一种压气机转子叶片优化排序方法技术

一种压气机转子叶片优化排序方法，其特征在于，包括以下步骤：骤S1：确定叶片的初始排序，并计算初始排序时的转子不平衡量；步骤S2：对初始排序进行多次对调，并计算出每次对调方案中的转子不平衡量，选取所有对调方案中转子不平衡量最小的对调方案作为新的优化排序；步骤S3：根据步骤S2中得到新的优化排序，重补步骤S2的对调流程，以确定更新的优化排序，直至不能通过对调叶片实现转子不平衡量进一步减小为止，得到局部最优解。采用本发明专利技术所述排序方法，不需要设计交叉算子、变异算子，也不需要设计适应度函数，思路较为简单且易于理解，最终结果自动收敛，不需要人为设计迭代次数，且最终转子不平衡量精度满足工程实际需求。最终转子不平衡量精度满足工程实际需求。最终转子不平衡量精度满足工程实际需求。

【技术实现步骤摘要】
一种压气机转子叶片优化排序方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机压气机转子装配领域，尤其涉及一种压气机转子叶片优化排序方法。

技术介绍

[0002]压气机转子的平衡精度对发动机整机的安全工作十分重要，较高的平衡精度可以有效降低整机振动。压气机转子通过动平衡来降低不平衡量，为了减少转子最终动平衡的工作量，提高转子的平衡精度，可在各级压气机转子装配阶段进行单面动平衡，通过轮盘局部去重、增加配重块或优化叶片排序等方法降低单级转子的剩余不平衡量，以降低整个转子动平衡的初始不平衡量。
[0003]对盘叶分离的单级转子，其剩余不平衡量主要受两方面因素的影响，一方面是轮盘和叶片本身因材料致密性差异和尺寸制造误差导致的质量分布不均，另一方面是不同质量的叶片因排序方法不当导致的转子周向质量分布不均。在实际生产制造过程中，材料致密性差异和制造误差客观存在，不便对其进行优化，但可以通过优化叶片排序，降低叶片对转子的附加不平衡量，或者通过叶片对转子的附加不平衡量与轮盘的剩余不平衡量相互抵消，以降低单级转子的剩余不平衡量。
[0004]叶片排序的本质是对所有叶片进行排列组合，当叶片数为n片时，共有n！种排列组合方法。理论上必然存在全局最优解，使转子剩余不平衡量在n！种排列组合方法中达到最小。但当叶片数较多时，其排列组合数量级相当庞大，无法通过现有的计算设备在可以接受的时间内获得全局最优解，而且全局最优解下转子剩余不平衡量必然无限接近于0，工程上不需要达到如此的平衡精度。故设计优化排序方法达到满足要求的局部最优解尤其必要。针对叶分离的单级转子叶片排序问题，目前已有
[0005]公开号为CN113312705A的专利申请公开了一种航空发动机低压风扇转子叶片排序方法，以转子叶片质量矩和转子初始不平衡量为输入，引入退火选择操作，建立了基于退火单亲遗传算法的风扇转子叶片排序模型。此方法在无需人工微调的情况下便可得到优于传统遗传算法的结果，且不易陷入局部收敛，有利于进行高效快速准确的风扇转子叶片排序。
[0006]又如，公开号为CN111339610A的专利申请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。该专利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。
[0007]针对盘叶分离的单级转子叶片排序问题，现有技术中将遗传算法用于优化排序,父代通过交叉算子、交异算子进行遗传得到子代个体，子代个体通过适应度函数进行选择，通过迭代计算并控制迭代次数获得最终适应度最优的子代个体输出为最终排序。但是，遗
传算法可以有效解决叶片排序问题,但是其求解过程较为复杂，需要一定的数学功底,才能很好的理解求解思路,建立求解模型。
[0008]在实际工程中，通常还采用传统的叶片排序方法，对每片叶片进行称重并记录，按质量大小进行编号，继而通过编号进行排序。传统叶片排序方法的目的是使叶片对转子的附加不平衡量尽量小。工厂实际装配时，通过传统叶片排序方法装配叶片后，对转子的不平衡量进行测量，若不平衡量不满足要求，则通过对调叶片，使转子的不平衡量降低；若对调叶片后不平衡量依旧不满足要求，则重复对调叶片，直到转子剩余不平衡量满足要求为止。对调叶片的工作由平衡工人根据经验开展，难以找到最优的叶片对调方法，对调过程中也会有一定的试错，造成平衡工序的效率较低，而且最终不平衡量也仅是满足要求即可，不会考虑是否可以进一步降低不平衡量。

