CN110598229B - 基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法 - Google Patents
基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110598229B CN110598229B CN201910012269.4A CN201910012269A CN110598229B CN 110598229 B CN110598229 B CN 110598229B CN 201910012269 A CN201910012269 A CN 201910012269A CN 110598229 B CN110598229 B CN 110598229B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rotor
- stage
- unbalance
- multistage
- assembly
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/04—Antivibration arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2200/00—Mathematical features
- F05D2200/20—Special functions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/30—Application in turbines
- F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
- F05D2220/323—Application in turbines in gas turbines for aircraft propulsion, e.g. jet engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/60—Assembly methods
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/20—Rotors
- F05D2240/24—Rotors for turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/81—Modelling or simulation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Testing Of Balance (AREA)
Abstract
本发明提出了基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法。本发明依据多级转子传递关系,获得各级转子间接触面的偏移量,根据同轴度公式计算出同轴度;计算出接触面的截面惯性矩,依据抗弯刚度公式,获得抗弯刚度;根据转子误差传递关系,获得转子不平衡量;采用蒙特卡洛法进而得到各级航空发动机转子的装配面跳动与最终多级转子几何同轴度、不平衡量、刚度的概率关系,实现航空发动机多级转子公差分配和抗弯刚度的优化。
Description
技术领域
本发明属于机械装配技术领域,特别是涉及基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法。
背景技术
多级转子是航空发动机核心机主要装配测试对象,在部件加工精度满足要求的条件下,最终检验靠装配精度保证。发动机压气机由多级转子堆叠组成,如A380飞机配备的大型发动机遄达900工作时的高速旋转速度大于12500rpm,整机装配不同轴、不平衡量过大、整机刚度低必然会造成涡轮盘中心偏离发动机转动轴线,在这样的条件下会产生非常大的离心力,进而引起发动机强烈振动,因而保证多级转子同轴度、不平衡量和整机刚度是装配的重点和难点。
目前现有方法存在的问题为仅单独进行了刚度和同轴度的单目标优化,没有考虑不平衡参数,且未建立刚度、同轴度、不平衡量综合测量模型,不能做到综合刚度、同轴度、不平衡量三个参数的三目标优化。
发明内容
本发明目的是为了解决现有的技术问题,提供了基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法。本发明所述方法解决了航空发动机转子刚度、同轴度、不平衡量三个参数公差合理分配的问题,改善了发动机性能。
本发明是通过以下技术方案实现的,本发明提出基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法,
多级转子装配中,单级转子定位、定向误差会进行传递与累积,影响多级转子装配后的单级转子的累积偏移量,其中,n级转子装配后第k级转子累积偏移量可表示为:
式中dx0-k为n级转子装配后第k级转子测量面圆心在X轴方向上的累积偏移量;dy0-k为n级转子装配后第k级转子测量面圆心在Y轴方向上的累积偏移量;pi为第i级转子径向测量面圆心的理想位置向量;dpi为第i级转子径向测量面圆心位置的加工误差向量;Sri为第i级转子绕Z轴旋转θri角度的旋转矩阵;Sr1为单位矩阵;Sxj-1为第j-1级转静子基准平面绕X轴旋转θxj-1角度的旋转矩阵;Syj-1为第j-1级转静子基准平面绕Y轴旋转θyj-1角度的旋转矩阵,Srj-1为第j-1级转静子基准平面绕Z轴旋转θrj-1角度的旋转矩阵;
