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汽轮机动叶片装配仿真及排序优化的研究

作　者: 郭宗锋
导　师: 王刚
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 转子静平衡 叶片装配 排序优化 改进型局部穷举法
分类号: TK263
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 课题研究的背景  9
  1.2 课题研究的目的和意义  9-10
  1.3 转子平衡研究的背景和现状  10-12
  1.4 课题主要研究内容  12-14
第2章 系统总体结构设计  14-20
  2.1 系统的流程结构  14-16
    2.1.1 改进前的流程结构  14
    2.1.2 改进后的流程结构  14-16
  2.2 系统的结构模型  16-17
  2.3 数据采集系统的硬件体系结构  17-18
    2.3.1 改进前系统的硬件结构框架  17
    2.3.2 改进后系统的硬件结构框架  17-18
  2.4 软件系统的结构框架  18-19
  2.5 本章小结  19-20
第3章 基于UG的实体建模及装配仿真的研究  20-29
  3.1 汽轮机动叶片结构特点  20
  3.2 动叶片的数据采集  20-22
  3.3 动叶片的实体建模  22-24
  3.4 动叶片的装配仿真方法研究  24-28
    3.4.1 虚拟装配  24-26
    3.4.2 虚拟加工  26-28
  3.5 本章小结  28-29
第4章 动叶片排序优化算法的研究  29-41
  4.1 转子的平衡  29-30
  4.2 排序优化算法  30-40
    4.2.1 排序优化设计  30-31
    4.2.2 遗传算法  31-35
    4.2.3 逐步调优模拟搜索算法  35-37
    4.2.4 局部穷举迭代法  37-38
    4.2.5 改进型局部穷举法  38-40
  4.3 本章小结  40-41
第5章 系统的实现  41-64
  5.1 动叶片实体的建模与实现  41-50
    5.1.1 叶冠数据点转化的实现  41-45
    5.1.2 叶冠的建模与实现  45-46
    5.1.3 叶身的建模与实现  46-48
    5.1.4 叶根的建模与实现  48-49
    5.1.5 叶片的建模与实现  49-50
  5.2 动叶片虚拟装配和虚拟加工的实现  50-53
    5.2.1 虚拟装配的实现  50-51
    5.2.2 虚拟加工的实现  51-53
  5.3 动叶片排序优化系统的实现  53-63
    5.3.1 遗传算法的实现  53-55
    5.3.2 改进型局部穷举法的实现  55-57
    5.3.3 排序优化系统界面  57-59
    5.3.4 计算结果分析  59-63
  5.4 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-69
致谢  69-70

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 蒸汽动力工程 > 蒸汽轮机（蒸汽透平、汽轮机） > 构造
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