一种重型燃气轮机的结构化设计方法、装置及存储介质与流程

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本技术涉及重型燃气轮机技术领域，尤其涉及一种重型燃气轮机的结构化设计方法、装置及存储介质。背景技术：2.在我国大力发展国产重型燃气轮机的背景下，需要确保设计出的重型燃气轮机可以达到使用要求，以避免重型燃气轮机出现设计不合理，性能不达标的情况。3.相关技术中，在重型燃气轮机的设计过程中，对部件的间隙控制评估不精准，从而使得设计出的重型燃气轮机出现故障，造成损失。技术实现要素：4.本技术提供一种重型燃气轮机的结构化设计方法、装置及存储介质，以提出一种发动机燃气涡轮的结构化设计方法。5.本技术第一方面实施例提出一种重型燃气轮机的结构化设计方法，包括：6.获取重型燃气轮机的需求参数；7.通过ipd数据分析得到所述重型燃气轮机的一维模型；8.利用所述一维模型对所述重型燃气轮机进行仿真计算获得所述重型燃气轮机的性能参数和部件设计参数；9.建立整机热分析模型；10.通过整机热分析模型进行间隙设计，优化评估所述重型燃气轮机的部件设计参数，经设计迭代后得到所述重型燃气轮机的整机设计参数；11.对所述重型燃气轮机的整机设计参数进行整机性能评估，得到所述重型燃气轮机的目标整机设计参数。12.本技术第二方面实施例提出一种重型燃气轮机的结构化设计装置，包括：13.获取模块，用于获取重型燃气轮机的需求参数；14.确定模块，用于通过ipd数据分析得到所述重型燃气轮机的一维模型；15.仿真模块，用于利用所述一维模型对所述重型燃气轮机进行仿真计算获得所述重型燃气轮机的性能参数和部件设计参数；16.建立模块，用于建立整机热分析模型；17.设计模块，用于通过整机热分析模型进行间隙设计，优化评估所述重型燃气轮机的部件设计参数，经设计迭代后得到所述重型燃气轮机的整机设计参数；18.评估模块，对所述重型燃气轮机的整机设计参数进行整机性能评估，得到所述重型燃气轮机的目标整机设计参数。19.本技术第三方面实施例提出的计算机存储介质，其中，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令；所述计算机可执行指令被处理器执行后，能够实现如上第一方面所述的方法。20.本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：21.本技术提出的重型燃气轮机的结构化设计方法、装置以及存储介质，获取重型燃气轮机的需求参数，通过ipd数据分析得到重型燃气轮机的一维模型，利用一维模型对重型燃气轮机进行仿真计算获得重型燃气轮机的性能参数和部件设计参数，建立整机热分析模型，通过整机热分析模型进行间隙设计，优化评估重型燃气轮机的部件设计参数，经设计迭代后得到重型燃气轮机的整机设计参数，对重型燃气轮机的整机设计参数进行整机性能评估，得到重型燃气轮机的目标整机设计参数。由此，通过本技术提出的重型燃气轮机的结构化设计方法在重型燃气轮机的设计过程中，通过对重型燃气轮机的整机设计参数进行整机性能评估，得到重型燃气轮机的目标整机设计参数，从而确保了设计出的重型燃气轮机的性能可以达到使用要求，减少设计迭代，提升设计效率。同时，本技术对重型燃气轮机的各部件进行结构化设计，从而可以灵活对各部件进行仿真与修改，为重型燃气轮机的整个设计过程提供了便利，进而使得重型燃气轮机的设计结果更加精确。22.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。附图说明23.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：24.图1为根据本技术一个实施例提供的重型燃气轮机的结构化设计方法的流程示意图；25.图2为根据本技术一个实施例提供的重型燃气轮机的结构化设计装置的结构示意图。具体实施方式26.