整级环境下涡轮叶片型面加工几何偏差影响的不确定性分析

简介

加工等过程中产生的几何偏差会导致涡轮叶片气动性能及工作状态发生显著变化,对该影响的准确评估与合理分析具有重要意义。本文提出了一种考虑三维型面几何偏差对气动性能影响的不确定性计算分析方法,包括随机叶型几何建模、不确定性量化计算和敏感性分析等,并结合某一单级高压涡轮进行分析。基于随机过程理论和主成分分析法,参考现有叶片加工公差标准,并结合正态性假设,完成实际叶型几何的不确定性建模。选用基于多项式混沌展开的Kriging代理模型进行不确定性计算。结果表明,几何偏差对所研究涡轮的气动性能和工作状态存在较为显著的影响相较设计值,实际等熵效率的标准差为0.33%,下3%分位值减小0.65%;实际质量流量和膨胀比的相对标准差分别为1.24%和0.19%,下3%分位值分别相对减小2.37%和0.37%,上3%分位值分别相对增加2.38%和0.36%。采用Spearman秩相关性分析法进行敏感性分析。结果表明,对于所研究的单级涡轮,不同几何参数间存在较大的相关性;导叶几何偏差的影响明显大于动叶;导叶尾缘区域几何对气动性能影响较为显著,该区域的加工偏差应严格控制。