CN111384828A - 转子组件装配的优化方法 - Google Patents

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CN111384828A CN201811617208.2A CN201811617208A CN111384828A CN 111384828 A CN111384828 A CN 111384828A CN 201811617208 A CN201811617208 A CN 201811617208A CN 111384828 A CN111384828 A CN 111384828A
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assembly
rotor assembly
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stage
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陈津
岳聪
连宇臣
吉仕强
李志平
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Abstract

本发明涉及一种转子组件装配的优化方法，其包括：通过优化算法寻优得到转子组件同轴度最小的各级转子装配相位；通过优化算法寻优得到转子组件不平衡量最小的各级转子装配相位；通过转子组件同轴度和转子组件不平衡量的综合优化算法，寻优找到既能满足同轴度指标，又能满足不平衡量指标的各级转子装配相位。本发明能够实现转子同轴度和初始不平衡量同时满足要求，提高了转子组件装配的一次性合格率。

Description

转子组件装配的优化方法
技术领域
本发明涉及一种转子组件装配的优化方法。
背景技术
大型旋转机械的转子系统一般是由多个转子零件装配而成的组件，比如：航空发动机，其产品尺寸大、重量显著、构型复杂、存在大量精密转子，工作转速高，对几何精度和不平衡指标要求非常苛刻。
转子组件装配不良可能会引起发动机的振动，严重时可能造成发动机失效，因此，对发动机转子结构状态和装配质量的控制极为关键。
目前转子组件的装配方法主要是针对转子几何同轴度目标进行优化的堆叠优化方法，但由于国内转子零件加工水平有限，国外开发的堆叠优化方法“水土不服”。国内主机厂所装配时往往会选用堆叠优化方法和实际经验结合的方法，以控制转子的同轴度和初始不平衡量水平，但装配一次性合格率仍然偏低，实际效果并不理想。
发明内容
本发明的其中一个目的是提出一种转子组件装配的优化方法，以缓解转子组件装配一次性合格率低的问题。
本发明的一些实施例提供了一种转子组件装配的优化方法，其包括：
通过优化算法寻优得到转子组件同轴度最小的各级转子装配相位；
通过优化算法寻优得到转子组件不平衡量最小的各级转子装配相位；
通过转子组件同轴度和转子组件不平衡量的综合优化算法，寻优找到既能满足同轴度指标，又能满足不平衡量指标的各级转子装配相位。
在一些实施例中，通过优化算法寻优得到转子组件同轴度最小的各级转子装配相位，包括：
建立以各级转子装配相位为变量，以转子组件同轴度为目标值的优化模型，并对各级转子不同装配相位下的转子组件同轴度进行寻优，得到转子组件同轴度最小的各级转子装配相位。
在一些实施例中，建立以各级转子装配相位为变量，以转子组件同轴度为目标值的优化模型，包括：
获取各级转子后端装配径向截面相对于前端基准径向截面的偏心量和倾斜量；
基于各级转子的偏心量和倾斜量得到转子组件同轴度的计算模型；
基于转子组件同轴度的计算模型，以转子装配相位为变量，以转子组件同轴度为目标进行寻优，获得转子组件同轴度优化模型。
在一些实施例中，获取各级转子后端装配径向截面相对于前端基准径向截面的偏心量和倾斜量，包括：
获取转子基准径向截面径面跳动数据；
获取转子基准轴向截面端面跳动数据；
获取转子装配径向截面径面跳动数据；
获取转子装配轴向截面端面跳动数据；
将上述四组数据构成的不规则三维形状，简化为标准偏心模型和标准端面倾斜模型：
简化后的偏心量
Figure BDA0001924037990000021
简化后的端面倾斜量
Figure BDA0001924037990000022
其中：
Figure BDA0001924037990000023
为转子装配径向圆的偏心向量；
Figure BDA0001924037990000024