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。27.下面参考附图描述本技术实施例的重型燃气轮机的结构化设计方法及装置。28.实施例一29.图1为根据本技术一个实施例提供的重型燃气轮机的结构化设计方法的流程示意图，如图1所示，可以包括：30.步骤101、获取重型燃气轮机的需求参数。31.本实施例中，获取到的重型燃气轮机的需求参数是对市场、竞争对手、以及现有的技术成熟度分析之后得到的。32.步骤102、通过ipd数据分析得到重型燃气轮机的一维模型。33.在本发明的实施例中，ipd会对获取到的需求参数进行数据合并归集，之后得到重型燃气轮机的一维模型。34.步骤103、利用一维模型对重型燃气轮机进行仿真计算获得重型燃气轮机的性能参数和部件设计参数。35.在本发明的实施例中，可以根据重型燃气轮机的一维模型，通过仿真工具对整机循环参数进行仿真计算得出重型燃气轮机的性能参数和部件设计参数。36.以及，在本发明的实施例中，根据重型燃气轮机的一维模型进行仿真的过程中，还可以通过材料数据库对部件主材料进行选择评估，以得出重型燃气轮机的部件设计参数对及其对应的材料选择。37.进一步地，在本发明的实施例中，部件设计参数可以包括通流、叶型设计参数、压气机设计参数、燃烧室设计参数、转子系统设计参数、二次空气系统设计参数。38.具体的，在本发明的实施例中，通流可以评估设计点工况下各级压比分布以及各级出口的总压径向分布，并对端壁附面层区域进行评估。通流可以包括评估设计点各级出口总温径向分布、对叶高马赫数分布，前级叶尖激波情况进行评估、各级动叶的进出口气流角径向分布、各级静叶的进出口气流角径向分布、获取动静叶出口参数和级间匹配装填，抑制流动分离。39.进一步地，在本发明的实施例中，叶型设计参数可以包括圆弧叶型、造型攻角以损失模型估算为最小损失攻角参考、表面马赫数、形状因子分部、叶型吸力面峰值马赫数。40.进一步地，在本发明的实施例中，压气机设计参数可以包括压比、绝热效率和喘振裕度。41.进一步地，在本发明的实施例中，燃烧室设计参数可以包括燃烧效率、nox排放、co排放、出口温度、总压损失系数，最大压力脉动/总压，寿命，华白数。以及，在本发明的实施例中，燃烧室设计参数还包括燃料压力、燃料温度、燃料流量、燃烧室入口空气总温、燃烧室入口空气总压的设计边界条件。42.进一步地，在本发明的实施例中，转子系统设计参数可以包括静力学模型(包括转子挠度及各设计截面弯曲应力)、横向振动特征、转子临界转速随支撑刚度变化曲线、额定转速下特征频率及不平衡响应的计算和评估、转子扭转振动特性、评估扭转固有频率、额定转速下的特征频率、转子轴向力分布，轮盘强度。43.进一步地，在本发明的实施例中，二次空气系统设计参数可以包括冷气量占压气机入口流量百分比、抽气流路位置及起始边界、不同叶片供气回路平均静压、高压抽气流路的冷气量和泄漏量、中压抽气流路的冷气量和泄漏量、低压抽气流路的冷气量和泄漏量、内部引气流路在不同部位的设计流量。44.步骤104、建立整机热分析模型。45.其中，在本发明的实施例中，建立整机热分析模型可以包括建立由轴对称和平面应力单元组成的二维有限元模型。46.以及，在本发明的实施例中，建立由轴对称和平面应力单元组成的二维有限元模型的方法可以包括以下步骤：47.步骤a、整个重型燃气轮机的静子和转子组合在一个通用模型中，瞬态分析轴对称抛物线四边形和三角形网格用于描述转子和静子轴对称区域一些无法用轴对称单元建模的区域(如轴向转子根部、压气机进气缸肋柱或排气缸支柱)。48.步骤b、使用平面应力四边形和三角形网格建模，根据2d变形结果和瞬态缩放评估厚度，主要考虑压气机和透平叶片的翼型变形。49.步骤c、采用重叠平面应力网格对相应旋转部件的轴向转子槽和根部进行建模。50.步骤d、通过应用运动学约束和间隙单元分析模型，简化旋转部件相对于轮盘的相对接触运动。51.步骤105、通过整机热分析模型进行间隙设计，优化评估重型燃气轮机的部件设计参数，经设计迭代后得到重型燃气轮机的整机设计参数。