基于多目标优化的转子装配平衡及动平衡方法研究
对于航空发动机等复杂旋转机械，其转子系统常常在变转速、过临界工况下运行，转子多阶振动模态被激起，仅仅依靠单一转速的平衡方法,无法满足航空发动机转子宽工作转速范围内降低转子振动的需求。此外,发动机多级盘结构转子装配耗时长易磨损，且装配时各级轮盘的残余不平衡量组合不当，极易引起转子系统的不平衡振动故障，传统的交叉反向对装方式无法高效解决这一问题。因此，研究基于多目标优化理论的转子装配方法以及考虑多转速状态的平衡优化方法,对于实现航空发动机转子低振动、宽工作转速范围运行具有重要的意义。针对上述问题本文主要做了以下研究工作: (1)提出了一种虑及配平效果以及限制配重的多盘转子系统双重筛选配平面选择方法。第一重筛选以转子系统的总平衡效果为目标，通过对不同配平面选择方案的仿真动平衡效果进行对比，选出平衡效果较好的方案解集。第二重筛选通过对不同方案所需配重进行筛选，选出符合配重要求的方案，最后通过比较不同方案的配平效果系数，找到配平效果较好同时配重较小的最佳配平面选择方案。 (2)完成了虑及多转速状态的多盘转子系统高速动平衡仿真及试验研究。在多盘转子系统试验台上，采用双重筛选配平面选择方法和虑及多转速状态的转子系统双重优化平衡方法，对多盘转子系统高速动平衡进行了仿真和试验验证。结果表明，对因不平衡引起的变转速工作的转子振动抑制效果明显，可为变转速工作的多盘转子系统现场高速动平衡提供技术支撑。 (3)提出了一种基于多目标优化的多级盘转子虚拟装配平衡方法，并开发了转子虚拟装配平衡多目标优化软件。以多级盘转子实验台为对象建立了转子动力学模型，在各级盘残余不平衡量及转子原始振动已知的情况下，通过仿真模型进行虚拟装配。以转子各测点的残余振动以及转子整体不平衡力和不平衡力矩为优化目标，采用多重优化算法寻找各级轮盘装配角度的优化方案。在三盘转子系统实验台上进行了实验验证，结果表明使用该方法可使转子在宽转速范围内振动均有所下降。开发了转子虚拟装配平衡多目标优化软件，为航空发动机多级盘结构转子装配平衡提供方法和技术支撑。
航空发动机;转子系统;装配工艺;动平衡;多目标优化
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
姚剑飞
2023
中文
V263.2
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）