[发明专利]一种叶轮机械转子叶片装配优化排序方法

说明书

本发明公开了一种叶轮机械转子叶片装配优化排序方法，建立安装叶片后单级叶盘考虑叶片重量矩的总不平衡量的力学模型；仿照运筹学整数规划中指派问题的解决思路对力学模型建立叶片配置问题的数学模型；利用遗传算法求解建立的数学模型，获得叶片的优化排列顺序。本发明基于叶轮机械单级叶盘叶片安装问题，通过建立力学模型和数学模型，基于遗传算法通过编制程序/软件实现单级叶盘叶片安装位置的优化配置，能够直接指导工程实际应用，相比已有工程经验方法可以显著降低单级叶盘安装叶片后的不平衡量，对于叶轮机械单级叶盘叶片的安装具有重要的指导作用。

技术领域

本发明属于叶轮机械单级叶盘叶片装配和转子平衡技术领域，具体涉及一种叶轮机械转子叶片装配优化排序方法。

背景技术

叶轮机械是一种以连续旋转叶片为主体，使能量在流体工质与轴动力之间相互转换的动力机械。叶轮机械叶片安装在轮盘上与转轴共同组成转子结构，转子的平衡问题对于叶轮机械设备在全转速范围内的服役安全性具有重要的影响。改善转子的平衡状态对于减少转子在运行时的支承作用力及振动非常重要，而不平衡力和力矩是引起叶轮机械转子不平衡状态的主要根源。

在叶轮机械领域，定义叶片的重量(质量)与叶片重心(质心)到转子旋转中心(轴心)之间距离的乘积为重量矩。不同的叶片由于加工误差，其质量大小和质心位置均不相同，因此每个叶片重量矩具有一定差异。叶片安装在轮盘上后，重量矩的差异使不同叶片对转子产生的离心力不同，转子出现不平衡力和不平衡力矩，直接影响叶轮机械的振动状态。因此，在叶轮机械轮盘安装叶片的过程中，必须考虑叶片重量矩对转子动平衡的影响。

对于给定的一组叶片，要分别安装到轮盘的一组位置上，不同的分布方式，使得该组叶片对转子所产生的合成偏心距或者不平衡量不同，有些装配方式产生的不平衡量大，有些装配方式产生的不平衡量小。在叶片实际装配过程中，生产厂商利用经验方法来减小叶片重量矩的影响，如叶片个数能被2整除时，采用两段递减法，将轮盘圆周分成两段，每段按叶片重量矩大小分段排列；叶片个数能被3整除时，采用轻/重交替递减法，将圆周分成三段，每一段中最重、最轻和次重、次轻交替布置，直到装完。但是，这些排列方式只是一种实际可用的配置方式，其不平衡量与随机配置的大多数结果相比，可能会小一些，但通常都不是最优的排布结果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种叶轮机械转子叶片装配优化排序方法，对单级叶盘和叶片建立力学模型，仿照运筹学整数规划中指派问题的解决思路对力学模型建立数学模型，并利用遗传算法求解数学模型，最后获得叶片的优化排列顺序。

本发明采用以下技术方案：

一种叶轮机械转子叶片装配优化排序方法，包括以下步骤：

S1、针对单级叶盘建立安装叶片后单级叶盘考虑叶片重量矩的总不平衡量的力学模型；

S2、仿照运筹学整数规划中指派问题的解决思路对力学模型建立叶片配置问题的数学模型；

S3、利用遗传算法求解步骤S2建立的数学模型，获得叶片的优化排列顺序。

具体的，步骤S1中，根据建立的力学模型，安装叶片后转子的总不平衡量Z为：

其中，M为轮盘质量，m_i为第i个叶片的质量，x_e、y_e为轮盘偏心距在x、y轴上的分量，x_i、y_i为第i个叶片质心的x、y坐标，n为叶片数。

进一步的，单级叶盘所产生的离心力为：

其中，为偏心距，为静不平衡度。

进一步的，装上叶片后的轮盘离心力为：