52.其中，在本发明的实施例中，通过整机热分析模型进行间隙设计，优化评估重型燃气轮机的部件设计参数的方法可以包括：53.对整个二维静子和转子的瞬态变形进行间隙设计；和/或54.对叶尖位移相对于叶根或叶片槽的增量进行间隙设计，以评估冷热态变化过程中叶尖碰磨的风险；和/或55.利用2d转静部件的瞬态分析，以评估转子和静子的瞬态变形对径向间隙的影响。56.进一步地，在本发明的实施例中，对整个二维静子和转子的瞬态变形进行间隙设计的方法可以包括以下步骤：57.步骤1、从二维有限元模型的瞬态分析中获取基本转子和静子轮廓线。58.步骤2、对标称参数变化进行热瞬态分析，生成热边界条件，热边界条件的特征如下：转子和静子二维轮廓被划分为区域，每个区域的开始和结束处都有热空气温度和传热系数值。59.步骤3、利用从热瞬态模拟中获得的每个时间步长的温度点对二维静子和转子的瞬态变形进行间隙设计。60.进一步地，在本发明的实施例中，对叶尖位移相对于叶根或叶片槽的增量进行间隙设计，以评估冷热态变化过程中叶尖碰磨的风险的方法可以包括以下步骤：61.步骤一、以叶根上侧的中心作为静叶参考点，以轮盘底部中心为动叶参考点，并以前缘和后缘作为间隙分析的评估点。62.步骤二、通过前缘、后缘和中心点对不同翼形叶片的叶尖间隙冷热态位移进行设计。63.其中，在本发明的实施例中，任意翼型位置在任何瞬态时间步长的位移都可以通过缩放其从三维模型计算中获得的稳态位移来定义。并且还可以根据三种不同类型的热负荷、离心负荷和热空气/空气负荷在瞬态条件下的变化规律来评估和缩放机翼位移，之后，分别由稳态条件下的气体、离心或热载荷引起的位移定义为径向和轴向翼型偏转的线性和，上述偏转进一步增强了2d瞬态分析相应位移，从而将2d建模的工作量进行简化，使得可以通过相对较小的计算量实现了不同翼形叶片的叶尖间隙冷热态位移评估。64.进一步地，在本发明的实施例中，利用2d转静部件的瞬态分析，以评估转子和静子的瞬态变形对径向间隙的影响的方法可以包括以下步骤：65.步骤1051、通过热态和前期的安全裕度和危险胀差分析建立整机的热态间隙。66.步骤1052、热态间隙通过考虑材料的热胀系数等形成转静部件在特定工况下的冷态间隙。67.步骤1053、通过冷态间隙要求和部件结构完整性要求，利用冷态间隙建立部件冷态公差值。68.步骤1054、利用部件冷态公差值完成转子和静子的瞬态变形对径向间隙的影响的评估。69.以及，在本发明的实施例中，通过在不同阶段分别开展2d间隙设计的组合，从而实现了对重型燃气轮机运行期间的轴径向间隙进行有效评估。70.进一步地，在本发明的实施例中，通过整机热分析模型优化评估重型燃气轮机的部件设计参数并进行间隙设计后，经过设计迭代的不断修正后得到重型燃气轮机的整机设计参数。71.此外，需要说明的是，在本发明的一个实施例之中，步骤105中得到的重型燃气轮机的整机设计参数可以包括叶片2d模型设计参数、流道2d模型设计参数、燃烧热声分析及排放分析结果、燃烧运行状态分析结果、部件2d热状态模型设计参数、二次空气系统和轴向力评估参数、整机结构完整性设计与评估参数、以及确定的部件材料及工艺方案。72.步骤106、对重型燃气轮机的整机设计参数进行整机性能评估，得到重型燃气轮机的目标整机设计参数。73.其中，在本发明的实施例中，对重型燃气轮机的整机设计参数进行整机性能评估，得到目标重型燃气轮机的整机设计参数的方法可以包括根据重型燃气轮机在不同负荷工况下的性能参数，得到重型燃气轮机的目标整机设计参数。74.以及，在本发明的实施例中，重型燃气轮机在不同负荷工况下的性能参数包括压力、温度、相对湿度、各种损失系数、进口空气流量、压比、等熵效率、燃烧效率、出口温度、燃料种类压力和温度、二次空气系统各种引气量参数。75.进一步地，在本发明的实施例中，在对重型燃气轮机的整机设计参数进行整机性能评估的过程中，还会更新非设计点的设计数据，并进行相应的性能评估。76.