汽轮机动叶片装配仿真及排序优化的研究

论文摘要

当前,随着汽轮机、发电机等旋转机械向大功率、高转速、细长轴等方向发展的趋势,转子的平衡问题变得越加突出和重要,已经成为机械动力学所研究的一个重要问题。因此,在设计、制造和使用高速旋转机械时,转子的平衡已成为普遍重视及迫切需要解决的问题之一。本课题“汽轮机动叶片装配仿真及排序优化的研究”就是在这个背景下提出的,它是“十一五”某电站设备集团重点课题“复杂产品关键部件加工、装备仿真优化及可制造性评价系统”的子课题。本课题的研究使企业在装配过程(包括叶片的排序、辐射面的修磨)、动平衡方案的确定等方面有了理论依据和优化的解决方案,提高了企业对市场的快速响应能力,提升了企业的竞争力。本文首先分析了课题研究的背景及意义。根据企业的实际需求及软硬件现状,提出了系统的总体结构框架和设计思想,对其现有的流程结构进行改进,使其功能更能符合企业的实际需求。接着通过在三维CAD软件UG中对一组级叶片进行虚拟装配和虚拟加工,模拟叶片径向面的修磨、车围带后叶片的质量及质量分布情况,按虚拟装配及加工修磨后的叶片质量情况进行叶片排序,使排序结果更具有针对性和准确性。为了使转子达到静平衡精度,国内外采用了多种方法对叶片进行排序,早期采用配对对称安装法,其简便快捷,但精度不高,后来又引入了各种排序优化算法,包括局部穷举迭代法、逐步调优模拟搜索算法以及遗传算法等。本文在总结以上优化算法的基础之上,取其各自的优点,提出了一种改进的算法——改进型局部穷举法,以叶片数据的正态分布和穷举法为理论依据,算法简单快捷,寻解精度高、运算速度快,满足了汽轮机转子叶片装配的快速安装要求和精度要求。最后,在总结以上研究的基础之上,根据从工厂测量得来的叶片加工后的尺寸数据,对整个系统过程进行了验证。利用遗传算法和改进型局部穷举法对叶片分别进行排序优化计算,并对两者的计算结果进行分析比较得出:改进型局部穷举法在计算级叶片只数为100以下时,计算精度高、速度快,结果稳定。综上所述,本课题“汽轮机动叶片装配仿真及排序优化的研究”,以加工后的叶片的实际质量进行排序,通过虚拟加工,达到了真实的效果,具有很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 转子平衡研究的背景和现状
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 系统总体结构设计
• 2.1 系统的流程结构
• 2.1.1 改进前的流程结构
• 2.1.2 改进后的流程结构
• 2.2 系统的结构模型
• 2.3 数据采集系统的硬件体系结构
• 2.3.1 改进前系统的硬件结构框架
• 2.3.2 改进后系统的硬件结构框架
• 2.4 软件系统的结构框架
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于UG的实体建模及装配仿真的研究
• 3.1 汽轮机动叶片结构特点
• 3.2 动叶片的数据采集
• 3.3 动叶片的实体建模
• 3.4 动叶片的装配仿真方法研究
• 3.4.1 虚拟装配
• 3.4.2 虚拟加工
• 3.5 本章小结
• 第4章 动叶片排序优化算法的研究
• 4.1 转子的平衡
• 4.2 排序优化算法
• 4.2.1 排序优化设计
• 4.2.2 遗传算法
• 4.2.3 逐步调优模拟搜索算法
• 4.2.4 局部穷举迭代法
• 4.2.5 改进型局部穷举法
• 4.3 本章小结
• 第5章 系统的实现
• 5.1 动叶片实体的建模与实现
• 5.1.1 叶冠数据点转化的实现
• 5.1.2 叶冠的建模与实现
• 5.1.3 叶身的建模与实现
• 5.1.4 叶根的建模与实现
• 5.1.5 叶片的建模与实现
• 5.2 动叶片虚拟装配和虚拟加工的实现
• 5.2.1 虚拟装配的实现
• 5.2.2 虚拟加工的实现
• 5.3 动叶片排序优化系统的实现
• 5.3.1 遗传算法的实现
• 5.3.2 改进型局部穷举法的实现
• 5.3.3 排序优化系统界面
• 5.3.4 计算结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