一种用于燃机透平叶片温度场的分析方法与流程

1.本发明涉及透平叶片精铸的技术领域，具体而言，涉及一种用于燃机透平叶片温度场的分析方法。


背景技术：

2.铸造是一个复杂的凝固过程，其涉及热量传输、动量传输及物质传输，易引起诸如缩松/缩孔、热裂、变形、断芯等严重影响叶片合格率的缺陷。如何控制好流场、温度场、应力场是解决上述缺陷的唯一途径。其中，温度场作为凝固过程最基本的量场，其不仅会直接产生对应的缩松/缩孔缺陷，还会间接影响热应力的形成，对其他量场也有不小的影响。因此，计算温度场是各量场计算中的重要一环。
3.目前，针对温度场的计算一般采用数学解析法计算和数值模拟软件计算。数学解析法主要是解析微分方程，获取特定解的方法。而数值模拟则需划分网格、计算机仿真，该方法耗时较长。燃机叶片结构复杂、壁厚不均，若采用数值模拟软件计算的方法，计算过程过于复杂、耗时过长，工艺产出效率极低。若采用数学解析法，其计算量也相对较大，同时，结构的不均匀性也造成解析法计算的不合理性。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种用于燃机透平叶片温度场的分析方法，通过建立图谱以供实际铸件对标，以对标的方式快速估算出铸件温度场，简单而实用。对工艺的产出具有重要作用。
5.本发明提供的一种用于燃机透平叶片温度场的分析方法，包括以下步骤：
6.s1获取要铸造的透平叶片的制造参数数据；
7.s2在预存的图谱数据库中找出目标图谱，目标图谱的制造参数数据符合透平叶片的制造参数数据的容忍条件，其中，图谱数据库由采集的透平叶片精铸过程的数据建立；
8.s3根据目标图谱获取透平叶片的温度场分布的参考数据。
9.作为优选的技术方案，建立所述图谱数据库包括：
10.s201收集透平叶片在精铸过程中用于温度场计算的热物性参数；
11.s202确定透平叶片精铸过程中的工艺参数和铸件模数；
12.s203通过数值模拟软件procast或编程计算出不同热物性参数、不同铸件模数、不同工艺参数下的凝固区间的平均温度梯度；
13.s204绘制沿壁厚方向的温度梯度与铸件凝固距离的图谱。
14.作为优选的技术方案，所述热物性参数包括用于制作透平叶片的高温合金热物性参数、型壳或型芯的热物性参数。
15.作为优选的技术方案，所述高温合金热物性参数包括热导率、比热、密度、潜热。
16.作为优选的技术方案，所述型壳或型芯热物性参数热导率、比热、密度。
17.作为优选的技术方案，所述工艺参数包括浇注温度、型壳预热温度、边界换热系
数。
18.作为优选的技术方案，所述制造参数数据包括铸件模数、热物性参数、工艺参数。
19.作为优选的技术方案，所述容忍条件包括：
20.将目标图谱的各项制造参数数据与透平叶片的各项制造参数数据比较，至少有一项参数的数值差在预设误差范围内。
21.作为优选的技术方案，每一项制造参数数据的预设误差都不同。
22.作为优选的技术方案，在所述步骤s2之后还包括：对符合容忍条件的目标图谱进行加权选取，留下权重分数最高的目标图谱。
23.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：可以快速有效地估算出燃机透平叶片精铸过程温度场分布，提升叶片工艺产出效率。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
25.图1为本发明实施例一的分析方法的流程图；
26.图2为本发明实施例一的获取图谱数据库的流程图。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
28.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例一
30.发明人在燃机透平叶片研发过程中发现，铸造作为一个复杂的凝固过程，其涉及热量传输、动量传输及物质传输，易引起诸如缩松/缩孔、热裂、变形、断芯等严重影响叶片合格率的缺陷。要解决上述缺陷，需要控制好流场、温度场、应力场。其中，温度场作为凝固过程中最基本的量场，其不仅会直接产生对应的缩松/缩孔缺陷，还会间接影响热应力的形成，对其他量场也有不小的影响。因此，计算温度场是各量场计算中的重要一环。
31.发明人参详x射线底板原理以及其他测量工装原理，开发了一种用于燃机透平叶片温度场分析的方法，该方法通过建立图谱数据库以供实际铸件对标，通过对标的方式快速估算出铸件温度场，简单而实用。对工艺的产出具有重要作用。
