[發明專利]一種離心壓氣機葉輪分流葉片周向角設計方法及葉輪

有效

• 申請號: 202010050054.4
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111188793B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 唐新姿;王喆;王文斌;彭銳濤
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: F04D29/28
• 分類號: F04D29/28;F04D29/30;F04D29/66;G06F30/23;G06F30/17
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一種離心壓氣機葉輪分流葉片周向角設計方法及離心壓氣機葉輪。本發明首先采用正弦或余弦函數方法確定葉輪分流葉片周向角的初始值，然后通過流體、結構和聲學耦合分析，獲得離心壓氣機葉輪聲輻射圖譜、振動響應頻譜和聲場分布特性等性能參數，最后根據性能參數結果，優化葉輪分流葉片周向角的偏置幅值，確定葉輪分流葉片周向角最終值。本發明將計算流體力學分析、模態分析、邊界元法相結合進行耦合分析，綜合考慮葉輪氣動性能、振動響應性能和噪聲特性，保證葉輪工作性能，改善離心壓氣機葉輪出口流動均勻性，降低氣動噪聲聲壓級，改善離心壓氣機噪聲性能和結構振動響應特性，滿足高速葉輪平衡要求，起到減振降噪的作用。

技術領域

本發明具體涉及一種離心壓氣機葉輪分流葉片周向角設計方法及葉輪。

背景技術

離心壓氣機具有結構緊湊，單機增壓比高，穩定工作范圍寬等特點，廣泛應用于航空航天，船舶，汽車，電力等領域。隨著壓氣機向高轉速高壓比方向發展，振動噪聲問題日益嚴重?，F有葉輪機械噪聲控制方式主要包括有源控制、葉片尾跡控制、多孔材料控制和不等距葉片控制，其中前三種方法成本較高，不等距葉片控制方法成本較低，在風扇和泵中有相關應用，但對于離心壓氣機葉輪，目前尚缺乏具體不等距葉片設計方法，相關葉輪設計參數的確定方法及其對振動噪聲性能影響規律尚不明確。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種離心壓氣機葉輪分流葉片周向角設計方法及葉輪，在保證壓氣機工作性能的同時降低壓氣機振動噪聲。

本發明所采取的技術方案是：一種離心壓氣機葉輪分流葉片周向角設計方法，其特征在于，包含以下步驟：選取所述離心壓氣機葉輪的主葉片和分流葉片的數目；根據所述主葉片和分流葉片的數目，采用沿圓周方向均布形式，建立主葉片和分流葉片葉片均勻分布的原始葉輪流體模型和原始葉輪結構模型，確定所述主葉片和分流葉片的周向角的基本值；選取所述分流葉片周向角的偏置幅值的初始值，根據正弦函數方法或余弦函數方法，獲得所述分流葉片周向角的初始偏置值，確定偏置后的分流葉片周向角的初始值；根據所述偏置后的分流葉片周向角的初始值，建立分流葉片偏置后的葉輪流體模型和葉輪結構模型；采用計算流體力學方法，對所述原始葉輪流體模型以及偏置后的葉輪流體模型進行流場分析，獲得所述原始葉輪以及偏置后的葉輪的流場非定常激振力；采用有限元方法，對所述原始葉輪結構模型以及偏置后的葉輪結構模型進行模態分析，獲得所述原始葉輪以及偏置后的葉輪的結構模態；根據所述原始葉輪以及偏置后的葉輪的流場非定常激振力和結構模態，采用聲學軟件，獲得所述原始葉輪以及偏置后的葉輪的結構振動位移響應；根據所述原始葉輪以及偏置后的葉輪的結構振動位移響應，采用邊界元法，獲得原始葉輪以及偏置后的葉輪的聲輻射圖譜、振動響應頻譜和聲場分布特性等性能參數；判斷所述偏置后的葉輪性能參數是否優于所述原始葉輪性能參數，若否，則更新所述葉輪分流葉片周向角的偏置幅值，重復上述步驟；若是，則輸出所述分流葉片周向角的偏置幅值的優化值；將所述分流葉片周向角的基本值、所述分流葉片周向角的偏置幅值的優化值代入正弦函數或余弦函數公式中，獲得所述偏置后的分流葉片周向角的最終值。

進一步的，所述的離心壓氣機葉輪分流葉片周向角設計方法，其特征在于：所述正弦函數或余弦函數方法包含偏置幅值、周期數和初始相位角三個特征值；所述周期數為正弦函數在葉輪單轉內的周期數，且為偶數；所述偏置幅值最大不超過所述主葉片周向角的基本值的正負15％；所述初始相位角變化范圍為 -π至π。

本發明還提供了一種離心壓氣機葉輪，其特征在于：所述葉輪含有主葉片和偏置后的分流葉片，且所述主葉片和偏置后的分流葉片的數目均為偶數，所述主葉片沿葉輪圓周方向均勻分布，所述主葉片周向角為2π除以所述主葉片的數目，所述偏置后的分流葉片沿葉輪圓周方向非均勻分布，所述偏置后的分流葉片的周向角的大小在葉輪單轉周期之內呈正弦函數或余弦函數規律變化，所述偏置后的分流葉片相對于所述主葉片的周向位置為非對稱位置，所述偏置后的分流葉片之間的間距非均勻變化，所述偏置后的分流葉片的周向角的偏置幅值最大不超過所述主葉片的周向角的正負15％；所述正弦函數或余弦函數在葉輪單轉內的周期數為偶數，可選的，為2或者4；可選的，所述正弦函數或余弦函數初始相位角為0°。