一种基于叶型自动优化技术的TRT叶片调频方法

技术领域

本发明涉及一种TRT(高炉煤气余压透平装置)叶片调频方法，具体涉及一种基于叶型自动优化技术的TRT叶片调频方法。

背景技术

在TRT机组运行过程中，一些叶片要求其固有频率避开某种激振力频率，避免发生共振，从而确保TRT机组的安全运行。

现有TRT叶片的调频方法通常是沿叶型等距加厚，从叶片进气边或排气边切角等。然而，现有TRT叶片的调频方法存在如下缺点：

1)沿叶型等距加厚的调频方法只能对叶片频率作较小的调整，一般为50Hz以下；

2)从叶片进气边或排气边切角的调频方法对叶片的原始型线破坏较大，容易造成叶片性能的明显下降；

3)都只能针对某一阶固有频率进行调频，调频结果可能会造成叶片的其他阶固有频率避开率不足；

4)都依赖设计人员本身的经验，耗时不等，不同设计人员调整后的结果差异大。

发明内容

本发明的目的是解决现有叶片调频方法存在频率改变量小，或对叶片气动性能损害大，以及均只能针对某一阶固有频率进行调频和依赖设计人员经验的技术问题，而提供一种基于叶型自动优化技术的TRT叶片调频方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于叶型自动优化技术的TRT叶片调频方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1、输入原始叶片；

S2、对原始叶片进行叶型参数化，并确定原始叶片的优化控制参数，作为设计变量；

S3、对原始叶片进行模态计算，获得原始叶片的前四阶固有频率，作为优化目标；所述前四阶固有频率分别为对应叶片振型为一阶切向弯曲振动振型B1、一阶弦向弯曲振动振型S1、一阶扭转振动振型T1和二阶切向弯曲振动振型B2的固有频率；

S4、优化调频；

S4.1、在原始叶片的基础上，采用拉丁超立方试验设计方法，在预设调整范围内自动调整优化控制参数，生成试验叶片，并通过模态计算获得试验叶片的前四阶固有频率；

S4.2、建立原始叶片前四阶固有频率和优化控制参数之间的响应面模型；

S4.3、在试验叶片的前四阶固有频率基础上，采用多目标遗传算法耦合响应面模型实现试验叶片的优化调频；

S5、获取叶栅通道气动性能；

建立原始叶片和优化调频后试验叶片的叶栅通道流体域模型；对原始叶片和优化调频后试验叶片的叶栅通道流体域模型分别进行叶栅通道流场计算，获得原始叶片和优化调频后试验叶片的叶栅通道气动性能；

S6、气动性能对比；

对比原始叶片和优化调频后试验叶片的叶栅通道气动性能，判断优化调频后试验叶片的等熵效率相比于原始叶片的等熵效率下降幅度是否小于等于预设阈值，若否，则返回S2；若是，则完成试验叶片的优化调频，并输出优化调频后的试验叶片模型。

进一步地，S2具体包括以下步骤：

S2.1、沿原始叶片的叶高方向选取N个截面作为需要进行参数化的型面；3≤N≤5；

S2.2、根据原始叶片的型面拟合精度要求，采用M阶贝塞尔曲线分别对型面进行角度和厚度沿弦线方向的拟合，实现型面的参数化，获得参数化后型面拟合曲线；4≤M≤7；

S2.3、选取参数化后型面拟合曲线中位于中间的X个曲线控制点作为优化控制点，即得到原始叶片的优化控制参数，作为设计变量；X≥1。

进一步地，S4.3具体为：

S4.3.1、根据避开率要求预先设定试验叶片各阶固有频率的优化调频目标值；

S4.3.2、在试验叶片的前四阶固有频率基础上，采用多目标遗传算法耦合响应面模型对试验叶片的优化控制参数进行寻优，使得试验叶片的前四阶固有频率与对应的优化调频目标值的差值在预设范围内，并使得试验叶片的优化控制参数调整值最小，从而实现试验叶片的优化调频。

