【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃气轮机，具体地说，涉及一种多模结合的透平叶片多场耦合疲劳寿命分析方法。
技术介绍
1、燃气轮机透平是燃气轮机重要部件之一，起到把高温、高压燃气的内能转化为机械功来带动压气机和对外输出功的作用。现代燃气轮机在发展过程中为了提高功率和热效率，透平进口温度已经远超出当前材料的温度极限，必须采用先进且复杂的冷却技术来保持透平叶片在高温下的正常运行和工作寿命。高压透平叶片是燃机热端部件中工作环境最恶劣的，除了承受高温、高压燃气带来的剧烈的温度载荷和气动载荷，还要承受转子高速旋转引起的离心载荷。此外叶片还要承受振动载荷，化学腐蚀等。出于气动和冷却方面的需求，透平叶片结构较为复杂，工作中出于极其复杂的应力状态，比如冷却孔和扰流肋柱等微小结构和榫头榫槽连接处、叶根等位置，容易发生应力集中。长期出于高温和高应力的工作状态会使部件发生疲劳损失，持久寿命降低。同时，燃气轮机在启停过程中，由于燃气温度和转动加速度变化，透平叶片的温度和应力在很大范围内循环也会产生疲劳损伤。透平叶片失效对燃气轮机会造成毁灭性打击。因此对透平叶片采用合适方法进行模拟分析对疲劳计算至关重要。目前常采用实验、共轭传热、多场耦合结合相关途径获取大量数据进行的分析方法得到疲劳寿命计算所需要的应力、应变等结果。
2、但是，目前技术需要基于大量实验测量、实际监测得到大量数据进行方法构建。由于燃气轮机装备的特殊性，有条件进行大量实验或者获得大量实时监测数据情况在少数，且大量的实验造成昂贵的费用。由于燃气轮机透平模块现实中往往在入口处及内部没有布置监测点，因此许
3、另外，现有模型分析多数没有考虑入口温度不均匀性，直接在流体仿真入口简单的给定一个均匀的入口温度，并不符合实际，实际入口温度呈现中间高两边低的现象。在仿真模拟中入口温度分布会严重影响叶片表面的温度分布，不同的温度分布还将导致不同的应力分布。目前的疲劳寿命分析方法不论是基于应力还是基于应变亦或是基于蠕变都依赖于应力分布、温度分布。目前采用仿真的技术方法忽略入口温度不均匀性，导致错误的仿真结果。
技术实现思路
1、本专利技术的内容是提供一种多模结合的透平叶片多场耦合疲劳寿命分析方法，其能够解决实际中燃气轮机透平叶片入口及内部不会布置测点的同时缺乏实验条件、实验经费且难以获得传感器测量值缺乏大量数据的问题。
2、根据本专利技术的一种多模结合的透平叶片多场耦合疲劳寿命分析方法，其包括以下步骤：
3、一、对燃气轮机进行几何建模，并获取压气机特性图、涡轮特性图，获取燃气轮机的历史运行数据；基于获取的传感器数据依据一维热力学模型需要，构建相应doe参数空间；
4、二、通过构建的doe参数空间与压气机特性图、涡轮特性图结合，基于热力学知识构建一维热力学模型，用以计算不进行监测的透平入口温度、压力；
5、三、基于建模得到的燃气轮机静、动叶片，依据每一级叶片个数，进行几何处理构建流体计算所需叶片内、外流道；结合一维热力学模型结果，以其结果作为流体计算边界条件，同时引入流道入口的温度不均匀性，进行流热固耦合，实现考虑入口温度不均匀性的多模型结合模型；
6、四、将流热固耦合仿真得到的流场结果、叶片表面温度场结果作为载荷导入叶片结构模型中，考虑动叶片旋转带来的离心载荷，进行热结构耦合，得到应力、应变；
7、五、利用仿真模拟得到的温度场、应力场、应变场结果，结合多种热疲劳寿命计算方法，求得多种评价指标的叶片热疲劳寿命场；实现考虑入口温度不均匀性的多模结合的透平叶片多场耦合疲劳寿命分析方法；
8、六、将一维热力学模型的流量、出口温度结果用作流热固耦合仿真模型验证。
9、作为优选，步骤一中，先确定燃气轮机型号，然后根据型号收集燃气轮机透平静、动叶片几何特性并进行几何建模。
10、作为优选，传感器数据包括iso条件下，空气进口温度t0，进气压强p0，压气机压比。
11、作为优选，doe参数空间包括转速n、空气进口温度t0、进气压强p0、压气机压比。
12、作为优选，一维热力学模型包括压气机模块、燃烧室模块、高压涡轮模块。
13、作为优选，热疲劳寿命计算方法包括热应力疲劳寿命计算方法、应变疲劳寿命计算方法、蠕变疲劳寿命计算方法。
14、本专利技术针对燃气轮机透平叶片提出一种多模结合的透平叶片多场耦合疲劳寿命分析方法。其中多模指代多模型，即一维热力学模型结合流热固耦合仿真模型结合。利用少量的传感器数据构建doe参数空间结合压气机、涡轮特性图构建一维热力学模型。考虑入口温度不均匀性进行流热固耦合，其温度、应力、应变结果结合历史记录数据以及多种疲劳寿命计算方法进行实时寿命预测的计算分析。热力学模型能够充分利用少量数据，不用过多的实验或者大量数据，可节约成本。由热力学模型可以提供监测数据不具有的透平入口数据，以构建边界条件，使得分析更准确。该方法可用于设计及运维，减少运维成本，增加分析模型可靠性。同多物理场耦合的方式能够考虑多种寿命计算方法进行疲劳寿命评估。
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1.一种多模结合的透平叶片多场耦合疲劳寿命分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多模结合的透平叶片多场耦合疲劳寿命分析方法，其特征在于：步骤一中，先确定燃气轮机型号，然后根据型号收集燃气轮机透平静、动叶片几何特性并进行几何建模。
3.根据权利要求2所述的一种多模结合的透平叶片多场耦合疲劳寿命分析方法，其特征在于：传感器数据包括ISO条件下，空气进口温度T0，进气压强P0，压气机压比。
4.根据权利要求3所述的一种多模结合的透平叶片多场耦合疲劳寿命分析方法，其特征在于：DOE参数空间包括转速n、空气进口温度T0、进气压强P0、压气机压比。
5.根据权利要求4所述的一种多模结合的透平叶片多场耦合疲劳寿命分析方法，其特征在于：一维热力学模型包括压气机模块、燃烧室模块、高压涡轮模块。
6.根据权利要求5所述的一种多模结合的透平叶片多场耦合疲劳寿命分析方法，其特征在于：热疲劳寿命计算方法包括热应力疲劳寿命计算方法、应变疲劳寿命计算方法、蠕变疲劳寿命计算方法。
【技术特征摘要】
1.一种多模结合的透平叶片多场耦合疲劳寿命分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多模结合的透平叶片多场耦合疲劳寿命分析方法，其特征在于：步骤一中，先确定燃气轮机型号，然后根据型号收集燃气轮机透平静、动叶片几何特性并进行几何建模。
3.根据权利要求2所述的一种多模结合的透平叶片多场耦合疲劳寿命分析方法，其特征在于：传感器数据包括iso条件下，空气进口温度t0，进气压强p0，压气机压比。
4.根据权利要求3所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫斌斌，章旋，张耿，李俊昆，王金建，郭怡凡，王志成，姜孝谟，
申请(专利权)人：中国联合重型燃气轮机技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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