围带参数优化稳定性模块、基于摄动修改动态优化供能/热效率模块和基于约束条件摄动修改工况参数优化模块依次进行数据处理，以最大稳定性的供能/热效率和对应工况下围带内阻尼最优为优化目标，以工况参数、围带参数为优化设计变量，综合优化达到对系统振动响应幅值的最大抑制效果。本发明操作流程清晰、计算效率高、结果准确，为汽轮机转子系统的优化设计提供理论依据和方法，对确保汽轮机安全运行具有重要理论意义和工程应用价值。

技术领域

本公开涉及非线性转子动力学及稳定性动态优化，尤其涉及一种基于围带阻尼的汽轮机转子系统稳定性动态优化方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

具有长轴系、大柔性叶片及采用围带减振增稳等复杂结构特点的大型汽轮机组转子系统，在湿蒸汽两相流等流体激励下以及系统内阻尼等非线性因素引起的动静叶碰摩及叶片与轴的弯扭耦合等非线性振动和不稳定性是机组安全稳定运行的瓶颈限制，尤其随着大型机组逐渐向更高参数和轻量化方向发展，在设计阶段对整个运行周期的不同实际运行工况(包括升速启动、甩负荷停车、不同转速及不同流量等)复杂激励下转子系统稳定性进行准确的动态优化设计以避免凭经验设计的先天不足是十分必要的。

在实现本公开的过程中，发明人发现现有技术中存在以下技术问题：

目前现有技术中严重缺乏适合大型汽轮机组特点的转子系统稳定性动态优化设计方法，通常忽略叶片柔性和围带内阻尼等非线性特性的影响，优化设计变量大多只是转轴或轴承的特征尺寸，例如，现有文献1[黄晶晶.基于振动控制的柔性转子系统多目标优化技术研究.西安:西北工业大学,2012.]以转轴直径为设计变量、以质量最小为目标函数，对含轴承支承的阶梯轴转子系统采用遗传算法进行优化设计。现有文献2[崔立,郑建荣,周炜.考虑转子系统耦合影响的球轴承动态性能多目标优化设计.振动与冲击.2012,31(24):190-196.]采用自适应变异遗传优化算法(AMGA)对某转子系统过一阶临界转速时两转盘的最大振幅进行优化，但将优化对象简化为仅由转轴、刚性转盘和轴承组成的转子系统，忽略围带及柔性结构等非线性因素，且系统激励只考虑了转子所受的不平衡载荷。现有文献3[于瑾,高建,任朝辉.转子系统的动态优化设计研究.机械设计与制造.2012,4:241-243.]采用非劣排序遗传算法(NSGA-II)对转子系统的支承轴承额定动刚度、径向刚度和旋滚比进行优化，将优化对象简化为由刚性圆盘、弹性轴段和轴承构成的转子，考虑了转轴与轴承的耦合影响，但无法考虑柔性叶片、围带及其内阻尼等非线性影响，与实际结构相比偏差较大。

近年来，基于结构动力修改理论结合有限元软件在转子系统稳定性动态优化中得到了较广泛应用，如用模态分析结果进行修改的设计参数修改法、基于频响函数灵敏度分析的有限元模型修正法等。现有文献4[宋清华.高速旋转系统动态特性分析及优化方法研究.济南:山东大学,2008.]以考虑不平衡激励的柔性轴-弹性圆盘-刚性滑动支承旋转系统为优化对象，目标函数为能反映系统稳定性的频响函数实部和系统振动位移响应，以转轴和圆盘的结构尺寸为设计变量并分析其对频响函数的灵敏度，运用有限元模型的频响函数摄动修改法对系统结构进行多目标动力修改优化。