为转子装配基准径向圆的偏心向量；
z为转子高度；
r1为转子基准径面半径；
Figure BDA0001924037990000031
为表征端面倾斜度的矢量，其大小为装配端面中心相对于基准平面的高度，其方向为端面低点所在方向；
Figure BDA0001924037990000032
其大小为基准端面中心相对于基准平面的高度，其方向为基准端面低点所在方向。
在一些实施例中，基于各级转子的偏心量和倾斜量得到转子组件同轴度的计算模型包括：
各级转子在装配状态下对转子组件同轴度影响的综合矢量：
Figure BDA0001924037990000033
转子组件同轴度计算模型：
Figure BDA0001924037990000034
其中：
n为转子总级数；
θi为第i级转子的装配相位；
Figure BDA0001924037990000035
为第i级转子的偏心矢量；
Figure BDA0001924037990000036
为第i级转子的端面倾斜矢量；
Figure BDA0001924037990000037
为第i级转子的端面倾斜造成的转子组件偏心矢量。
在一些实施例中，通过优化算法寻优得到转子组件不平衡量最小的各级转子装配相位，包括：
建立以各级转子装配相位为变量，以转子组件不平衡量为目标值的优化模型，并对各级转子不同装配相位下的转子组件不平衡量进行寻优，得到转子组件不平衡量最小的各级转子装配相位。
在一些实施例中，建立以各级转子装配相位为变量，以转子组件不平衡量为目标值的优化模型，包括：
采用动平衡机检测各级转子的初始不平衡量；
基于几何形状匹配的偏差引入各级转子的二次不平衡量；
各级转子的初始不平衡量和二次不平衡量叠加得到各级转子在装配状态下的总不平衡量；
将各级转子在装配状态的总不平衡量叠加计算得到转子组件的总不平衡量，从而建立转子组件不平衡量的计算模型；
基于转子组件不平衡量的计算模型，以转子装配相位为变量，以转子组件总不平衡量为目标进行寻优，获得转子组件不平衡量优化模型。
在一些实施例中，基于几何形状匹配的偏差引入各级转子的二次不平衡量，包括：
通过在不同装配相位情况下的转子质心与回转轴线的偏差计算得到各级转子在装配状态下的二次不平衡量：
Figure BDA0001924037990000041
其中：
Figure BDA0001924037990000042
为第t级转子在装配状态下的二次不平衡量；
Mt为第t级转子的质量；
Figure BDA0001924037990000043
为第t级转子理想质心与转子组件回转轴线的偏心矢量；
ht是第t级转子零件的高度；
hm，t是第t级转子质心所在高度；
Figure BDA0001924037990000044
为第t级转子的偏心量；
Figure BDA0001924037990000045
为第t级转子实际质心相对于转子底面中心的偏心矢量；
Figure BDA0001924037990000046
为第t级转子在安装状态下其底面中心相对于转子组件基准的偏心矢量；
Figure BDA0001924037990000047
为回转轴线在第t级转子的质心高度的投影矢量。
在一些实施例中，将各级转子在装配状态的总不平衡量叠加计算得到转子组件的总不平衡量，从而建立转子组件不平衡量的计算模型，包括：
各级转子在装配状态下的总不平衡量
Figure BDA0001924037990000048
转子组件的不平衡量计算模型：
Figure BDA0001924037990000051
其中：
n为转子总级数；
θt为第t级转子的装配相位；
Figure BDA0001924037990000052
为第t级转子由平衡机测得的不平衡矢量；
Figure BDA0001924037990000053
为第t级转子在装配状态下的二次不平衡量。
在一些实施例中，通过转子组件同轴度和转子组件不平衡量的综合优化算法，寻优找到既能满足同轴度指标，又能满足不平衡量指标的各级转子装配相位，包括：
以转子测量面的偏心量为优化目标，以转子组件初始不平衡量为控制变量，寻优找到既能满足几何同轴度指标，又能满足初始不平衡量指标的装配相位。
在一些实施例中，通过转子组件同轴度和转子组件不平衡量的综合优化算法，寻优找到既能满足同轴度指标，又能满足不平衡量指标的各级转子装配相位，包括：
通过优化算法寻优得到转子组件同轴度最小的N组各级转子装配相位，计算该N组各级转子装配相位下，转子组件的不平衡量Ui，判断该不平衡量是否小于限制值U0：