32.具体如图1所示，本实施例提出一种用于燃机透平叶片温度场的分析方法，包括以下步骤：
33.步骤s1获取要铸造的透平叶片的制造参数数据；
34.需要解释的是，在实际铸造过程中，待铸造的透平叶片，其制造参数数据基本上是可以确定的了，常见的，制造参数数据包括铸件模数、热物性参数、工艺参数等，通过三维软件求解获取实际铸件不同区域的铸件模数。
35.步骤s2在预存的图谱数据库中找出目标图谱，目标图谱的制造参数数据符合透平叶片的制造参数数据的容忍条件，其中，图谱数据库由采集的透平叶片在精铸过程的数据建立；
36.需要解释的是，预存的图谱数据库是通过收集过往的制造数据建立的，这些数据是之前的透平叶片在铸造过程中产生的，通过这些数据建立所述图谱数据库，具体包括：
37.s201收集透平叶片在精铸过程中用于温度场计算的热物性参数；所述热物性参数包括用于制作透平叶片的高温合金热物性参数、型壳或型芯的热物性参数；所述高温合金热物性参数包括热导率、比热、密度、潜热，所述型壳或型芯热物性参数热导率、比热、密度。
38.s202确定透平叶片精铸过程中的工艺参数和铸件模数；所述工艺参数包括浇注温度、型壳预热温度、边界换热系数；将上述参数正交组合，可根据燃机透平叶片的典型结构来选取参数范围，如铸件模数可取0
‑
20mm、预热温度取1000
‑
1200℃、浇注温度可取1400
‑
1500℃、边界换热系数可取0
‑
80w/m2/k，所取数据应具有离散型。
39.s203通过数值模拟软件procast或编程计算出在不同热物性参数、不同铸件模数、不同工艺参数下的凝固区间的平均温度梯度；
40.s204绘制沿壁厚方向的温度梯度与铸件凝固距离的图谱，最终绘制的图谱有很多副，每一幅透平叶片的图谱，它对应的铸件模数、热物性参数、工艺参数可能有部分相同，但是不完全相同。
41.步骤s3根据目标图谱获取透平叶片的温度场分布的参考数据，所述参考数据包括温度梯度、凝固时间等；在实际应用中，是将透平叶片的铸件模数、热物性参数、工艺参数与目标图谱进行对标，从而快速估算出温度场分布。
42.为了使本领域技术人员更好的实施本方案，本实施例对容忍条件给出了具体的实施方式，所述容忍条件包括：
43.将目标图谱的各项制造参数数据与透平叶片的各项制造参数数据比较，至少有一项参数的数值差在预设误差范围内，在一些实施方式中，每一项制造参数数据的预设误差可能都不同。
44.需要解释的是，实际铸造的透平叶片，它的铸件模数、热物性参数、工艺参数是一定的，但是，在图谱数据库中是很难找到与实际铸造的透平叶片的各项参数都一致的目标图谱，我们只能找到尽可能接近的，因此，本实施例设计一种筛选方法，把图谱数据库中的图谱的各项制造参数数据与透平叶片的各项制造参数数据比较，每项参数都会有一个数值差，根据需要，定义一个预设误差，当有一项或多项参数的数值差在预设误差之内，那么这个图谱是具有参考意义的，处理器可以将这个图谱从数据库中调出，把它作为目标图谱。
45.综上所述，本实施例的技术方案可以快速有效地估算出燃机透平叶片精铸过程温度场分布，提升叶片工艺产出效率。
46.实施例二
47.考虑到满足容忍条件的图谱可能有多个，那么此时，需要选用一个图谱作为最接
近的、最有参考意义的图谱来作为我们的目标图谱。基于此，本实施例对实施例一的技术方案进一步改进，提出一种筛选方法如下：
48.在上述步骤s2之后还包括：对符合容忍条件的目标图谱进行加权选取，留下权重分数最高的目标图谱；
49.具体的说，选取方法包括：
50.从制造参数数据中选出若干个参数，并按重要程度进行排序，可以选3个或4个或5个，此处不做限定；
51.对选取的参数按照重要程度赋予比重值，例如，最重要的参数所占比重为30％，其次重要的占比重为25％等；
52.计算各目标图谱的分数a，若目标图谱符合容忍条件中的一个参数，则计一分，并乘以该项参数的比重值，将符合的各项参数的最终分数相加，即为a；
53.比较各目标图谱的分数a，留下分数最高的目标图谱作为最有价值的参考图谱。
54.综上所述，本实施例的技术方案通过寻找最近接最有参考价值的目标图谱，可以快速有效地估算出燃机透平叶片在精铸过程温度场分布，提升叶片工艺产出效率。
55.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。