(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210997108.7 (22)申请日 2022.08.19 (71)申请人 中国航发贵阳发动机设计 研究所 地址 550000 贵州省贵阳市观山湖区云潭 北路602号 (72)发明人 杨丰宇　徐雷　赵凯　常宏坤　 潘海　姚剑飞　 (74)专利代理 机构 贵州派腾知识产权代理有限 公司 521 14 专利代理师 张祥军 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种旋转机械多级转子系统多转速虚拟装 配平衡优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种旋转机械多级转子系统 多转速虚拟装配平衡优化方法， 基于启发式优化 算法的旋转机械转子系统多级多转速虚拟装配 平衡优化方法。 装配过程中前置转子系统多级轮 盘与多转速状态下的平衡需求， 通过仿真实现虚 拟装配并依据计算给出平衡优化方案， 最终实现 多级转子系统初始不平衡量分布优化和多转速 状态下不平衡振动最大值最小化， 并对转子系统 多转速状态下的不平衡振动响应精确预估， 解决 了在单转速下进行零部件或单元体的平衡效果 稳定性欠佳的问题。 权利要求书2页 说明书3页 CN 115422671 A 2022.12.02 CN 115422671 A 1.一种旋转机械多级转子系统多转速虚拟装配平衡优化方法， 其特征在于， 是基于启 发式优化 算法的旋转机 械转子系统多 级多转速虚拟装配平衡优化方法。 2.如权利要求1所述的旋转机械多级转子系统多转速虚拟装配平衡优化方法， 其特征 在于， 包括如下步骤： S1： 建立旋转机械转子系统的运动微分方程， 完成转子系统的定型设计并得到多转速 状态下转子系统的传递矩阵； S2： 利用有限元软件或动力学软件建立得到一个能够准确反映转子系统动力学特性的 力学模型； S3： 得到旋转机械多级转子系统多转速状态下的传递矩阵； S4： 优化转子系统各级轮 盘上不平衡量的周向安装角度进行调整； S5： 优化旋转机 械转子系统多转速状态下不平衡振动最大值 最小化； S6： 旋转机械多级转子系统多转速虚拟装配平衡优化方案在转子系统动力学模型中进 行虚拟装配， 从而对转子系统多转速状态下的不平衡振动响应进行精确预估。 3.如权利要求2所述的旋转机械多级转子系统多转速虚拟装配平衡优化方法， 其特征 在于， 所述S1步骤为： 建立旋转机 械转子系统的运动微分方程； 式(1)中[M]、 [G]、 [C]、 [K]分别为转子系统的质量矩阵、 陀螺矩阵、 阻尼矩阵及刚度矩 阵， {X}为 转子系统的广义 位移， {F}为 转子系统的不平衡力； 令不平衡力为 {F}＝uω2exp(jωt)                  (2) 式(2)中u为不平衡量， ω为转子转速； 当转子系统的某级轮盘受到不平衡力{F}的作用 时会导致系统的受迫振动； 令转子系统 受迫振动的稳态响应为 {X}＝rexp(iωt)                  (3) 式(3)中r为转子系统不平衡响应， 将式(2)与式(3)代入旋转机械转子系统的运动微分 方程可得 ([K]‑ω2[M]+i([G ]+[C])ω) ·r＝uω2         (4) 令 t＝ω2([K]‑ω2[M]+i([G ]+[C])ω) ‑1        (5) t称为旋转机 械转子系统的传递矩阵； 则 r＝ut                      (6) 通过式(5)可以看出， t与转子系统的转速ω、 刚度矩阵[K]、 质量矩阵[M]、 陀螺矩阵[G] 以及阻尼矩阵[C]有关， 当完成转子系统的定型设计时， 其[K]、 [M]、 [G]、 [C]随之确定， 此时 t为转子转速ω的函数， 因此可以得到转子系统不同转速ωi对应的传递矩阵ti； 将ti按照转 速进行组合得到多转速状态下转子系统的传递矩阵T。 4.如权利要求2所述的旋转机械多级转子系统多转速虚拟装配平衡优化方法， 其特征 在于， 所述S2步骤为： 按旋转机械转子系统设计图纸给定的名义尺寸及材料参数， 根据旋转机械转子系统实权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422671 A 2际工况进行模化， 利用有限元软件或动力学软件建立转子系统动力学模型， 考虑到模化误 差及结构非线性因素影响， 具体操作时可结合实际转子系统结构参数及振动响应的测量数 据对转子系统动力学模型进行修正， 最 终得到一个能够准确反映转子系统动力学特性的力 学模型。 5.如权利要求12所述的旋转机械多级转子系统多转速虚拟装配平衡优化方法， 其特征 在于， 所述S3步骤为： 通过转子系统动力学模型对转子系统的[K]、 [M]、 [G]、 [C]进行读取， 然后按照式(5)构 建包含不同转速状态下 的传递矩阵T， 再依据转子系统每一级轮盘上 的不平衡量分布位置 及实际转子系统振动传感器布置位置对传递矩阵T进行提取， 最终得到旋转机械多级转子 系统多转速状态下的传递矩阵Tr， 因此式(6)可以写为 R＝UTr              (7) 式(7)中R为旋转机械多级转子系统多转速状态下的不平衡振动响应， U 由旋转机械转 子系统每一级轮 盘上的不平衡量ui组成。 6.如权利要求2所述的旋转机械多级转子系统多转速虚拟装配平衡优化方法， 其特征 在于， 其特 征在于， 所述S4 步骤为： 对于具有多级轮盘结构的旋转机械转子系统， 其不平衡量由每一级轮盘上的不平衡量 叠加而来， 优化目标为在装配过程中对转子各级轮盘上不平衡量的周向安装角度进行调 整， 从而达 到平衡优化的目标， 即 结合转子系统各级轮 盘不平衡敏感度xi对(8)进行优化调整， 即 7.如权利要求2所述的旋转机械多级转子系统多转速虚拟装配平衡优化方法， 其特征 在于， 所述S5步骤为： 在完成转子系统各级轮盘上不平衡量的周向安装角度优化之后， 将优化结果代入式 (7)， 即可得到 当前转子系统各级轮盘安装方案在多个转速下的不平衡振动响应， 由于不同 转速下转子系统振型不平衡不同， 因此第二个优化目标为旋转机械转子系统多转速状态下 不平衡振动最大值 最小化， 即 min(max(Ri))＝min(max(UiTr))                    (10)。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422671 A 3