若有多组装配相位满足限制值，采用公式
Figure BDA0001924037990000054
综合评判并选择最优的一组装配相位；
其中：
w1代表不平衡量对转子装配质量影响程度的权重值；
w2代表同轴度对转子装配质量影响程度的权重值；
U0和G0分别代表不平衡量的限制值和同轴度的限制值；
Ui和Gi分别代表在某装配相位下预测的不平衡量和同轴度。
在一些实施例中，若同轴度最优的N组匹配相位均不能满足不平衡量限制值，则将范围扩充到同轴度最优的M组(M＞N)；若在M组内仍没有不平衡量小于限制值的情况，则再次以不平衡量限制值为限制条件，搜索最优的同轴度匹配相位；若此时寻优得到的最小同轴度能满足同轴度限制值，则综合评判该装配相位是否作为最终的装配相位。
基于上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
在一些实施例中，通过优化算法寻优得到转子组件同轴度最小的各级转子装配相位；通过优化算法寻优得到转子组件不平衡量最小的各级转子装配相位；通过转子组件同轴度和转子组件不平衡量的综合优化算法，寻优找到既能满足同轴度指标，又能满足不平衡量指标的各级转子装配相位；以实现转子同轴度和初始不平衡量同时满足要求，提高了转子组件装配的一次性合格率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一些实施例提供的转子组件装配的优化方法指导转子装配的工作流程示意图；
图2为本发明一些实施例提供的构建转子零件几何形状的示意图；
图3为本发明一些实施例提供的多级转子装配形成的几何偏心量的示意图；
图4为本发明一些实施例提供的多个部件装配形成的几何偏心量的示意图；
图5为本发明一些实施例提供的转子零件不平衡量匹配理想质心偏心状态示意图；
图6为本发明一些实施例提供的综合优化逻辑示意图。
附图中标号说明：
1-标准偏心模型；
2-标准端面倾斜模型；
31-上端面测量径面；32-基准径面；33-基准端面；34-基准轴；
41-第一基准径面；42-第二基准径面；43-测量面；44-基准轴；
51-第一支点；52-第二支点；53-质心；54-回转轴线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
一些实施例提供了一种转子组件装配的优化方法，其包括：
通过优化算法寻优得到转子组件同轴度最小的各级转子装配相位；
通过优化算法寻优得到转子组件不平衡量最小的各级转子装配相位；
通过转子组件同轴度和转子组件不平衡量的综合优化算法，寻优找到既能满足同轴度指标，又能满足不平衡量指标的各级转子装配相位。
在一些实施例中，通过优化算法寻优得到转子组件同轴度最小的各级转子装配相位，包括：
建立以各级转子装配相位为变量，以转子组件同轴度为目标值的优化模型，并对各级转子不同装配相位下的转子组件同轴度进行寻优，得到转子组件同轴度最小的各级转子装配相位。
在一些实施例中，建立以各级转子装配相位为变量，以转子组件同轴度为目标值的优化模型，包括：
获取各级转子后端装配径向截面相对于前端基准径向截面的偏心量和倾斜量；
基于各级转子的偏心量和倾斜量得到转子组件同轴度的计算模型；
基于转子组件同轴度的计算模型，以转子装配相位为变量，以转子组件同轴度为目标进行寻优，获得转子组件同轴度优化模型。
在一些实施例中，获取各级转子后端装配径向截面相对于前端基准径向截面的偏心量和倾斜量，包括：
获取转子基准径向截面径面跳动数据；
获取转子基准轴向截面端面跳动数据；
获取转子装配径向截面径面跳动数据；
获取转子装配轴向截面端面跳动数据；
将上述四组数据构成的不规则三维形状，简化为标准偏心模型和标准端面倾斜模型：
简化后的偏心量
Figure BDA0001924037990000081
简化后的端面倾斜量
Figure BDA0001924037990000082
其中：
Figure BDA0001924037990000083
为转子装配径向圆的偏心向量；
Figure BDA0001924037990000084
为转子装配基准径向圆的偏心向量；
z为转子高度；
r1为转子基准径面半径；
Figure BDA0001924037990000085
为表征端面倾斜度的矢量，其大小为装配端面中心相对于基准平面的高度，其方向为端面低点所在方向；
Figure BDA0001924037990000086