依据同轴度的ISO标准定义,n级转子装配后同轴度的表达式为:
装配后转子间装配接触面的截面惯性矩I为:
多级转子装配中,单级转静子定位、定向误差会进行传递与累积,影响多级转子装配后的不平衡量,其中,由各级转子定位、定向误差引起的第n级转子不平衡量表示为:
式中,Ux0-n为装配后第n级转子测量面在X轴方向上的不平衡量;Uy0-n为装配后第n级转子测量面在Y轴方向上的不平衡量;m0-n为装配后第n级转子的质量;
将单级转子自身不平衡量和装配过程中由定位和定向误差引入的不平衡量进行矢量相加,得到多级转子装配后任意一级转子的不平衡量,将各级转子不平衡量分别投影到两个校正面,依据动平衡公式合成不平衡量,即可建立多级转子不平衡量的预测模型;
依据蒙特卡洛法生成多级转子的装配面跳动数据10000组,将随机数带入多级转子同轴度、抗弯刚度和不平衡量的目标函数,旋转各级航空发动机的旋转角度,进而得到10000组多级转子的同轴度、抗弯刚度和不平衡量参数,根据绘制的分布函数求出概率密度函数,进而得到各级航空发动机转子的装配面跳动与最终多级转子同轴度、抗弯刚度和不平衡量的概率关系,实现航空发动机多级转子公差的分配和抗弯刚度的优化。
附图说明
图1是本发明基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
结合图1,本发明提出基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法,
多级转子装配中,单级转子定位、定向误差会进行传递与累积,影响多级转子装配后的单级转子的累积偏移量,其中,n级转子装配后第k级转子累积偏移量可表示为:
式中dx0-k为n级转子装配后第k级转子测量面圆心在X轴方向上的累积偏移量;dy0-k为n级转子装配后第k级转子测量面圆心在Y轴方向上的累积偏移量;pi为第i级转子径向测量面圆心的理想位置向量;dpi为第i级转子径向测量面圆心位置的加工误差向量;Sri为第i级转子绕Z轴旋转θri角度的旋转矩阵;Sr1为单位矩阵;Sxj-1为第j-1级转静子基准平面绕X轴旋转θxj-1角度的旋转矩阵;Syj-1为第j-1级转静子基准平面绕Y轴旋转θyj-1角度的旋转矩阵,Srj-1为第j-1级转静子基准平面绕Z轴旋转θrj-1角度的旋转矩阵;
依据同轴度的ISO标准定义,n级转子装配后同轴度的表达式为:
装配后转子间装配接触面的截面惯性矩I为:
多级转子装配中,单级转静子定位、定向误差会进行传递与累积,影响多级转子装配后的不平衡量,其中,由各级转子定位、定向误差引起的第n级转子不平衡量表示为:
式中,Ux0-n为装配后第n级转子测量面在X轴方向上的不平衡量;Uy0-n为装配后第n级转子测量面在Y轴方向上的不平衡量;m0-n为装配后第n级转子的质量;
将单级转子自身不平衡量和装配过程中由定位和定向误差引入的不平衡量进行矢量相加,得到多级转子装配后任意一级转子的不平衡量,将各级转子不平衡量分别投影到两个校正面,依据动平衡公式合成不平衡量,即可建立多级转子不平衡量的预测模型;
依据蒙特卡洛法生成多级转子的装配面跳动数据10000组,将随机数带入多级转子同轴度、抗弯刚度和不平衡量的目标函数,旋转各级航空发动机的旋转角度,进而得到10000组多级转子的同轴度、抗弯刚度和不平衡量参数,根据绘制的分布函数求出概率密度函数,进而得到各级航空发动机转子的装配面跳动与最终多级转子同轴度、抗弯刚度和不平衡量的概率关系,实现航空发动机多级转子公差的分配和抗弯刚度的优化。
本发明依据多级转子传递关系,获得各级转子间接触面的偏移量,根据同轴度公式计算出同轴度;计算出接触面的截面惯性矩,依据抗弯刚度公式,获得抗弯刚度;根据转子误差传递关系,获得转子不平衡量;采用蒙特卡洛法进而得到各级航空发动机转子的装配面跳动与最终多级转子几何同轴度、不平衡量、刚度的概率关系,实现航空发动机多级转子公差分配和抗弯刚度的优化。
以上对本发明所提供的基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法,进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (1)
1.基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法,其特征在于:
多级转子装配中,单级转子定位、定向误差会进行传递与累积,影响多级转子装配后的单级转子的累积偏移量,其中,n级转子装配后第k级转子累积偏移量可表示为:
式中dx0-k为n级转子装配后第k级转子测量面圆心在X轴方向上的累积偏移量;dy0-k为n级转子装配后第k级转子测量面圆心在Y轴方向上的累积偏移量;pi为第i级转子径向测量面圆心的理想位置向量;dpi为第i级转子径向测量面圆心位置的加工误差向量;Sri为第i级转子绕Z轴旋转θri角度的旋转矩阵;Sr1为单位矩阵;Sxj-1为第j-1级转静子基准平面绕X轴旋转θxj-1角度的旋转矩阵;Syj-1为第j-1级转静子基准平面绕Y轴旋转θyj-1角度的旋转矩阵,Srj-1为第j-1级转静子基准平面绕Z轴旋转θrj-1角度的旋转矩阵;
依据同轴度的ISO标准定义,n级转子装配后同轴度的表达式为:
装配后转子间装配接触面的截面惯性矩I为:
多级转子装配中,单级转静子定位、定向误差会进行传递与累积,影响多级转子装配后的不平衡量,其中,由各级转子定位、定向误差引起的第n级转子不平衡量表示为:
式中,Ux0-n为装配后第n级转子测量面在X轴方向上的不平衡量;Uy0-n为装配后第n级转子测量面在Y轴方向上的不平衡量;m0-n为装配后第n级转子的质量;