进一步地，S4.1中，所述预设调整范围为-10％～+10％。

进一步地，S6中，所述预设阈值的取值范围为0.1％-0.3％。

进一步地，S6中，所述预设阈值的取值为0.2％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明相比现有叶片加厚调频方法，频率调整幅度能够增大50％以上。

2、本发明相比现有叶片切角调频方法，叶栅气动性能不会出现明显下降。

3、本发明可以同时控制和优化叶片需要关注的各阶固有频率，优化结果的各阶固有频率能够同时达到各自的安全性要求。

4、本发明易于规范化和程序化，优化时间可控，优化结果不会因人而异。

附图说明

图1是本发明实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于叶型自动优化技术的TRT叶片调频方法作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，本发明的优点和特征将更清楚。

本实施例提供了一种基于叶型自动优化技术的TRT叶片调频方法，参考图1，包括以下步骤：

S1、输入原始叶片；为原始叶片创建三维模型；

S2、对原始叶片进行叶型参数化，并确定原始叶片的优化控制参数，作为设计变量；

具体的：

S2.1、沿原始叶片的叶高方向选取N个截面作为需要进行参数化的型面；3≤N≤5；

S2.2、根据原始叶片的型面拟合精度要求，采用M阶贝塞尔曲线分别对型面进行角度和厚度沿弦线方向的拟合，实现型面的参数化；4≤M≤7；

S2.3、选取参数化后型面拟合曲线中位于中间的X个曲线控制点作为优化控制点，即原始叶片的优化控制参数；X≥1。

S3、对原始叶片进行模态计算，获得原始叶片的前四阶固有频率，作为优化目标；所述前四阶固有频率分别为对应叶片振型为一阶切向弯曲振动振型B1、一阶弦向弯曲振动振型S1、一阶扭转振动振型T1和二阶切向弯曲振动振型B2的固有频率。

S4、优化调频；

S4.1、在原始叶片的基础上，采用拉丁超立方试验设计方法，在预设调整范围内自动调整优化控制参数，生成试验叶片，并通过模态计算获得试验叶片的前四阶固有频率；具体的，在本实施例中预设调整范围为-10％～+10％；

S4.2、建立原始叶片前四阶固有频率和优化控制参数之间的响应面模型；

S4.3、在试验叶片的前四阶固有频率基础上，采用多目标遗传算法耦合响应面模型实现试验叶片的优化调频；

具体的：

S4.3.1、根据避开率要求预先设定试验叶片各阶固有频率的优化调频目标值；

S4.3.2、在试验叶片的前四阶固有频率基础上，采用多目标遗传算法耦合响应面模型对试验叶片的优化控制参数进行寻优，使得试验叶片的前四阶固有频率与对应的优化调频目标值的差值在预设范围内，并使得试验叶片的优化控制参数调整值最小，从而实现试验叶片的优化调频。具体的，在具体实施时，本领域技术人员可根据具体的避开率要求，对前述的预设范围进行具体设计。同样的，优化控制参数调整值也可根据实际的应用设计标准设计相应的包络范围。

S5、获取叶栅通道气动性能；

建立原始叶片和优化调频后试验叶片的叶栅通道流体域模型；对原始叶片和优化调频后试验叶片的叶栅通道流体域模型分别进行叶栅通道流场计算，获得原始叶片和优化调频后试验叶片的叶栅通道气动性能。

S6、气动性能对比；

对比原始叶片和优化调频后试验叶片的叶栅通道气动性能，若优化调频后试验叶片的等熵效率相比于原始叶片的等熵效率下降幅度不高于预设阈值，具体的，该预设阈值的取值范围根据气动设计运行的性能偏差进行调整，一般为0.1％-0.3％，在本实施例中优选为0.2％，则完成试验叶片的优化调频，并输出优化调频后的试验叶片模型；若优化调频后试验叶片的等熵效率相比于原始叶片的等熵效率下降幅度高于预设阈值，则返回S2，直至优化调频后试验叶片的等熵效率相比于原始叶片的等熵效率下降幅度不高于预设阈值。