进一步地，在本发明的实施例中，在得到重型燃气轮机的目标整机设计参数之后，还会开展制造工艺过程设计和制造流程的设计、以及仪控系统软、硬件及系统设计、子系统及部分风险评估fmea、制造物料明细指定和定版总图。77.以及，在本发明的实施例中，在得到重型燃气轮机的目标整机设计参数之后，还会构建整机成本数据、制定评估手段、整机启动及运行包线仿真、定义重型燃气轮机的验证测试要求和测点设计要求、完善性能数据、基础设计数据、运行概念。78.本技术提出的重型燃气轮机的结构化设计方法，获取重型燃气轮机的需求参数，通过ipd数据分析得到重型燃气轮机的一维模型，利用一维模型对重型燃气轮机进行仿真计算获得重型燃气轮机的性能参数和部件设计参数，建立整机热分析模型，通过整机热分析模型进行间隙设计，优化评估重型燃气轮机的部件设计参数，经设计迭代后得到重型燃气轮机的整机设计参数，对重型燃气轮机的整机设计参数进行整机性能评估，得到重型燃气轮机的目标整机设计参数。由此，通过本技术提出的重型燃气轮机的结构化设计方法在重型燃气轮机的设计过程中，通过对重型燃气轮机的整机设计参数进行整机性能评估，得到重型燃气轮机的目标整机设计参数，从而确保了设计出的重型燃气轮机的性能可以达到使用要求，减少设计迭代，提升设计效率。同时，本技术对重型燃气轮机的各部件进行结构化设计，从而可以灵活对各部件进行仿真与修改，为重型燃气轮机的整个设计过程提供了便利，进而使得重型燃气轮机的设计结果更加精确。79.实施例二80.图2为根据本技术一个实施例提供的重型燃气轮机的结构化设计装置的结构示意图，如图2所示，所述装置可以包括：81.获取模块201，用于获取重型燃气轮机的需求参数；82.确定模块202，用于通过ipd数据分析得到重型燃气轮机的一维模型；83.仿真模块203，用于利用一维模型对重型燃气轮机进行仿真计算获得重型燃气轮机的性能参数和部件设计参数；84.建立模块204，用于建立整机热分析模型；85.设计模块205，用于通过整机热分析模型进行间隙设计，优化评估重型燃气轮机的部件设计参数，经设计迭代后得到重型燃气轮机的整机设计参数；86.评估模块206，对重型燃气轮机的整机设计参数进行整机性能评估，得到重型燃气轮机的目标整机设计参数。87.本技术提出的重型燃气轮机的结构化设计装置，获取重型燃气轮机的需求参数，通过ipd数据分析得到重型燃气轮机的一维模型，利用一维模型对重型燃气轮机进行仿真计算获得重型燃气轮机的性能参数和部件设计参数，建立整机热分析模型，通过整机热分析模型进行间隙设计，优化评估重型燃气轮机的部件设计参数，经设计迭代后得到重型燃气轮机的整机设计参数，对重型燃气轮机的整机设计参数进行整机性能评估，得到重型燃气轮机的目标整机设计参数。由此，通过本技术提出的重型燃气轮机的结构化设计方法在重型燃气轮机的设计过程中，通过对重型燃气轮机的整机设计参数进行整机性能评估，得到重型燃气轮机的目标整机设计参数，从而确保了设计出的重型燃气轮机的性能可以达到使用要求，减少设计迭代，提升设计效率。同时，本技术对重型燃气轮机的各部件进行结构化设计，从而可以灵活对各部件进行仿真与修改，为重型燃气轮机的整个设计过程提供了便利，进而使得重型燃气轮机的设计结果更加精确。88.为了实现上述实施例，本公开还提出一种计算机存储介质。89.本公开实施例提供的计算机存储介质，存储有可执行程序；所述可执行程序被处理器执行后，能够实现如图1所示的方法。90.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。91.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。92.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。









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