将单级转子自身不平衡量和装配过程中由定位和定向误差引入的不平衡量进行矢量相加,得到多级转子装配后任意一级转子的不平衡量,将各级转子不平衡量分别投影到两个校正面,依据动平衡公式合成不平衡量,即可建立多级转子不平衡量的预测模型;
依据蒙特卡洛法生成多级转子的装配面跳动数据10000组,将随机数带入多级转子同轴度、抗弯刚度和不平衡量的目标函数,旋转各级航空发动机的旋转角度,进而得到10000组多级转子的同轴度、抗弯刚度和不平衡量参数,根据绘制的分布函数求出概率密度函数,进而得到各级航空发动机转子的装配面跳动与最终多级转子同轴度、抗弯刚度和不平衡量的概率关系,实现航空发动机多级转子公差的分配和抗弯刚度的优化。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910012269.4A CN110598229B (zh) | 2019-01-07 | 2019-01-07 | 基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法 |
US16/375,172 US20200217211A1 (en) | 2019-01-07 | 2019-04-04 | Method for Optimizing Multi-Stage Components of Large-Scale High-Speed Rotary Equipment Based on Monte Carlo Bias Evaluation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910012269.4A CN110598229B (zh) | 2019-01-07 | 2019-01-07 | 基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110598229A CN110598229A (zh) | 2019-12-20 |
CN110598229B true CN110598229B (zh) | 2020-10-16 |
Family
ID=68852482
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910012269.4A Active CN110598229B (zh) | 2019-01-07 | 2019-01-07 | 基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20200217211A1 (zh) |
CN (1) | CN110598229B (zh) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110595690B (zh) * | 2019-01-07 | 2020-11-13 | 哈尔滨工业大学 | 基于形心质心重心惯性中心矢量极小化的大型高速回转装备测量与智能学习装配方法和装置 |
CN111460677B (zh) * | 2020-04-14 | 2021-08-20 | 大连理工大学 | 一种基于几何代数理论建立转子堆叠精度预测模型的方法 |
CN112364448B (zh) * | 2020-10-14 | 2024-07-12 | 大连理工大学 | 一种实现航空发动机转子直线装配的方法 |
CN112697041B (zh) * | 2020-12-10 | 2022-03-08 | 北京新风航天装备有限公司 | 一种基于蒙特卡洛法的装配位姿测量精度预评估方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1950379A1 (fr) * | 2007-01-29 | 2008-07-30 | Snecma | Procédé d'équilibrage modulaire de rotor de turbomachine |
CN105426565A (zh) * | 2015-10-15 | 2016-03-23 | 哈尔滨工业大学 | 基于概率密度技术的大型高速回转装备形位公差分配方法 |
CN105423876A (zh) * | 2015-10-15 | 2016-03-23 | 哈尔滨工业大学 | 基于公差调控的大型高速回转装备装配测量方法及装置 |
CN106787490A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-05-31 | 中国南方航空工业(集团)有限公司 | 航空涡轴式发动机的转子同轴度校正用定心机构及方法 |
CN109143861A (zh) * | 2018-09-07 | 2019-01-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于力矩器的变速倾侧动量轮***主动振动抑制方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105426566B (zh) * | 2015-10-15 | 2018-02-16 | 哈尔滨工业大学 | 基于蒙特卡罗技术的大型高速回转装备形位公差分配方法 |
-
2019
- 2019-01-07 CN CN201910012269.4A patent/CN110598229B/zh active Active