其大小为基准端面中心相对于基准平面的高度，其方向为基准端面低点所在方向。
在一些实施例中，基于各级转子的偏心量和倾斜量得到转子组件同轴度的计算模型包括：
各级转子在装配状态下对转子组件同轴度影响的综合矢量：
Figure BDA0001924037990000091
转子组件同轴度计算模型：
Figure BDA0001924037990000092
其中：
n为转子总级数(即包括n级转子)；
θi为第i级转子的装配相位；
Figure BDA0001924037990000093
为第i级转子的偏心矢量；
Figure BDA0001924037990000094
为第i级转子的端面倾斜矢量；
Figure BDA0001924037990000095
为第i级转子的端面倾斜造成的转子组件偏心矢量；
Hi为第i级转子零件离偏心量检测平面的高度。
r1i为第i级转子的基准径面半径。
在一些实施例中，通过优化算法寻优得到转子组件不平衡量最小的各级转子装配相位，包括：
建立以各级转子装配相位为变量，以转子组件不平衡量为目标值的优化模型，并对各级转子不同装配相位下的转子组件不平衡量进行寻优，得到转子组件不平衡量最小的各级转子装配相位。
在一些实施例中，建立以各级转子装配相位为变量，以转子组件不平衡量为目标值的优化模型，包括：
采用动平衡机检测各级转子的初始不平衡量；
基于几何形状匹配的偏差引入各级转子的二次不平衡量；
各级转子的初始不平衡量和二次不平衡量叠加得到各级转子在装配状态下的总不平衡量；
将各级转子的总不平衡量叠加计算得到转子组件的总不平衡量，从而建立转子组件不平衡量的计算模型；
基于转子组件不平衡量的计算模型，以转子装配相位为变量，以转子组件总不平衡量为目标进行寻优，获得转子组件不平衡量优化模型。
在一些实施例中，基于几何形状匹配的偏差引入各级转子的二次不平衡量，包括：
通过在不同装配相位情况下的转子质心与回转轴线的偏差计算得到各级转子在装配状态下的二次不平衡量：
Figure BDA0001924037990000101
其中：
Figure BDA0001924037990000102
为第t级转子在装配状态下的二次不平衡量；
Mt为第t级转子的质量；
Figure BDA0001924037990000103
为第t级转子理想质心与转子组件回转轴线的偏心矢量；
ht是第t级转子零件的高度；
hm，t是第t级转子质心所在高度；
Figure BDA0001924037990000104
为第t级转子的偏心量；
Figure BDA0001924037990000105
为第t级转子实际质心相对于转子底面中心的偏心矢量；
Figure BDA0001924037990000106
为第t级转子在安装状态下其底面中心相对于转子组件基准的偏心矢量；
Figure BDA0001924037990000107
为回转轴线在第t级转子的质心高度的投影矢量。
在一些实施例中，由平衡机测得的初始不平衡量和装配状态下的二次不平衡量获得转子组件的不平衡量计算模型，包括：
各级转子在装配状态下的总不平衡量
Figure BDA0001924037990000108
转子组件的不平衡量计算模型：
Figure BDA0001924037990000109
其中：
n为转子总级数；
θt为第t级转子的装配相位；
Figure BDA0001924037990000111
为第t级转子由平衡机测得的不平衡矢量；
Figure BDA0001924037990000112
为第t级转子在装配状态下的二次不平衡量。
在一些实施例中，通过转子组件同轴度和转子组件不平衡量的综合优化算法，寻优找到既能满足同轴度指标，又能满足不平衡量指标的各级转子装配相位，包括：
以转子测量面的偏心量为优化目标，以转子组件初始不平衡量为控制变量，寻优找到既能满足几何同轴度指标，又能满足初始不平衡量指标的装配相位。
在一些实施例中，通过转子组件同轴度和转子组件不平衡量的综合优化算法，寻优找到既能满足同轴度指标，又能满足不平衡量指标的各级转子装配相位，包括：
通过优化算法寻优得到转子组件同轴度最小的N组各级转子装配相位，计算该N组各级转子装配相位下，转子组件的不平衡量Ui，判断该不平衡量是否小于限制值U0。
若有多组装配相位满足限制值，采用公式
Figure BDA0001924037990000113
综合评判并选择最优的一组装配相位；
其中：
w1代表不平衡量对转子装配质量影响程度的权重值；
w2代表同轴度对转子装配质量影响程度的权重值；
