[發明專利]具有可鑄造性的透平機械葉輪的三維設計方法

有效

• 申請號: 201710363691.5
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107092763B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 宋進平;王少平
• 申請（專利權）人: 寧波聚清源環保科技有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;F03B3/12
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 景豐強;林輝

本發明公開了一種具有可鑄造性的透平機械葉輪的三維設計方法，包括如下步驟：1)根據設計需求，確定葉輪的輪盤的子午面型線和輪蓋的子午面型線；2)在步驟1)得到的子午面上，構造第一子午流線、第二子午流線和第三子午流線，用來控制葉輪的葉片的空間扭曲形狀，所述第一子午流線為輪蓋流線、與輪蓋的子午面型線重合，所述第三子午流線為輪盤流線、與輪盤的子午面型線重合；所述第二子午流線為中間流線、設置在第一子午流線和第三子午流線之間；3)設計葉輪的葉片的型線，所述第三子午流線上的葉片安裝角和葉片厚度的分布則是根據所形成的三維空間扭曲葉片的可鑄造性來確定；4)形成具有可鑄造性的透平機械三維葉輪。

技術領域

本發明涉及透平機械領域，尤其涉及一種具有可鑄造性的透平機械葉輪的三維設計方法。

背景技術

透平機械是一類通過旋轉葉輪和流過旋轉葉輪的流體介質實現能量轉換的動力設備，如各種離心式或斜流式泵、通風機、鼓風機、壓縮機、蒸汽透平、燃氣透平等都屬于通常所稱的透平機械。透平機械又是一類高能耗的通用機械設備，據統計，在所有工業設備的能耗中，泵類和風機類設備所產生的能耗就占了總能耗的百分之二十到百分之二十五。比如一個典型的污水處理廠，泵與風機所產生的能耗高達總能耗的百分之七十五。隨著國民經濟的快速發展，我國的環境承載能力已達到極限，而作為耗能大戶的透平機械，其節能降耗與節能減排是繞不過的環保主題。

目前節能增效的主要方法是采用變頻技術和透平機械葉輪的三維設計。葉輪是透平機械實現能量轉換及輸出功的重要部件，其性能直接決定整機的性能。葉輪的葉片型線主要由子午面型線及導流段三維扭曲葉片計算方法決定的。常規的設計方法，如申請號為201010107689.X的中國專利公開的一種離心泵葉輪設計的改進方法，又如申請號為201611213880.6的中國專利公開的一種混流泵葉輪的設計方法。

上述的設計方法，對葉輪具有一定的優化效果，起到一定的節能減耗的作用。然而，由于葉輪的三維設計將產生高度扭曲的三維空間葉片，具有三維空間扭曲葉片的葉輪的加工將大大增加制造的難度與加工成本。比如說，水泵葉輪的設計對水泵的水力性能，如流量、揚程、效率及進口汽蝕余量起著決定性的作用，而葉輪內部的流場又十分復雜，葉輪中葉片型線的設計要盡量與葉輪內流體的流動趨勢一致，這樣才能得到高性能的葉輪。但是，為了控制水泵葉輪的成本與造價，目前絕大部分水泵的葉輪都是鑄造的。所以在設計葉輪葉片時，葉片的三維空間扭曲就必須考慮到它的可鑄造性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的問題，提供一種具有可鑄造性的透平機械葉輪的三維設計方法，使得葉輪葉片的設計盡可能具有高效性，同時兼顧了透平機械三維葉輪的水力性能與制造成本。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種具有可鑄造性的透平機械葉輪的三維設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)根據設計需求，確定葉輪的輪盤的子午面型線和輪蓋的子午面型線，所述輪盤的子午面型線和輪蓋的子午面型線構成了葉輪的子午面；

2)在步驟1)得到的子午面上，構造第一子午流線、第二子午流線和第三子午流線，用來控制葉輪的葉片的空間扭曲形狀，所述第一子午流線為輪蓋流線、與輪蓋的子午面型線重合，所述第三子午流線為輪盤流線、與輪盤的子午面型線重合；所述第二子午流線為中間流線、設置在第一子午流線和第三子午流線之間；

3)設計葉輪的葉片的型線，確定所述第一子午流線和第二子午流線上的葉片安裝角及葉片厚度的分布，所述第三子午流線上的葉片安裝角和葉片厚度的分布則是根據所形成的三維空間扭曲葉片的可鑄造性來確定：

3.1)首先給定一個初始的第三子午流線上的葉片安裝角和葉片厚度分布；

3.2)將三條子午流線所形成的葉片形狀畫出；

3.3)判斷步驟3.2)得到的葉片形狀的可鑄造性，如能鑄造，直接到步驟3.5)，如不能鑄造，則到步驟3.4)；