[發(fā)明專利]一種基于遺傳粒子群優(yōu)化的汽輪機(jī)螺栓加熱分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010554955.7
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111859782B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝永慧;劉鑄鋒;張荻;葉小龍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/25;G06F30/23;G06F119/12;G06F119/06;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明公開了一種基于遺傳粒子群優(yōu)化的汽輪機(jī)螺栓加熱分析方法，該方法將有限元數(shù)值分析和優(yōu)化分析相結(jié)合，采用有限元法對螺栓感應(yīng)加熱過程進(jìn)行參數(shù)化建模及磁?熱?固耦合分析，提取關(guān)鍵特征結(jié)果；采用粒子群優(yōu)化控制策略，引入交叉和變異操作，得到功率?時間優(yōu)化曲線，作為熱邊界條件加載至數(shù)值分析中，并根據(jù)約束條件對計算結(jié)果進(jìn)行判決，迭代計算輸出最優(yōu)加熱功率調(diào)節(jié)方案，為實際拆卸作業(yè)提供指導(dǎo)與規(guī)范。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于汽輪機(jī)螺栓技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于遺傳粒子群優(yōu)化的汽輪機(jī)螺栓加熱分析方法。

背景技術(shù)

電站進(jìn)行汽輪機(jī)檢修時，需要對安裝在中分面法蘭的螺栓進(jìn)行拆卸，以分離上下汽缸。汽輪機(jī)在檢修時需要首先對安裝在汽缸中分面上的大螺栓進(jìn)行加熱拆卸，以分離并打開上下汽缸。目前新型的感應(yīng)加熱器，將其深入到螺栓的中心孔中，通過調(diào)節(jié)輸出功率可對螺栓進(jìn)行電磁感應(yīng)加熱以達(dá)到快速拆卸的目的。針對每個規(guī)格的螺栓，都配備有相應(yīng)型號給定功率范圍的加熱器。但汽缸中分面螺栓眾多，規(guī)格不盡相同，憑經(jīng)驗施加功率加熱任意性大、且尚未清楚螺栓在感應(yīng)加熱過程中的特征變化規(guī)律，欲通過實驗獲得每個螺栓的特征變化規(guī)律則時間長、成本高，且只有等到檢修工期是才可實施；加熱操作不當(dāng)可能會對工件和加熱器件造成損壞，增加維修負(fù)擔(dān)，耽誤檢修工期，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此，亟需提出一種汽輪機(jī)螺栓加熱分析方法，得到螺栓組的最優(yōu)功率適配方案以規(guī)范操作。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種基于遺傳粒子群優(yōu)化的汽輪機(jī)螺栓加熱分析方法，該方法將有限元數(shù)值分析和優(yōu)化分析相結(jié)合，采用有限元法對螺栓感應(yīng)加熱過程進(jìn)行參數(shù)化建模及磁-熱-固耦合分析，提取關(guān)鍵特征結(jié)果；采用粒子群優(yōu)化控制策略，引入交叉和變異操作，得到功率-時間優(yōu)化曲線，作為熱邊界條件加載至數(shù)值分析中，并根據(jù)約束條件對計算結(jié)果進(jìn)行判決，迭代計算輸出最優(yōu)加熱功率調(diào)節(jié)方案，為實際拆卸作業(yè)提供指導(dǎo)與規(guī)范。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于遺傳粒子群優(yōu)化的汽輪機(jī)螺栓加熱分析方法，包括以下步驟：

1)數(shù)值分析

通過參數(shù)化建模、網(wǎng)格劃分，設(shè)置材料屬性、電磁、熱和結(jié)構(gòu)邊界條件和初始條件，其中熱邊界條件加載優(yōu)化控制獲得的功率-時間匹配曲線，對螺栓感應(yīng)加熱過程進(jìn)行磁-熱-固耦合分析，提取加熱結(jié)束時螺栓最高溫度、最大應(yīng)力和伸長量關(guān)鍵特征；

2)優(yōu)化控制

基于遺傳優(yōu)化的粒子群算法，通過初始化粒子位置和速度，引入異步學(xué)習(xí)因子和自適應(yīng)權(quán)重系數(shù)對位置和速度進(jìn)行更新，并執(zhí)行交叉和變異操作，得到功率-時間匹配曲線，作為數(shù)值分析中的熱邊界條件進(jìn)行計算，當(dāng)提取的關(guān)鍵特征結(jié)果滿足約束條件時，更新粒子局部最優(yōu)和全局最優(yōu)值迭代計算，輸出最優(yōu)適應(yīng)度結(jié)果。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1)中，數(shù)值分析的具體步驟如下：

101)首先是根據(jù)輸入的螺栓關(guān)鍵規(guī)格尺寸進(jìn)行參數(shù)化建模，得到汽輪機(jī)中分面不同規(guī)格型號螺栓的三維有限元整體數(shù)值分析模型；其中，整體數(shù)值分析模型由感應(yīng)加熱器模型、螺栓模型、空氣模型和缸體模型組成；

102)對步驟101)中得到的螺栓的三維有限元整體數(shù)值分析模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，除過渡圓角部分及空氣模型采用四面體及四棱錐網(wǎng)格，感應(yīng)加熱器模型、螺栓主體部分、缸體模型均采用8節(jié)點(diǎn)六面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分以提高計算精度，得到螺栓網(wǎng)格模型；其中，過渡部分的單元長度設(shè)置為0.02，主體部分的單元長度設(shè)置為0.05，螺栓模型內(nèi)徑網(wǎng)格加密，網(wǎng)格劃分完成后檢查網(wǎng)格質(zhì)量，要求雅可比值J0.5，避免網(wǎng)格畸變影響計算收斂速度；

103)對步驟102)中得到的螺栓網(wǎng)格模型賦予材料屬性，包括隨時間變化的熱物性、磁性和力學(xué)性能參數(shù)；