U0和G0分别代表不平衡量的限制值和同轴度的限制值；
Ui和Gi分别代表在某装配相位下预测的不平衡量和同轴度。
在一些实施例中，若同轴度最优的N组匹配相位均不能满足不平衡量限制值，则将范围扩充到同轴度最优的M组(M＞N)，若在M组内仍没有不平衡量小于限制值的情况，则再次以不平衡量限制值为限制条件，搜索最优的同轴度匹配相位，若此时寻优得到的最小同轴度能满足同轴度限制值，则综合评判该装配相位是否作为最终的装配相位。
在一些实施例中，提出基于实测数据的转子零件加工偏差评估、选配方法。
在一些实施例中，基于实测数据，对转子同轴度结果进行预测。
在一些实施例中，通过优化算法寻优得到转子同轴度最小的各级转子装配相位。
在一些实施例中，基于实测数据，对转子不平衡量结果进行预测。
在一些实施例中，通过优化算法寻优得到转子不平衡量最小的各级转子装配相位。
在一些实施例中，提出转子同轴度和不平衡量综合优化的方法，寻找能满足双目标要求的各级转子装配相位。
在一些实施例中，检测各级零组件的几何形貌，评定出零组件的几何特征，得到表征转子形位公差的特征参数。基于零组件四个截面的数据和表征转子形位公差的特征参数，计算几何偏心量，并针对不同匹配相位下的同轴度进行寻优，得到同轴度最优的装配相位。
在一些实施例中，检测转子各级转子较正面重点不平衡量，并基于几何形状匹配的偏差引入的二次不平衡量，计算零组件在装配状态下的总不平衡量，参与转子组件的初始不平衡量优化，得到组件不平衡最小时各个零组件的装配相位。
在一些实施例中，以转子测量面的偏心量为优化目标，以高压转子初始不平衡量为控制变量，寻优找到既能满足几何同轴度指标，又能满足初始不平衡量指标的装配相位。
在一些实施例中，基于航空发动机转子的几何量和不平衡量数据，综合考虑转子装配的同轴度精度要求和不平衡量精度要求，设计同时满足装配后几何量和不平衡量两个指标的装配算法。
在一些实施例中，建立转子零组件的几何偏差和不平衡偏差评估技术方法，支持总体装配单位对供应商的高压转子零件交付初步评估和选配，提高装配精度。
在一些实施例中，建立同时考虑几何和不平衡匹配指标的转子零件装配相位综合优化技术，指导发动机转子装配，提高装配一次合格率，控制转子振动水平。
在一些实施例中，如图1所示，主要针对航空发动机高压转子或其他结构近似的转子，转子的装配分为两步骤，第一步是从零件装配为压气机转子组件和涡轮转子组件，第二步是将压气机转子组件和涡轮转子组件装配为组合转子组件。参考转子的装配步骤，转子组件装配的优化方法如下：
采用精密转台检测各级零组件的几何形貌，评定出零组件的几何特征：
检测转子各级零件基准径向截面数据，评定出基准径向截面径面跳动数据。
检测转子各级零件基准轴向截面数据，评定出基准轴向截面端面跳动数据。
检测转子各级零件装配径向截面数据，评定出装配径向截面径面跳动数据。
检测转子各级零件装配轴向截面数据，评定出装配轴向截面端面跳动数据。
根据四个截面的数据和零件本身的几何尺寸，构建零件真实的几何形状，将零件标准化为标准零件，得到表征零件形位公差的特征参数。
如附图2所示为将四组数据构成的不规则三维形状，简化为标准偏心模型和标准端面倾斜模型。
简化后的偏心量为
Figure BDA0001924037990000131
简化后端面倾斜量
Figure BDA0001924037990000132
其中：
Figure BDA0001924037990000133
为转子零件装配径向圆的偏心向量；
Figure BDA0001924037990000134
为转子零件装配基准径向圆的偏心向量；
z为转子零件高度；
r1是转子基准径面半径；
Figure BDA0001924037990000135
为表征端面倾斜度的矢量，其大小为装配端面中心相对于理想平面的高度，其方向为端面低点所在方向；
Figure BDA0001924037990000141
其大小为基准端面中心相对于理想平面的高度，其方向为基准端面低点所在方向。
在一些实施例中，采用动平衡机检测转子各级零组件不平衡量数据。
在一些实施例中，建立转子装配优化目标模型，包括几何量单目标优化模型，不平衡量单目标优化模型，几何量和不平衡量双目标优化模型。
几何量单目标优化模型需根据实际测量要求而定，对于压气机或者涡轮转子的零件级装配，以转子后端装配径向截面相对于前端基准径向截面偏心量为优化目标。
附图3中
Figure BDA0001924037990000143
