[發(fā)明專利]一種基于人群搜索算法的汽輪機葉柵型線參數(shù)化重構方法

有效

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• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN112115558B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設計）人: 楊自春;張磊;陳國兵;李彬;李昆鋒;孫文彩;李軍;費志方;陳俊
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06N3/006
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝

本發(fā)明公開了一種基于人群搜索算法的汽輪機葉柵型線參數(shù)化重構方法，將汽輪機葉片型線分為前緣圓弧曲線、尾緣圓弧曲線、吸力邊曲線和壓力邊曲線，并給出四條曲線的坐標方程；根據(jù)幾何關系求得描述壓力邊曲線與吸力邊曲線的多邊形控制頂點的坐標表達式以及前后緣尾緣圓心坐標點；將坐標點帶入四條曲線的坐標方程構成了葉片型線的參數(shù)化表達式；通過SOA優(yōu)化算法找到原型葉片三次貝塞爾曲線參數(shù)化表達式的參數(shù)，進而得到原型葉片型線的三次貝塞爾曲線和圓弧曲線參數(shù)化表達式。能夠根據(jù)汽輪機葉片基本幾何參數(shù)實現(xiàn)葉片型線的參數(shù)化表達，并能與SOA算法進行融合實現(xiàn)汽輪機葉片型線智能化重構，重構葉型的方法收斂速度快、收斂結果更穩(wěn)定。

技術領域

本發(fā)明屬于汽輪機葉柵型線設計技術領域，具體涉及一種基于人群搜索算法的汽輪機葉柵型線參數(shù)化重構方法。

背景技術

汽輪機葉片是火電、核電以及船用汽輪機熱功轉換的核心部件，當前汽輪機經(jīng)常處于極端變工況運行，其葉片承受著局部較大汽流力沖擊、脫流顫振、回流腐蝕、鼓風熱變形等，某些大功率單缸汽輪機葉片承受著高濕度蒸汽的侵蝕作用，這將直接影響整個汽輪機效率、功率、安全性、可靠性、壽命等性能。因此，開展汽輪機葉片優(yōu)化設計對保證汽輪機經(jīng)濟性、可靠性和安全性具有非常重要意義。

汽輪機葉片的參數(shù)化建模與型線重構是葉片優(yōu)化設計的核心環(huán)節(jié)。汽輪機葉型的幾何參數(shù)如中弧線、弦長、葉型彎角、進出口葉型角及安裝角等直接決定了葉片氣動性能與結構強度，并直接影響濕蒸汽區(qū)的透平級的濕汽損失和侵蝕破壞特性。常用的葉片造型方法有兩種：(1)確定葉片型線的中弧線，并給定葉片厚度分布，通過通過包絡線構建葉片型線；(2)選定葉片型線壓力、吸力面上的控制點，并通過點的坐標或曲率構建葉片型線。上述葉片成型方法很難實現(xiàn)參數(shù)化建模，難以應用于葉片優(yōu)化設計。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述技術的不足，提供一種具有更高的葉型曲線曲率變化光滑性、更好的曲線形狀控制能力、控制參數(shù)少且便于給出參數(shù)化表達式的基于人群搜索算法的汽輪機葉柵型線參數(shù)化重構方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設計的基于人群搜索算法的汽輪機葉柵型線參數(shù)化重構方法包括以下步驟：

步驟一：汽輪機葉片型線包括前緣圓弧曲線DE、尾緣圓弧曲線GH、吸力邊曲線GD和壓力邊曲線HE，基于三次貝塞爾曲線描述壓力邊曲線HE和吸力邊曲線GD的坐標方程，由圓曲線方程表示前緣圓弧曲線DE和尾緣圓弧曲線GH，并給出四條曲線的坐標方程；

步驟二：將弦線與后額線的交點定義為坐標系原點O，后額線即為坐標系Y軸，與后額線垂直于原點O的直線即為X軸，根據(jù)幾何關系求得描述壓力邊曲線HE與吸力邊曲線GD的多邊形控制頂點H、W₁、W₂、E、G、U₁、U₂、D的坐標表達式以及前緣尾緣圓心坐標點O₁和后緣尾緣圓心坐標點O₂；

將D、E、G、H、U₁、U₂、W₁、W₂的坐標點帶入步驟一中四條曲線的坐標方程，則構成了葉片型線的參數(shù)化表達式，該參數(shù)化表達式包括8個幾何結構變量B、γ_p、r₁、r₂、β₁、β₂、和4個Bezier曲線形狀控制變量構成的12個參數(shù)；

步驟三：通過SOA優(yōu)化算法找到原型葉片三次Bezier曲線參數(shù)化表達式的12個參數(shù)，進而得到原型葉片型線的三次Bezier曲線和圓弧曲線參數(shù)化表達式。

進一步地，所述步驟一中：

壓力邊曲線HE由多邊形控制頂點H、W₁、W₂、E構成的三次Bezier曲線描述，其坐標參數(shù)方程為：