[發(fā)明專利]一種船用濕汽輪機(jī)多工況的葉片除濕優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210014922.2
• 申請(qǐng)日: 2022-01-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114462159A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張磊;楊自春;陳國(guó)兵;李彬;李昆鋒;孫文彩;李軍;趙爽;陳俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 武漢開(kāi)元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝;張繼巍

本發(fā)明公開(kāi)了船用濕汽輪機(jī)多工況的葉片除濕優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，將葉片參數(shù)化重構(gòu)方法、克里金近似模型、多目標(biāo)遺傳優(yōu)化算法相結(jié)合，形成了一種以三維流場(chǎng)數(shù)值仿真計(jì)算方法計(jì)算的濕蒸汽非平衡凝結(jié)流動(dòng)特性結(jié)果為依據(jù)，以極小化汽輪機(jī)兩種運(yùn)行工況的葉柵出口濕度作為優(yōu)化目標(biāo)，以兩工況點(diǎn)的級(jí)效率不能減少以及各工況流量保持不變作為性能約束條件，以參數(shù)化葉型幾何變量為設(shè)計(jì)變量的濕汽輪機(jī)除濕優(yōu)化設(shè)計(jì)體系，能夠?qū)崿F(xiàn)濕汽輪機(jī)葉片多工況多約束的除濕優(yōu)化設(shè)計(jì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于屬于船用汽輪機(jī)零部件設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種船用濕汽輪機(jī)多工況的葉片除濕優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

汽輪機(jī)葉片是船用汽輪機(jī)熱功轉(zhuǎn)換的核心部件，汽輪機(jī)效率、功率、安全性、可靠性、壽命等性能與葉片型線緊密相關(guān)。開(kāi)展汽輪機(jī)葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)保證汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性具有非常重要意義。學(xué)者們針對(duì)葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了較廣泛的研究，但絕大多數(shù)研究是針對(duì)設(shè)計(jì)工況。船用濕汽輪機(jī)運(yùn)行工況復(fù)雜、機(jī)動(dòng)性要求高，某些大功率單缸汽輪機(jī)葉片承受著高濕度蒸汽和復(fù)雜應(yīng)力作用，蒸汽濕度過(guò)高不僅會(huì)降低汽輪機(jī)輸出功率和效率，還會(huì)使得葉片長(zhǎng)期受到侵蝕，極易導(dǎo)致葉片損傷甚至斷裂失效等，直接危機(jī)汽輪機(jī)運(yùn)行安全，這就要求在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮多工況條件下的性能，盡可能降低末幾級(jí)濕度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述技術(shù)的不足，提供一種能夠兼顧多個(gè)工況點(diǎn)性能要求又能提升汽輪機(jī)多工況運(yùn)行可靠性的船用濕汽輪機(jī)多工況的葉片除濕優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的船用濕汽輪機(jī)多工況的葉片除濕優(yōu)化設(shè)計(jì)方法如下：

步驟一：基于三次貝塞爾曲線將葉片的葉型參數(shù)化表示，確定汽輪機(jī)葉型除濕優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件；

步驟二：以初始葉型參數(shù)為中心點(diǎn)，每個(gè)設(shè)計(jì)變量取值范圍滿足步驟二的約束條件，采用拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，建立葉型設(shè)計(jì)變量的樣本矩陣X_P×n，樣本矩陣X_P×n的列數(shù)為n個(gè)設(shè)計(jì)變量，樣本矩陣X_P×n的行數(shù)為P組樣本，樣本矩陣每一行對(duì)應(yīng)一個(gè)葉型；

步驟三：任一組設(shè)計(jì)變量確定一個(gè)葉型，根據(jù)葉型建立葉柵及流場(chǎng)模型，通過(guò)三維流場(chǎng)數(shù)值仿真計(jì)算方法計(jì)算濕蒸汽在葉片組成的葉柵內(nèi)的流動(dòng)特性，得到目標(biāo)值樣本矩陣Y _P×2＝[Y₁,Y₂]，該目標(biāo)值樣本矩陣Y的列數(shù)為2、行數(shù)為P；

步驟四：將設(shè)計(jì)變量的樣本矩陣X_P×n和目標(biāo)值樣本矩陣Y_P×2作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，基于克里金近似模型建立葉片設(shè)計(jì)變量與目標(biāo)函數(shù)的代理模型Ψ；

步驟五：任選滿足步驟一約束條件的M組設(shè)計(jì)變量建立葉柵模型，通過(guò)三維流場(chǎng)數(shù)值仿真計(jì)算方法計(jì)算濕蒸汽在葉柵內(nèi)的流動(dòng)特性的M組目標(biāo)函數(shù)值矩陣；

將這M組設(shè)計(jì)變量建立葉柵模型帶入步驟四中的代理模型Ψ計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值矩陣，將通過(guò)三維流場(chǎng)數(shù)值仿真計(jì)算方法計(jì)算濕蒸汽在葉柵內(nèi)的流動(dòng)特性的M組目標(biāo)函數(shù)值矩陣與代理模型Ψ計(jì)算的M組目標(biāo)函數(shù)值矩陣進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)比較，若代理模型滿足計(jì)算精度要求，轉(zhuǎn)至步驟六；否則，返回步驟二，增加樣本點(diǎn)數(shù)，直至代理模型滿足計(jì)算精度要求；

步驟六：通過(guò)多目標(biāo)非支配遺傳算法對(duì)構(gòu)建的克里金代理模型Ψ進(jìn)行尋優(yōu)，根據(jù)步驟一中的約束條件直至得到最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)Y_1best,Y_2best,和對(duì)應(yīng)的葉型設(shè)計(jì)變量最優(yōu)值，Y_1best為最優(yōu)的工況一時(shí)的葉柵出口濕度，Y_1best為最優(yōu)的工況二時(shí)的葉柵出口濕度。