表示后端装配径面相对于底面基准的偏心量；对于压气机和涡轮组合转子，以压气机和涡轮转子连接面相对于组合转子前后联合基准的偏心量为优化目标。
附图4中
Figure BDA0001924037990000144
表示高压涡轮转子和高压压气机转子连接面中心相对于前后联合基准的偏心量。
在一些实施例中，不平衡量单目标优化模型为以转子组件的初始不平衡量为优化目标。
在一些实施例中，几何量和不平衡量双目标优化模型为以转子测量面的偏心量为优化目标，以高压压气机初始不平衡量为控制变量。
在一些实施例中，基于发动机转子各零组件形位公差的特征参数，以及转子各零件不平衡量数据，针对发动机转子装配模型进行装配相位寻优，获得转子组件最优装配相位，具体优化方法如下。
在一些实施例中，几何单目标优化：
基于零组件四个截面的数据和表征零件形位公差的特征参数，可以计算得到转子的偏心量，针对不同匹配相位下的偏心量进行寻优，得到偏心量最小的装配相位。
几何偏心量寻优时，其变量为各级转子的装配相位，目标位合成的偏心量最小，即
Figure BDA0001924037990000142
其中：
Figure BDA0001924037990000151
表示每级零件在装配状态下的几何偏心量；
θi为转子装配相位。
转子零件在装配状态下的偏心量
Figure BDA0001924037990000152
要考虑转子零件本身的偏心量
Figure BDA0001924037990000153
和零件的端面倾斜造成的其他零件的偏心，该偏心大小取决于转子零件离偏心量检测平面的高度Hi和端面本身的倾斜度
Figure BDA0001924037990000154
在一些实施例中，不平衡量单目标优化：
基于零组件四个截面的数据构建的几何形状(该几何形状包含零组件的形位公差信息)，计算不同匹配相位下，几何形状匹配的偏差引入的二次不平衡量，该二次不平衡量可通过在不同匹配情况下的质心与回转轴线的偏差计算得到。
将二次不平衡量与平衡机测出的转子零件初始不平衡量叠加，作为转子零组件的总不平衡量，参与转子组件的初始不平衡量优化，得到转子组件不平衡最小时各个转子零组件的装配相位。
参照附图5，首先根据零件装配相位和测量得到的几何模型可以得到装配时的支点连线，也就是回转轴线，然后计算出第t级转子在装配状态下，理想质心与该回转轴线的偏心
Figure BDA0001924037990000155
该偏心量包括三部分：
1)第t级转子实际质心相对于转子底面中心的偏心矢量
Figure BDA0001924037990000156
ht是第t个转子零件的高度；
hm，t是转子零件质心所在高度；
Figure BDA0001924037990000157
为转子零件本身的偏心量。
2)第t级转子在安装状态下其底面中心相对于转子组件基准的偏心矢量
Figure BDA0001924037990000161
该偏心在计算时，其测量面为第t-1个转子零件的上端测量面。
3)回转轴线在第t级转子的质心高度的投影矢量
Figure BDA0001924037990000162
该偏心的测量高度为转子组件的测量面。
装配状态下的转子零件的二次不平衡量计算公式为：
Figure BDA0001924037990000163
该不平衡量与在平衡机上测得的零件自身不平衡量
Figure BDA0001924037990000164
叠加，可以得到零件在装配状态下的真实不平衡量
Figure BDA0001924037990000165
将该不平衡量
Figure BDA0001924037990000166
参与转子组件不平衡量的矢量叠加计算和优化，可以预测更真实的转子不平衡量。
在一些实施例中，几何量和不平衡量双目标优化：
采用以上的几何单目标优化方法，寻优找到偏心量最小的N组匹配相位，计算该N组匹配相位下转子组件的不平衡量Ui，判断该不平衡量是否小于限制值U0。
若有多组相位满足限制值，采用公式
Figure BDA0001924037990000167
综合评判并选择最优的一组装配相位。
其中：
w1代表不平衡量对转子装配质量影响程度的权重值；
w2代表同轴度对转子装配质量影响程度的权重值；
U0和G0分别代表不平衡量的限制值和同轴度的限制值；
Ui和Gi分别代表在某装配相位下预测的不平衡量和同轴度。
在一些实施例中，当同轴度最优的N组匹配相位均不能满足不平衡量限制值时，将范围扩充到同轴度最优的M组(M＞N)，若在M组内仍没有不平衡量小于限制值的情况，则再次以不平衡量限制值为限制条件，搜索最优的同轴度匹配相位，若此时寻优得到的最小同轴度能满足同轴度限制值，则综合评判该装配相位是否作为最终的装配相位。
附图6展示了双目标优化的具体逻辑，N和M的值需要结合现场装配经验给出。
参照螺栓孔数按有限装配相位寻找同轴度最优的N组装配相位。
判断N组相位下不平衡量是否都大于同轴度限制值；如是，则结束装配流程，查找原因；如否，则针对同轴度小于限制值的装配相位计算组件的不平衡量。
判断不平衡量是否小于不平衡量限制值；如是，综合评价其中既满足几何又满足不平衡量要求的几组，挑出一组作为最终装配相位；如否，排除此N组装配相位。
判断已排除组数是否超过M组；如否，返回参照螺栓孔数按有限装配相位寻找同轴度最优的N组装配相位；如是，以不平衡量限制值为控制变量，以同轴度为最优目标，寻优最优的装配相位。
判断最优同轴度是否满足装配要求；如否，结束装配流程，查找原因；如是，选最优同轴度对应的装配相位为最终装配相位。
依据转子最优装配相位进行装配，并对高压组合转子进行同轴度和不平衡量检测，判断是否满足装配要求。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (12)

1.一种转子组件装配的优化方法，其特征在于，包括：
通过优化算法寻优得到转子组件同轴度最小的各级转子装配相位；
通过优化算法寻优得到转子组件不平衡量最小的各级转子装配相位；
通过转子组件同轴度和转子组件不平衡量的综合优化算法，寻优找到既能满足同轴度指标，又能满足不平衡量指标的各级转子装配相位。
2.如权利要求1所述的转子组件装配的优化方法，其特征在于，通过优化算法寻优得到转子组件同轴度最小的各级转子装配相位，包括：
建立以各级转子装配相位为变量，以转子组件同轴度为目标值的优化模型，并对各级转子不同装配相位下的转子组件同轴度进行寻优，得到转子组件同轴度最小的各级转子装配相位。
3.如权利要求2所述的转子组件装配的优化方法，其特征在于，建立以各级转子装配相位为变量，以转子组件同轴度为目标值的优化模型，包括：
获取各级转子后端装配径向截面相对于前端基准径向截面的偏心量和倾斜量；
基于各级转子的偏心量和倾斜量得到转子组件同轴度的计算模型；
基于转子组件同轴度的计算模型，以转子装配相位为变量，以转子组件同轴度为目标进行寻优，获得转子组件同轴度优化模型。
4.如权利要求3所述的转子组件装配的优化方法，其特征在于，获取各级转子后端装配径向截面相对于前端基准径向截面的偏心量和倾斜量，包括：
获取转子基准径向截面径面跳动数据；
获取转子基准轴向截面端面跳动数据；
获取转子装配径向截面径面跳动数据；
获取转子装配轴向截面端面跳动数据；
将上述四组数据构成的不规则三维形状，简化为标准偏心模型和标准端面倾斜模型：
简化后的偏心量
Figure FDA0001924037980000021
简化后的端面倾斜量
Figure FDA0001924037980000022
其中：
Figure FDA0001924037980000023
为转子装配径向圆的偏心向量；
Figure FDA0001924037980000024
为转子装配基准径向圆的偏心向量；
z为转子高度；
r1为转子基准径面半径；
Figure FDA0001924037980000025
为表征端面倾斜度的矢量，其大小为装配端面中心相对于基准平面的高度，其方向为端面低点所在方向；
Figure FDA0001924037980000026
其大小为基准端面中心相对于基准平面的高度，其方向为基准端面低点所在方向。
5.如权利要求3或4所述的转子组件装配的优化方法，其特征在于，基于各级转子的偏心量和倾斜量得到转子组件同轴度的计算模型包括：
各级转子在装配状态下对转子组件同轴度影响的综合矢量：
Figure FDA0001924037980000027
转子组件同轴度计算模型：
Figure FDA0001924037980000028
其中：
n为转子总级数；
θi为第i级转子的装配相位；
Figure FDA0001924037980000029
为第i级转子的偏心矢量；
Figure FDA0001924037980000031
为第i级转子的端面倾斜矢量；
Figure FDA0001924037980000032
为第i级转子的端面倾斜造成的转子组件偏心矢量。
6.如权利要求1所述的转子组件装配的优化方法，其特征在于，通过优化算法寻优得到转子组件不平衡量最小的各级转子装配相位，包括：