- 2019-04-04 US US16/375,172 patent/US20200217211A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1950379A1 (fr) * | 2007-01-29 | 2008-07-30 | Snecma | Procédé d'équilibrage modulaire de rotor de turbomachine |
CN105426565A (zh) * | 2015-10-15 | 2016-03-23 | 哈尔滨工业大学 | 基于概率密度技术的大型高速回转装备形位公差分配方法 |
CN105423876A (zh) * | 2015-10-15 | 2016-03-23 | 哈尔滨工业大学 | 基于公差调控的大型高速回转装备装配测量方法及装置 |
CN106787490A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-05-31 | 中国南方航空工业(集团)有限公司 | 航空涡轴式发动机的转子同轴度校正用定心机构及方法 |
CN109143861A (zh) * | 2018-09-07 | 2019-01-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于力矩器的变速倾侧动量轮***主动振动抑制方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
基于DFC装配建模方法的RB211发动机装配工艺优化研究;赵越超;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20170315(第03期);C031-1161 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20200217211A1 (en) | 2020-07-09 |
CN110598229A (zh) | 2019-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110598229B (zh) | 基于蒙特卡罗偏差评估的大型高速回转装备多级零部件优化方法 | |
CN110595690B (zh) | 基于形心质心重心惯性中心矢量极小化的大型高速回转装备测量与智能学习装配方法和装置 | |
CN111475903A (zh) | 基于多偏置误差同步补偿的大型高速回转装备多级零部件动力学特性逐级测调和分配方法 | |
CN109960867B (zh) | 一种基于惯性回转中心调控最优化及智能学习的大型高速回转装备多级零部件选配方法 | |
CN111413031B (zh) | 基于动力学振动响应特性的大型高速回转装备深度学习调控与装配方法和装置 | |
CN111460677B (zh) | 一种基于几何代数理论建立转子堆叠精度预测模型的方法 | |
CN111413030B (zh) | 基于刚度矢量空间投影极大化的大型高速回转装备测量与神经网络学习调控方法及其装置 | |
CN110153664B (zh) | 基于bp神经网络的大型高速回转装备多级零部件装配方法和装置 | |
CN105426566B (zh) | 基于蒙特卡罗技术的大型高速回转装备形位公差分配方法 | |
CN105426565A (zh) | 基于概率密度技术的大型高速回转装备形位公差分配方法 | |
CN109960870B (zh) | 基于接触面积极大化测调的大型高速回转装备多级零部件刚度预测方法 | |
CN110877751A (zh) | 基于矢量投影的大型高速回转装备转动惯量堆叠方法 | |
CN113190786B (zh) | 一种大型旋转装备利用多维装配参数的振动预测方法 | |
CN111076867B (zh) | 基于质心和惯性中心同步测调的大型高速回转装备多级零部件不平衡量分配方法 | |
CN111982402B (zh) | 考虑初始不平衡量的航空发动机转子零件选配优化方法 | |
CN111475890A (zh) | 基于偏心矢量跟随测调的大型高速回转装备零部件相对间隙参数分配方法 | |
Lubell et al. | Identification and correction of rotor instability in an oil-free gas turbine | |
CN115656534A (zh) | 基于基准变换的大型高速回转装备不平衡量堆叠方法 | |
CN105252201B (zh) | 一种精铸整体动力涡轮叶轮的动平衡不合格挽救方法 | |
CN115564098A (zh) | 一种间隙配合大型回转装备的不平衡量预测方法 | |
CN110377995B (zh) | 永磁体安装槽径向位置对称度产生转子结构不平衡分析方法 | |
CN112364448A (zh) | 一种实现航空发动机转子直线装配的方法 | |
CN115628850A (zh) | 一种转子平衡工艺方法 | |
CN116771512A (zh) | 一种混合装配的多级转子同轴度和不平衡量双目标堆叠装配模型的装配方法 | |
CN114970019A (zh) | 等效缩比燃气轮机倾斜摇摆试验装置的设计方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |