基于遺傳算法的1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子動平衡優(yōu)化

王俊爵(上海電氣電站設(shè)備有限公司汽輪機(jī)廠，上海 200240)

基于遺傳算法的1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子動平衡優(yōu)化

王俊爵
(上海電氣電站設(shè)備有限公司汽輪機(jī)廠，上海 200240)

本文提出了一種套裝轉(zhuǎn)子的主動平衡新方法，通過事先調(diào)整輪盤安裝角度，在不改變現(xiàn)有加工設(shè)備和轉(zhuǎn)子配重修正面的情況下，降低生產(chǎn)系統(tǒng)中的累計不平衡量，顯著減少動平衡配重實驗所需的時間和配重量，降低動平衡反復(fù)啟停產(chǎn)生的不必要成本，該技術(shù)可在發(fā)電設(shè)備的動平衡上推廣應(yīng)用。

遺傳算法 核電套裝轉(zhuǎn)子 不平衡質(zhì)量 動平衡

0 前言

隨著石油、煤炭等傳統(tǒng)化石能源的可開采量逐年萎縮，而包括可再生能源在內(nèi)的各種新興能源使用的局限性導(dǎo)致短時間內(nèi)無法替代傳統(tǒng)能源，因此我國正在和全世界一起尋找多元化的能源結(jié)構(gòu)?？稍偕茉窗柲?、風(fēng)能、水利、生物質(zhì)、地?zé)岬榷喾N形式的能源，其中核電已經(jīng)超過石油成為全世界第三大電力輸出的能源來源。目前世界上已經(jīng)有30多個國家和地區(qū)擁有超過4,000,000臺核電發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到了250萬吉瓦時，占全球發(fā)電總量11%左右。

本文是以西門子KWU型汽輪機(jī)的低壓轉(zhuǎn)子作為課題載體，西門子大型核電汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)有別于美國GE公司和法國Alstom(現(xiàn)其能源部門已被GE收購)的地方是其采用套裝輪盤的轉(zhuǎn)子。西門子之所以在其低壓轉(zhuǎn)子上采用這種結(jié)構(gòu)，主要是因為其解決了其他公司無法解決的應(yīng)力腐蝕裂紋問題。經(jīng)過超過3百余萬小時的累計運(yùn)行時間和7百余次的檢修，可以說從實際運(yùn)行業(yè)績來看，西門子套裝輪盤結(jié)構(gòu)低壓轉(zhuǎn)子未出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕引發(fā)的疲勞裂紋問題。而Alstom自上世紀(jì)70年代初開始設(shè)計投運(yùn)的28臺沖動式核電汽輪機(jī)，同樣采用過紅套結(jié)構(gòu)，但在經(jīng)過4萬小時的運(yùn)行后，部分套裝轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了裂紋，轉(zhuǎn)而采用焊接轉(zhuǎn)子。套裝轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于：由于各部件尺寸小，因此供應(yīng)商選擇面廣，交貨周期短；鍛件重量大大降低，采購成本因而降低；相較焊接轉(zhuǎn)子和整鍛轉(zhuǎn)子，材料性能更均勻。上海電氣在引進(jìn)西門子核電汽輪機(jī)技術(shù)的過程中，陸續(xù)開展國產(chǎn)化制造，并逐步消化吸收引進(jìn)技術(shù)。此次25Hz大型核電低壓轉(zhuǎn)子高速動平衡技術(shù)也是國產(chǎn)化制造的關(guān)鍵技術(shù)，研究其輪盤徑向跳動和最終不衡量的關(guān)系，對優(yōu)化動平衡結(jié)果會產(chǎn)生積極影響。

但是套裝結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子在不加葉片的情況下，對不平衡量的控制相比其他兩種結(jié)構(gòu)，要遜色不少。主要是因為，單個輪盤在制造過程由于是多次裝夾，所以其不平衡是不可預(yù)知的；然而整鍛轉(zhuǎn)子或是焊接轉(zhuǎn)子則是在一次裝夾完成加工。各級輪盤的不平衡的矢量疊加效應(yīng)使得套裝轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)的工作轉(zhuǎn)速下，理論上存在產(chǎn)生較大不平衡激振力的可能性。因此需要研究在動平衡前輪盤徑向跳動與轉(zhuǎn)子不平衡量間的關(guān)系，為轉(zhuǎn)子的動平衡提供參考，并根據(jù)兩者的關(guān)系，優(yōu)化各級輪盤安裝角度，將不平衡量造成的殘余不平衡力和力矩降至最小，并大幅提升其預(yù)平衡水平，達(dá)到降低轉(zhuǎn)子振動的目的。

1 動平衡優(yōu)化和遺傳算法的理論基礎(chǔ)

1.1 撓性轉(zhuǎn)子動平衡的理論基礎(chǔ)

本文研究的1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子，無論其長度還是重量都比一般汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子要來的大。而由于材料力學(xué)的對其徑向尺寸的限制，使得此轉(zhuǎn)子的撓性比一般汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子來的更大，1500 r/min的工作轉(zhuǎn)速介于設(shè)計一階臨界轉(zhuǎn)速和二階臨界轉(zhuǎn)速之間。根據(jù)撓性轉(zhuǎn)子的平衡原理，只對轉(zhuǎn)子進(jìn)行對稱角度的質(zhì)量抵消這種剛性轉(zhuǎn)子的平衡方法，不能對撓性轉(zhuǎn)子收到理想的效果。

綜上所述，在不同轉(zhuǎn)動速度下，平衡力系的建立不是永恒不變的原因是：在某一轉(zhuǎn)速下的配重的添加只能滿足消除支撐反向作用力，而無法消除轉(zhuǎn)子上由于不平衡而產(chǎn)生彎矩，此彎矩會使得轉(zhuǎn)子產(chǎn)生撓度，當(dāng)轉(zhuǎn)動速度發(fā)生增減的時候，彎矩也會跟著轉(zhuǎn)動速度發(fā)生不規(guī)則的增減，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)子的撓度，因此原本已經(jīng)建立的平衡力系又要重新建立。所以撓性轉(zhuǎn)子的平衡原則是：僅在工作轉(zhuǎn)速下，配重可以消除兩端支撐的反向作用力并使沿著轉(zhuǎn)子軸向方向的彎矩值接近最小。

2.2 遺傳算法對于優(yōu)化輪盤相位角的理論基礎(chǔ)

8個輪盤上存在的不平衡量矢量和是核電套裝轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡量的主要來源。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在3000 r/min的工作轉(zhuǎn)速時，輪盤上的不平衡量矢量和將對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生殘余不平衡離心慣性力和殘余不平衡離心慣性力矩。在兩者的作用下兩端軸承處將產(chǎn)生較大的振動，嚴(yán)重時會威脅到轉(zhuǎn)子的安全運(yùn)行。因此在目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化計算過程中，將轉(zhuǎn)子上8級輪盤的不平衡矢量和在3000 r/min的工作轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的不平衡離心慣性力合成到轉(zhuǎn)子中點處的力矩作為目標(biāo)函數(shù)，通過優(yōu)化各級輪盤的安裝角，減小不平衡離心慣性力和力矩，從而降低轉(zhuǎn)子振動。

測量1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子在各級輪盤、聯(lián)軸器處存在的徑向跳動度ΔR(i)(i=1,2,…,n)，方向為α(i)(i=1,2,…,n)，如圖3所示，則各級輪盤的不平衡量q(i)(i=1,2,…,n)為：

(1)

式中，ΔR(i)——第i個軸向位置上的徑向跳動度，α(i)——第i個軸向位置上最大徑向跳動度的徑向方向，q(i)——第i個軸向位置上不平衡量。

圖1 撓性轉(zhuǎn)子平衡的特點

圖2 1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 輪盤不平衡量示意圖

各級輪盤到轉(zhuǎn)子中點處的距離為L(i)(i=1,2,…,n)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為ω時，不平衡量在x,y方向上引起的不平衡離心慣性力和彎矩為：

(2)

式中，F(xiàn)x——x軸上的不平衡離心慣性力，F(xiàn)y——y軸上的不平衡離心慣性力，α(i)——第i個軸向位置上最大徑向跳動度的徑向方向，q(i)——第i個軸向位置上不平衡量，ω——轉(zhuǎn)動的角速度。

不平衡離心慣性力和彎矩的矢量和可表示為：

(3)

遺傳算法程序可以求出目標(biāo)函數(shù)的最小值及其對應(yīng)的輪盤安裝角，通過對比初始安裝角度和優(yōu)化安裝角度下轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)，驗證遺傳算法對百萬核電套裝轉(zhuǎn)子高速動平衡的有效性。

具體過程如下：

假設(shè)在一個D維的搜索空間內(nèi)，有N個種群數(shù)量。在搜索空間內(nèi)第i(i=1,…,N)個粒子的坐標(biāo)位置可以表示用向量數(shù)列X=(Xi1,Xi2,…,XiD)表示，其飛行速度可以表示為向量V=(Vi1,Vi2,…,ViD)，在第k+1代時，第i個粒子將根據(jù)如下公式更新自己的位置和速度：

(4)

(5)

式中，Vkid——第i個粒子第k次迭代中飛行速度的第d維分量;Xkid——第i個粒子第k次迭代中位置的第d維分量(d=1,…,D)；Pid——第i個粒子曾經(jīng)到達(dá)的最佳位置的第d維分量，即個體極值；Pgd——當(dāng)前整個種群搜索到的最佳位置的第d維分量，即全局極值；ω——慣性權(quán)重，作用是平衡收斂速度；c1、c2——認(rèn)知學(xué)習(xí)率和社會學(xué)習(xí)率的非負(fù)常數(shù)，也稱之為學(xué)習(xí)因子；r1、r2——分布在(0,1)上的隨機(jī)數(shù)。

此外，為防止粒子飛行速度過大而飛出搜索空間，一般限制其速度變化范圍在[Vmin,Vmax]區(qū)間內(nèi)，位置變化范圍在[Xmin,Xmax]區(qū)間內(nèi)，在迭代的優(yōu)化中，若速度和位置的值超過邊界值范圍則取為邊界值。

同時，每個粒子的個體極值Pid和全局極值Pgd則分別由前式來更新：

(6)

pgd(t+1)=min{F(pid(t+1))},i=1,…,N

(7)

式中，Pid——第i個粒子的個體極值，Pgd——第i個粒子的全局極值，F(xiàn)(pid(t))——適應(yīng)度函數(shù)。

根據(jù)上述公式可以得到標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法的基本步驟如下：

1.對種群中粒子的位置和速度進(jìn)行隨機(jī)初始化；

2.計算每個粒子的適應(yīng)度；

(8)

pgd(t+1)=min{F(pid(t+1))},i=1,…,N

更新每個粒子的個體最優(yōu)位置和其在全局的最優(yōu)位置；

5.若沒有達(dá)到終止條件(一般由預(yù)設(shè)最大迭代次數(shù)和預(yù)設(shè)適應(yīng)度值構(gòu)成)，則返回。

圖4 多級盤轉(zhuǎn)子不平衡量優(yōu)化程序設(shè)計流程圖

3 不平衡響應(yīng)的模擬分析

首先使用自開發(fā)軟件計算百萬核電套裝轉(zhuǎn)子在初始狀態(tài)下的不平衡響應(yīng)，并與上汽廠實際生產(chǎn)過程中某1000 MW核電套裝低壓轉(zhuǎn)子提供的高速動平衡實驗結(jié)果進(jìn)行對比。

計算整理得到1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子各級輪盤的徑向圓跳動度，初始不平衡量大小和初始安裝角如表1所示。

使用1中的數(shù)據(jù)，即各級輪盤初始不平衡量大小及相位，計算得到1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)結(jié)果如圖6所示。

3.1 套裝轉(zhuǎn)子初始不平衡量及基本參數(shù)

通過計算百分表或千分表在被測回轉(zhuǎn)件旋轉(zhuǎn)整圈后的最大和最小讀數(shù)之間的差值的方法測量1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子各輪盤處存在的徑向圓跳動度ΔR(i)(i=1,2,…,n)，方向為α(i)(i=1,2,…,n)，各級輪盤由于徑向跳動差導(dǎo)致的不平衡用表示U(i) (i=1,2,…,n)。

再結(jié)合制造廠提供的徑向圓跳動實驗數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)子的數(shù)學(xué)模型，可以得到添加在每個輪盤上的具體軸向位置如圖5所示。

圖6 1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子未添加配重塊時軸振動不平衡響應(yīng)計算結(jié)果

圖5 1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子各級輪盤不平衡量添加示意圖

表1 1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子各級輪盤不平衡量大小及初始安裝角

表2 1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子高速動平衡時使用的軸承及軸承座基本結(jié)構(gòu)參數(shù)

整理得到某1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子各級輪盤的徑向圓跳動度和初始安裝角，計算初始不平衡量大小如表1所示。

1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子及其在高速動平衡實驗時所使用的軸承的基本參數(shù)如下。

轉(zhuǎn)子在高速動平衡機(jī)上實驗所用的軸承動力特性參數(shù)如表3所示：

3.2 套裝轉(zhuǎn)子添加配重平衡后的實驗驗證

根據(jù)表4提供的配重塊質(zhì)量與角度，在1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子上添加配重塊，計算轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)，結(jié)果如圖9所示。

添加配重塊后1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)曲線如圖8所示：

表3 1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子高速動平衡時使用的軸承動力特性參數(shù)

表4 動平衡實驗室提供的配重塊添加情況

圖7 1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子廠內(nèi)配重塊添加情況示意圖

圖8 1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子添加配重塊后軸振動不平衡響應(yīng)計算結(jié)果

圖9 1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子添加配重塊后軸承座振動不平衡響應(yīng)實驗結(jié)果

通過對比添加配重塊后的1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)圖8與圖9，可以看到1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子平衡后的響應(yīng)計算結(jié)果與實驗結(jié)果的趨勢基本符合，且添加配重塊后，轉(zhuǎn)子的兩階不平衡響應(yīng)數(shù)值均有了一定程度的下降，說明添加配重塊對幫助轉(zhuǎn)子高速動平衡起到了一定幫助。

4 標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法和改進(jìn)粒子群算法的對比

核電轉(zhuǎn)子各級輪盤不平衡量信息如表5所示，編寫相應(yīng)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并對優(yōu)化后的安裝角取整。

表5 核電轉(zhuǎn)子各級輪盤不平衡量及優(yōu)化后安裝角

使用表5中的優(yōu)化保留安裝角進(jìn)行的不平衡響應(yīng)計算并與優(yōu)化前的不平衡響應(yīng)計算結(jié)果對比。優(yōu)化前后1號軸承處軸振單振幅如圖10所示，2號軸承處軸振振幅如圖11所示。

4.1 標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法優(yōu)化后的不平衡響應(yīng)計算

為了說明改進(jìn)粒子群算法的優(yōu)勢，這里先采用標(biāo)準(zhǔn)粒子群優(yōu)化算法(Standard Particle Swarm Optimization, SPSO)，即不添加變異步驟與“實驗?zāi)K”的標(biāo)準(zhǔn)算法開發(fā)的計算程序，對1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子的各級輪盤不平衡量進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的安裝角與初始安裝角如表7所示：

圖10 核電轉(zhuǎn)子不平衡相位優(yōu)化前后1號軸承處軸振單振幅

圖11 核電轉(zhuǎn)子不平衡相位優(yōu)化前后2號軸承處軸振單振幅

表6 1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子優(yōu)化前后不平衡響應(yīng)軸振單振幅計算結(jié)果對比分析

表7 使用標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法優(yōu)化后各級輪盤安裝角與優(yōu)化前對比

使用表7中的優(yōu)化后安裝角進(jìn)行不平衡響應(yīng)數(shù)值計算，結(jié)果如圖12所示。圖例中Bearing1-SPSO、Bearing2-SPSO分別表示使用標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法優(yōu)化后得到的1號與2號軸承的不平衡響應(yīng)計算結(jié)果。

圖12 使用標(biāo)準(zhǔn)粒子群優(yōu)化算法得到的1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子軸振不平衡響應(yīng)計算結(jié)果

4.2 改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化后的不平衡響應(yīng)計算

使用添加了兩個改進(jìn)模塊的改進(jìn)粒子群算法(ImprovedParticle Swarm Optimization, IPSO)對1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子的各級輪盤不平衡量進(jìn)行優(yōu)化，表8為優(yōu)化出的相位角結(jié)果：

圖13為使用改進(jìn)粒子群算法得到的不平衡響應(yīng)計算結(jié)果。圖例中Bearing1-IPSO、Bearing2-IPSO分別表示使用改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化后得到的1號與2號軸承的不平衡響應(yīng)計算結(jié)果。

由圖13可以看出，經(jīng)過優(yōu)化后，1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)振動峰-峰值在計算的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均小于18μm，已達(dá)優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)。

表8 使用改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化后各級輪盤安裝角與優(yōu)化前對比

圖13 使用改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法得到的1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子軸振不平衡響應(yīng)計算結(jié)果

5 優(yōu)化效果的對比分析

5.1 標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法與改進(jìn)粒子群算法的優(yōu)化效果對比分析

對比這兩種優(yōu)化方法得到的不平衡響應(yīng)計算結(jié)果，為了更直觀的進(jìn)行對比，把結(jié)果放入表9中：

為直觀看出兩種優(yōu)化方法的優(yōu)化效果對比，將圖12與圖13組合畫入同一張圖，如圖14所示：

由表9與圖14可以看出，使用標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法優(yōu)化時，轉(zhuǎn)子的二階振幅有所下降，但一階振幅反而升高了。這是標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法的局限性所致，即雖然能得到較優(yōu)的符合目標(biāo)函數(shù)值，卻無法同時估計兩個目標(biāo)函數(shù)各自的優(yōu)化。相比標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法，改進(jìn)粒子群算法對1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子的不平衡量進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，其不平衡響應(yīng)計算結(jié)果有了進(jìn)一步下降：兩軸承處的一階峰值軸振振幅下降78% 以上，兩軸承處的工作轉(zhuǎn)速下軸振振幅下降13% 以上，2號軸承二階峰值處軸振振幅下降69% 以上，前兩階峰值處及工作轉(zhuǎn)速下軸振振幅均降到18 μm以下。

表9 標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法與改進(jìn)粒子群算法的不平衡響應(yīng)軸振計算結(jié)果對比

圖14 標(biāo)準(zhǔn)與改進(jìn)粒子群算法的1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)軸振計算結(jié)果對比

綜合以上對比結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后的粒子群算法可以有效地解決局部收斂過快、無法得到全局最優(yōu)解的問題，在使用這樣的優(yōu)化算法解決本文研究的多重目標(biāo)函數(shù)的時候，初設(shè)的兩個原始目標(biāo)函數(shù)也都被優(yōu)化了，這樣最終得到了能應(yīng)用于解決實際問題的優(yōu)化解集。整體上看，改進(jìn)粒子群算法的優(yōu)化效果優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法，兩個添加的改進(jìn)步驟作用效果良好。

5.2 改進(jìn)粒子群算法與添加配重的對比分析與實驗驗證

為了直觀表示優(yōu)化之后的效果，本節(jié)將優(yōu)化前后的三種計算結(jié)果(優(yōu)化前未添加配重結(jié)果、優(yōu)化前添加配重結(jié)果及改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化結(jié)果)放入表9及圖15中進(jìn)行對比，如下所示：

表9 1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子優(yōu)化前后不平衡響應(yīng)軸振計算結(jié)果對比分析

由表9可知，添加配重的方法與改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法均能使轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)幅值下降，但相較于添加配重的方法，使用改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法得到的計算結(jié)果降幅更大，三個關(guān)注點處(一階峰值、工作轉(zhuǎn)速、二階峰值)的響應(yīng)幅值的下降率均達(dá)到67%以上。圖15直觀反應(yīng)了這一下降趨勢。

圖15 1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子優(yōu)化前后不平衡響應(yīng)軸振計算結(jié)果對比分析

綜合表9及圖15可以得到：采用改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化后，1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)軸振幅值有了較大程度的下降，在計算的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，各峰值點的振幅已小于18μm，達(dá)到了優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)。同時，相比較為費(fèi)時費(fèi)力的添加配重平衡法，改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法優(yōu)化各級輪盤不平衡量相位的效果更為出色，這意味著一種更經(jīng)濟(jì)省時的動平衡方法——理論上可以不借助添加配重等較為復(fù)雜的手段，僅在高速動平衡實驗前優(yōu)化調(diào)整輪盤的相位角就能使轉(zhuǎn)子順利通過高速動平衡。

為了驗證以上的計算結(jié)果，制造廠對試驗轉(zhuǎn)子進(jìn)行了試驗驗證。見圖16。

圖16 1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子優(yōu)化后不平衡響應(yīng)軸振試驗驗證

對比輪盤未進(jìn)行優(yōu)化相位角的配重后響應(yīng)，見圖17。

圖17 1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子添加配重塊后軸承座振動不平衡響應(yīng)實驗結(jié)果

可以看到采用改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化后，1000 MW核電套裝轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)軸振幅值有了較大程度的下降，一階振速從0.15 mm/s降至0.03 mm/s。試驗證明使用輪盤相位角優(yōu)化的方法，可以不借助添加配重等較為復(fù)雜的手段，僅在高速動平衡實驗前優(yōu)化調(diào)整輪盤的相位角就能使轉(zhuǎn)子順利通過高速動平衡。說明按改進(jìn)粒子算法優(yōu)化后對幫助轉(zhuǎn)子高速動平衡起到了很大的幫助。

6 總結(jié)

本文提出了基于遺傳算法的輪盤套裝優(yōu)化技術(shù)，并闡述了其在1000 MW等級核電套裝轉(zhuǎn)子上的應(yīng)用研究。其特點是將套裝轉(zhuǎn)子各級輪盤加工中產(chǎn)生的不同心度轉(zhuǎn)化為在整根轉(zhuǎn)子的不平衡矢量和。轉(zhuǎn)子在3000 r/min的工作轉(zhuǎn)速時，這些由不平衡矢量和產(chǎn)生的較大殘余不平衡慣性力和力矩將引起轉(zhuǎn)子兩端的支撐處發(fā)生威脅轉(zhuǎn)子安全運(yùn)行的振動。因此在設(shè)計優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的過程中，將轉(zhuǎn)子各級輪盤上不平衡質(zhì)量在3000 r/min的工作轉(zhuǎn)速下所引起的不平衡離心慣性力疊加到轉(zhuǎn)子中點處，并將其所產(chǎn)生的力矩作為目標(biāo)函數(shù)，通過優(yōu)化各級輪盤的安裝周向角的方法，減小整根轉(zhuǎn)子不平衡離心慣性力和力矩矢量和，進(jìn)而達(dá)到降低轉(zhuǎn)子振動的目的。

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Optimization Technology on Dynamic Balancing for 1000 MW Nuclear Low Pressure Rotor based on Genetic Algorithm

WangJunjue
(ShanghaiElectricPowerGenerationEquipmentCo.,Ltd.ShanghaiTurbinePlant,Shanghai200240,China)

In this paper, a set of rotor active balancing method for by prior adjustment wheel installation angle and reduce the whole rotor unbalance vector and without changing the existing processing equipment and the rotor with rebuilt positive cases, reduce the production system in the cumulative unbalance significantly reduced movable counterweight experiment time and weight distribution, and reducing the dynamic balance, the frequent starting and stop the unnecessary cost, the technology can be in power generation equipment of dynamic balance application.

genetic algorithm shrinking rotor 1000 MW nuclear power dynamic balancing

1006-8244(2017)01-032-11

王俊爵

TM303.5

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