[發明專利]渦輪葉片設計方法

有效

• 申請號: 201310563810.3
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103541774A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 周代偉;關啟輝;楊建道;王恭義;吳曉明;楊銳;史立群;程凱
• 申請（專利權）人: 上海汽輪機廠有限公司
• 主分類號: F01D5/14
• 分類號: F01D5/14
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 葉琦玲

技術領域

本發明涉及一種渦輪葉片設計方法。

背景技術

汽輪機是將蒸汽的能量轉換成為機械功的旋轉式動力機械，又稱蒸汽透平，主要用作發電用的原動機，也可直接驅動各種泵、風機、壓縮機和船舶螺旋槳等，還可以利用汽輪機的排汽或中間抽汽滿足生產和生活上的供熱需要。

在汽輪機中，為了保證蒸汽熱能高效地轉換成機械能，必須對葉片級進行精細設計。葉片級由靜葉葉柵和動葉葉柵順序地配置組成。蒸汽在靜葉汽道中膨脹加速后進入旋轉的動葉，在動葉汽道中轉向并繼續膨脹，完成作功。級中蒸汽的流速必須與動葉的圓周速度保持一定的比例，即合適的速比，同時，葉片的幾何形狀必須符合汽流的流動方向和膨脹規律，才能保證葉片級具有高效率。

在汽輪機葉片設計中，通常的方法是預先建立標準葉型庫，應用時在已有的標準葉型庫中選用型線。葉型庫中的標準型線不是連續的，而是按寬度和進汽角進行分檔，每一檔有一個葉型。分檔固定葉型有兩個不足之處：一是葉型不能與汽動要求完全一致，不能避免沖角損失，因為實際葉片中每一級、每個截面的汽動參數都是不同的；二是不利于整體級數分配優化，因為葉片寬度不能連續變化。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種渦輪葉片設計方法，用于解決現有技術中葉片設計的葉型不能與汽動要求完全一致、不利于整體級數分配優化的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種渦輪葉片設計方法，包括以下步驟：

1）測量汽輪機中的蒸汽的流速和動葉的圓周速度，得到蒸汽的流速與動葉的圓周速度的速度比；

2）根據蒸汽的流速與動葉的圓周速度的速度比、蒸汽的流動方向和膨脹規律，得到符合要求的葉片的汽動參數，葉片的汽動參數包括進汽角、出汽角、安裝角、喉節比、重疊度、最佳相對柵距范圍；

3）沿葉片高度方向，將葉片分為N個橫截面，橫截面的葉型輪廓由背弧、內弧和出汽邊小圓組成，其中背弧、內弧符合Bezier曲線，出汽邊小圓與背弧、內弧相切；

4）將根部橫截面記為S01截面，中徑橫截面記為S02截面，頂部橫截面記為S03截面，其余橫截面為插值截面；

5）分別調整S01截面、S02截面、S03截面的背弧、內弧的Bezier曲線控制點P，得到S01截面、S02截面、S03截面的型值點和中弧線，使S01截面、S02截面、S03截面的進汽角、出汽角符合葉片的汽動參數要求；

6）分別調整S01截面、S02截面、S03截面，使S01截面、S02截面、S03截面同時滿足安裝角、喉節比、重疊度、最佳相對柵距范圍的要求；

7）S01截面、S02截面、S03截面調整完畢后，將該三個截面的重心在轉子的徑向輻射線上重合，得到該三個截面的全部型值點坐標（x，y，z）；

8）將S01截面、S02截面、S03截面的每一個相對應的型值點，分別投影在XZ平面和YZ平面上，用二次曲線公式、插值求得N個橫截面的葉型坐標；

9）由S01截面、S02截面、S03截面和插值截面形成完整葉型。

優選的，步驟3）中橫截面的數量N為9至19。

優選的，步驟5）中S01截面、S02截面、S03截面的背弧、內弧的Bezier曲線控制點P的數量為5～10個。

優選的，步驟6）中S01截面、S02截面、S03截面的調整方式包括以下四種：旋轉葉型，改變安裝角；修改葉型，調整進汽角；改變柵距；縮放葉型。

如上所述，本發明渦輪葉片設計方法，具有以下有益效果：

該渦輪葉片設計方法，葉型采用參數化造型方法，根據汽動參數自動生成的葉型，通過四種調整方式，使葉型的特征參數在設計范圍內可任意組合，達到各截面葉型的幾何參數（進汽角、出汽角、沿葉高的變化規律等）與汽動參數完全匹配，避免沖角損失，提高葉片級效率。

附圖說明

圖1至圖3顯示為本發明渦輪葉片設計方法步驟3）和步驟4）的示意圖。

圖4顯示為本發明渦輪葉片設計方法步驟5）的示意圖。

圖5顯示為本發明渦輪葉片設計方法的安裝角、喉節比、重疊度、最佳相對柵距范圍的示意圖。

圖6a至圖6c顯示為本發明渦輪葉片設計方法步驟6）的示意圖。

圖7顯示為本發明渦輪葉片設計方法步驟7）的示意圖。

圖8顯示為本發明渦輪葉片設計方法步驟8）的示意圖。

圖9顯示為本發明渦輪葉片設計方法步驟9）的示意圖。

元件標號說明

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