技术实现思路

[0009]本专利技术的主要目的是提出一种压气机转子叶片优化排序方法，提高寻优效率高，且使转子的剩余不平衡量满足要求并达到局部最优。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提出一种压气机转子叶片优化排序方法，包括以下步骤：
[0011]步骤S1：确定叶片的初始排序，并计算初始排序时的转子不平衡量；
[0012]步骤S2：对初始排序进行多次对调，并计算出每次对调方案中的转子不平衡量，选取所有对调方案中转子不平衡量最小的对调方案作为新的优化排序；
[0013]步骤S3：根据步骤S2中得到新的优化排序，重补步骤S2的对调流程，以确定更新的优化排序，直至不能通过对调叶片实现转子不平衡量进一步减小为止，得到局部最优解。
[0014]优选的，在步骤S1中，将N片叶片按质量大小进行编号，质量最大为1号，最小为n号；1号叶片与2号叶片圆周相对安装，(n
‑
1)号n号叶片圆周相对安装；1号与n号叶片相邻安装，以此类推，得到叶片的初始排序。
[0015]优选的，在步骤S2中，对初始排序进行对调的方法为：对初始排序u号位与v号位的叶片进行对调，其中u∈[1，2，
…
，N
‑
1]，v∈[u+1，u+2，
…
，N]。
[0016]优选的，转子不平衡量的计算采用向量计算，在轮盘上标记1号榫槽位置，以发动机逆航向为X轴，径向通过1号槽所装配叶片的理论质心为Y轴，Z轴按坐标系右手定则确定，得到计算用坐标系。
[0017]优选的，转子不平衡量的计算方法为：
[0018]第i片叶片的质量为m
i
，其装配位置处的叶片理论质心回转半径为则该第i片叶片的质量矩向量为：
[0019][0020]所有n片叶片对转子的附加不平衡量为：
[0021][0022]轮盘的初始不平衡量记为则转子的剩余不平衡量为：
[0023][0024]由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果如下：
[0025]本专利技术中，通过对初始排序进行多次对调，并计算出每次对调方案中的转子不平衡量，选取所有对调方案中转子不平衡量最小的对调方案作为新的优化排序，直至不能再通过对调叶片实现转子不平衡量进一步减小为止，得到局部最优解，形成了“叶片对调穷举法”。采用本专利技术所述排序方法，不需要设计交叉算子、变异算子，也不需要设计适应度函数，思路较为简单且易于理解，最终结果自动收敛，不需要人为设计迭代次数，且最终转子不平衡量精度满足工程实际需求。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术中叶片初始排序示意图；
[0028]图2为本专利技术中叶片对调优化排序的仿真优化算法流程图；
[0029]图3为本专利技术中计算用坐标系的确定示意图；
[0030]图4为本专利技术中每轮叶片对调后转子不平衡量变化；
[0031]图5为采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压气机转子叶片优化排序方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：确定叶片的初始排序，并计算初始排序时的转子不平衡量；步骤S2：对初始排序进行多次对调，并计算出每次对调方案中的转子不平衡量，选取所有对调方案中转子不平衡量最小的对调方案作为新的优化排序；步骤S3：根据步骤S2中得到新的优化排序，重补步骤S2的对调流程，以确定更新的优化排序，直至不能通过对调叶片实现转子不平衡量进一步减小为止，得到局部最优解。2.如权利要求1所述的一种压气机转子叶片优化排序方法，其特征在于：在步骤S1中，将N片叶片按质量大小进行编号，质量最大为1号，最小为n号；1号叶片与2号叶片圆周相对安装，(n
‑
1)号n号叶片圆周相对安装；1号与n号叶片相邻安装，以此类推，得到叶片的初始排序。3.如权利要求2所述的一种压气机转子叶片优化排序方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：石云飞，李俊励，冀国锋，梁湘华，班永丽，杨加寿，于佳，李升东，王晶晶，
申请(专利权)人：中国航发贵阳发动机设计研究所，
类型：发明
国别省市：