建立以各级转子装配相位为变量，以转子组件不平衡量为目标值的优化模型，并对各级转子不同装配相位下的转子组件不平衡量进行寻优，得到转子组件不平衡量最小的各级转子装配相位。
7.如权利要求6所述的转子组件装配的优化方法，其特征在于，建立以各级转子装配相位为变量，以转子组件不平衡量为目标值的优化模型，包括：
采用动平衡机检测各级转子的初始不平衡量；
基于几何形状匹配的偏差引入各级转子的二次不平衡量；
各级转子的初始不平衡量和二次不平衡量叠加得到各级转子在装配状态下的总不平衡量；
将各级转子在装配状态的总不平衡量叠加计算得到转子组件的总不平衡量，从而建立转子组件不平衡量的计算模型；
基于转子组件不平衡量的计算模型，以转子装配相位为变量，以转子组件总不平衡量为目标进行寻优，获得转子组件不平衡量优化模型。
8.如权利要求7所述的转子组件装配的优化方法，其特征在于，基于几何形状匹配的偏差引入各级转子的二次不平衡量，包括：
通过在不同装配相位情况下的转子质心与回转轴线的偏差计算得到各级转子在装配状态下的二次不平衡量：
Figure FDA0001924037980000033
其中：
Figure FDA0001924037980000034
为第t级转子在装配状态下的二次不平衡量；
Mt为第t级转子的质量；
Figure FDA0001924037980000041
为第t级转子理想质心与转子组件回转轴线的偏心矢量；
ht是第t级转子零件的高度；
hm，t是第t级转子质心所在高度；
Figure FDA0001924037980000042
为第t级转子的偏心量；
Figure FDA0001924037980000043
为第t级转子实际质心相对于转子底面中心的偏心矢量；
Figure FDA0001924037980000044
为第t级转子在安装状态下其底面中心相对于转子组件基准的偏心矢量；
Figure FDA0001924037980000045
为回转轴线在第t级转子的质心高度的投影矢量。
9.如权利要求7或8所述的转子组件装配的优化方法，其特征在于，将各级转子在装配状态的总不平衡量叠加计算得到转子组件的总不平衡量，从而建立转子组件不平衡量的计算模型，包括：
各级转子在装配状态下的总不平衡量
Figure FDA0001924037980000046
转子组件的不平衡量计算模型：
Figure FDA0001924037980000047
其中：
n为转子总级数；
θt为第t级转子的装配相位；
Figure FDA0001924037980000048
为第t级转子由平衡机测得的不平衡矢量；
Figure FDA0001924037980000049
为第t级转子在装配状态下的二次不平衡量。
10.如权利要求1所述的转子组件装配的优化方法，其特征在于，通过转子组件同轴度和转子组件不平衡量的综合优化算法，寻优找到既能满足同轴度指标，又能满足不平衡量指标的各级转子装配相位，包括：
以转子测量面的偏心量为优化目标，以转子组件初始不平衡量为控制变量，寻优找到既能满足几何同轴度指标，又能满足初始不平衡量指标的装配相位。
11.如权利要求1所述的转子组件装配的优化方法，其特征在于，
通过转子组件同轴度和转子组件不平衡量的综合优化算法，寻优找到既能满足同轴度指标，又能满足不平衡量指标的各级转子装配相位，包括：
通过优化算法寻优得到转子组件同轴度最小的N组各级转子装配相位，计算该N组各级转子装配相位下，转子组件的不平衡量Ui，判断该不平衡量是否小于限制值U0：
若有多组装配相位满足限制值，采用公式
Figure FDA0001924037980000051
综合评判并选择最优的一组装配相位；
其中：
w1代表不平衡量对转子装配质量影响程度的权重值；
w2代表同轴度对转子装配质量影响程度的权重值；
U0和G0分别代表不平衡量的限制值和同轴度的限制值；
Ui和Gi分别代表在某装配相位下预测的不平衡量和同轴度。
12.如权利要求11所述的转子组件装配的优化方法，其特征在于，若同轴度最优的N组匹配相位均不能满足不平衡量限制值，则将范围扩充到同轴度最优的M组(M＞N)；若在M组内仍没有不平衡量小于限制值的情况，则再次以不平衡量限制值为限制条件，搜索最优的同轴度匹配相位；若此时寻优得到的最小同轴度能满足同轴度限制值，则综合评判该装配相位是否作为最终的装配相位。
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