[發明專利]一種徑-軸流式透平膨脹機葉輪葉片三維型線的設計方法

有效

• 申請號: 201610822298.3
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN106640210B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 侯予;孫皖;李子智;陳雙濤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學蘇州研究院
• 主分類號: F01D5/14
• 分類號: F01D5/14
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;丁浩秋

1.一種徑-軸流式透平膨脹機葉輪葉片三維型線的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

S01：建立子午面二維Z-R坐標系，Z軸為葉輪軸線且逆氣流方向，R軸為垂直葉輪軸線且從葉根到葉頂方向，根據透平膨脹機葉輪的基本幾何參數，給定初始方程指數，采用Lamé橢圓方程描述子午面hub曲線和shroud曲線并計算；

S02：選定子午面控制線，根據導流段彎曲型線計算方程及二維-三維坐標變換，計算三維葉片吸力面和壓力面上控制線的控制點坐標；

S03：計算等流線位置處通流面積，以流線位置為橫坐標，該流線位置處的通流面積為縱坐標作圖；

S04：根據通流面積隨流線位置的變化曲線判斷子午面流道是否光滑或設計是否符合實際要求；如果是，則得到子午面hub曲線和shroud曲線的控制點坐標以及三維葉片吸力面和壓力面上控制線的控制點坐標，如果否，則修改初始方程指數，重新計算；

所述步驟S02包括：

S21：在對應的子午面上選取包括hub曲線和shroud曲線的多條子午面控制線，得到葉片表面上所有子午面控制線上的點坐標；

S22：第J條子午面控制線上第K個控制點對應的坐標為(zMJ_K,rMJ_K)，該控制點對應著壓力面和吸力面上的兩個控制點，根據zMJ_K位于直線膨脹段或者彎曲導流段分為兩種情況：

1)當zMJ_K<B_d，B_d為導流段軸向長度，控制點位于直線膨脹段，該點在二維圓柱展開面y-z坐標系對應為直線上一點，其坐標為(zMJ_K,0)；根據葉片厚度為δ得對應的壓力面(PS)和吸力面(SS)在二維圓柱展開后控制點坐標分別為：

zPSJ_K＝zMJ_K,yPSJ_K＝-δ/2；

zSSJ_K＝zMJ_K,ySSJ_K＝δ/2；

2)當zMJ_K≥B_d，控制線則位于彎曲導流段，而中間面(MP)在二維圓柱展開面的坐標系下彎曲導流段上的點坐標采用下式計算：

zMPJ_K＝zMJ_K

式中，B_t為軸向總長度，b為控制導流段彎曲程度的系數；而p則為與幾何參數和熱力參數有關的系數，其計算表達式為：

其中，c₂為葉輪出口氣流絕對速度，n為轉速；

則根據葉片厚度為δ得對應的壓力面(PS)和吸力面(SS)在二維圓柱展開后控制點坐標分別為：

zPSJ_K＝zMJ_K,yPSJ_K＝yMPJ_K-δ/2

zSSJ_K＝zMJ_K,ySSJ_K＝yMPJ_K-δ/2

S23：建立葉輪的三維x-y-z坐標系，以葉輪的旋轉軸且順氣流方向為Z軸正向，以葉輪半徑r方向為x軸正向，以垂直于x軸和z軸且滿足右手定則的為y軸正向，以葉輪葉片中間面的進口點與z軸的垂直交點為原點，已知壓力面和吸力面上二維圓柱展開后控制點的坐標(zPSJ_K,yPSJ_K)和(zSSJ_K,ySSJ_K)，則通過二維-三維的坐標變化得到x-y-z坐標系下壓力面和吸力面上控制線上的點坐標分別為：

式中，角度θ_P和θ_S由下式求得：

最終得到葉輪壓力面和吸力面上的所有條控制線上的N2個控制點的三維坐標，N2表示hub曲線或shroud曲線按等弧長進行劃分后的段數。