[發(fā)明專利]一種貫流式錐形空間導(dǎo)葉三維密合設(shè)計方法和裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010592666.2
• 申請日: 2010-12-16
• 公開（公告）號: CN102054099A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樊紅剛;李鳳超;陳乃祥
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11319
• 代理人: 蘇培華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水力機械技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種貫流式錐形空間導(dǎo)葉三維密合設(shè)計方法和裝置。

背景技術(shù)

貫流式水輪機具有流動軸向貫通、過流能力大、比轉(zhuǎn)速高、運行性能良好、結(jié)構(gòu)緊湊等顯著特點，廣泛應(yīng)用于25m以下的低水頭大中型內(nèi)陸電站和潮汐電站中。

大型貫流式水輪機多采用斜向?qū)畽C構(gòu)，活動導(dǎo)葉分布在錐形面上，稱為錐形導(dǎo)葉。由于貫流式機組沒有蝸殼，固定導(dǎo)葉通常只起到支撐作用而不改變液流的環(huán)量，轉(zhuǎn)輪做功所需的環(huán)量全部由活動導(dǎo)葉提供，所以活動導(dǎo)葉的性能對機組運行狀況有直接影響。同時，機組停機時，為了截斷水流，活動導(dǎo)葉在關(guān)閉位置上要能夠互相密合。因此，錐形導(dǎo)葉需要同時滿足性能和結(jié)構(gòu)的要求。

目前，錐形導(dǎo)葉的設(shè)計方法可以分為兩類。一類是先通過等勢流等理論設(shè)計出具有較好水力性能的空間曲面葉型，再通過切削厚度、調(diào)整尾緣曲度等方式來滿足密合要求，但在改變?nèi)~片形狀時會對其流動性能產(chǎn)生不可預(yù)計的影響。另一類是推導(dǎo)葉型各個截面上密合線的計算公式，使其嚴(yán)格密合，但將各截面葉型拼合成導(dǎo)葉體時可能出現(xiàn)幾何形狀相互干涉或者不光順的情況，并且難以控制和保證導(dǎo)葉的流動性能。

因此，目前需要本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個技術(shù)問題就是：如何能夠創(chuàng)新地提出一種貫流式錐形空間導(dǎo)葉三維密合設(shè)計方法和裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，保證空間導(dǎo)葉具有良好水力性能的同時，葉型能夠滿足密合的要求，有效保證導(dǎo)葉能夠緊密關(guān)閉。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種貫流式錐形空間導(dǎo)葉三維密合設(shè)計方法和裝置，保證空間導(dǎo)葉具有良好水力性能的同時，葉型能夠滿足密合的要求，有效保證導(dǎo)葉能夠緊密關(guān)閉。

為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種貫流式錐形空間導(dǎo)葉三維密合設(shè)計方法，所述方法包括：

選定導(dǎo)葉葉型的二維軸面流道形狀；

在選定的二維軸面流道內(nèi)劃分網(wǎng)格，獲取有限個離散的計算節(jié)點二維坐標(biāo)(r，z)；其中，垂直于流向的網(wǎng)格是經(jīng)過導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)中心點O_g的直線；

獲取各計算節(jié)點上的葉片厚度(t_θ)值；

獲取各計算節(jié)點上的速度矩(v_θr)值；

依據(jù)所獲取的各計算節(jié)點的二維坐標(biāo)(r，z)、葉片厚度(t_θ)值、速度矩(v_θr)值，獲取葉片正面和背面上各計算節(jié)點的三維坐標(biāo)(r，θ，z)；

判斷導(dǎo)葉出口邊與導(dǎo)葉頭部區(qū)域內(nèi)選定為密合基線的網(wǎng)格線是否共面：

若是，則輸出各計算節(jié)點的三維坐標(biāo)(r，f，z)；

若否，則調(diào)整速度矩值，直到判定為共面；其中，判定結(jié)果在預(yù)設(shè)收斂精度范圍即為共面；

將密合基線和出口邊上各節(jié)點的角坐標(biāo)分別按其平均值調(diào)整為直線，并對其余網(wǎng)格節(jié)點進行線性調(diào)整，獲取最終的三維導(dǎo)葉形狀(r，f’，z)。

優(yōu)選的，所述選定導(dǎo)葉葉型的二維軸面流道形狀，包括以下子步驟：

確定導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)中心點O_g；

確定漿葉旋轉(zhuǎn)中心點O_r；

確定導(dǎo)葉高度b₀；

確定導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)軸的傾角α；

確定進口邊與出口邊的軸面夾角β。

優(yōu)選的，所述出口邊選定為經(jīng)過導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)中心O_g點的直線。

優(yōu)選的，采用單純性加速法調(diào)整速度矩值。

優(yōu)選的，所述選定為密合基線的網(wǎng)格線為兩條或三條。

本發(fā)明還提供一種貫流式錐形空間導(dǎo)葉三維密合設(shè)計裝置，所述裝置包括：

第一選定模塊，用于選定導(dǎo)葉葉型的二維軸面流道形狀；

第一獲取模塊，用于在選定的二維軸面流道內(nèi)劃分網(wǎng)格，獲取有限個離散的計算節(jié)點二維坐標(biāo)(r，z)；其中，垂直于流向的網(wǎng)格是經(jīng)過導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)中心點O_g的直線；

第二獲取模塊，用于獲取各計算節(jié)點上的葉片厚度(t_θ)值；

第三獲取模塊，用于獲取各計算節(jié)點上的速度矩(v_θr)值；

第四獲取模塊，用于依據(jù)所獲取的各計算節(jié)點的二維坐標(biāo)(r，z)、葉片厚度(t_θ)值、速度矩(v_θr)值，獲取葉片正面和背面上各計算節(jié)點的三維坐標(biāo)(r，θ，z)；

判定模塊，用于判斷導(dǎo)葉出口邊與導(dǎo)葉頭部區(qū)域內(nèi)選定為密合基線的網(wǎng)格線是否共面；其中，判定結(jié)果在預(yù)設(shè)收斂精度范圍即為共面；