[發明專利]一種斜流/離心葉輪通用的子午流道設計方法

有效

• 申請號: 202010851179.7
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN112182792B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 唐永洪;席光
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;F04D29/66;F04D29/22;F04D29/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

一種斜流/離心葉輪通用的子午流道設計方法，先確定葉輪輪蓋型線，輪蓋型線包括直線段和圓弧段，圓弧段的圓心在由均方根葉高截面的圓心和葉輪出口均方根半徑處端點相連的直線上，輪蓋側中間端點的橫坐標與圓弧段的圓心的橫坐標相同；輪蓋側中間端點的縱坐標與葉輪進口輪蓋側端點的縱坐標相同；直線段由葉輪進口輪蓋側端點和輪蓋側中間端點連線確定；確定輪盤型線；將輪蓋型線和輪盤型線沿旋轉軸轉動360°，得到輪蓋面和輪盤面。本發明采用的子午流道型線構造元素為簡單的直線、圓弧，因而可加工性好。葉輪輪蓋型線的前端為半徑相同的直線，確保了在進口至喉部的流道區間內不會產生較大的葉尖馬赫數變化，從而降低大流量系數下的激波損失。

技術領域

本發明涉及葉輪機械設計領域，具體涉及一種斜流/離心葉輪通用的子午流道設計方法。

背景技術

斜流/離心葉輪是在石油化工、空氣分離、航空航天等領域廣泛應用的、用以實現功能轉換的核心部件。大型化、緊湊高性能、高壓比是壓縮機發展的重要趨勢，而大流量系數斜流/離心葉輪是實現這些目標的一種高效葉輪類型。例如，“斜流+離心”組合壓縮機構型具備在特大型空分裝置中替代“多級軸流”壓縮機構型的潛力，“斜流+離心”組合構型能有效提升機組緊湊性、降低制造和維護成本(參見中國發明專利“帶級間冷卻的兩級大流量斜流-離心組合壓縮機”，專利號：ZL201510661761.6，授權日：2017-10-20)。但截止目前斜流壓縮機尚無完善的設計體系，大多數斜流葉輪設計仍借助于離心式壓縮機的設計方法。子午流道設計作為壓縮機設計過程中的一個重要環節，設計結果對氣動性能和可加工性均有顯著的影響。由于子午流道設計尚無明確的設計準則，傳統的離心葉輪子午流道設計多基于過水面積法并采用圓弧、直線等簡單元素組合，這種設計方法簡單且利于加工。也有采用控制曲率分布的離心葉輪流道設計方法(參見中國發明專利“一種控制曲率分布的離心葉輪流道設計方法”，專利號：ZL201210546397.5，授權日：2015-06-10)，這種方法設計的型線連續性較好，但加工復雜性比圓弧、直線等更高。斜流葉輪相比于離心葉輪，多了一個顯著的設計變量——子午出口傾角Ф₂，這帶來的直接影響是葉輪子午流道具有更大的可變性。例如，流量系數較小、壓比較高的斜流/離心葉輪，通常需要較長、流道型線曲率變化均勻的流道；而流量系數較大的葉輪除了要求具有更大的通流能力，還需要通過子午流道合理設計最大程度上控制進口葉尖激波的強度以及出口輪蓋側的分離強度，因而需要在葉輪前半段確保輪蓋型線半徑變化不至于過快、在葉輪后半段確保輪蓋型線曲率均勻。如果是需要徑向排氣的斜流葉輪，還需要配合設計合適的斜向轉徑向流道。由于設計要求的增多，導致斜流葉輪的子午流道設計更為復雜。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種加工性較好、曲率連續性較好的斜流/離心葉輪通用子午流道設計方法。

為達到上述目的，本發明的方法包括以下步驟：

一種斜流/離心葉輪通用的子午流道設計方法，包括以下步驟：

(1)確定子午流道的輪蓋型線：

葉輪輪蓋型線包括直線段和圓弧段，其中圓弧段由輪蓋側中間端點、葉輪出口輪蓋側端點以及出口子午傾角Ф₂確定，圓弧段的圓心O_S在由均方根葉高截面的圓心O_M和葉輪出口均方根半徑處端點相連的直線上，輪蓋側中間端點的橫坐標與圓弧段的圓心O_S的橫坐標相同；輪蓋側中間端點的縱坐標與葉輪進口輪蓋側端點的縱坐標相同，均等于葉輪進口輪蓋側端點的半徑R_1t；直線段由葉輪進口輪蓋側端點和輪蓋側中間端點連線確定；

(2)確定子午流道的輪盤型線：

葉輪輪盤型線為圓弧段，由葉輪進口輪盤側端點、葉輪出口輪盤側端點和第二端點確定葉輪輪盤的圓心O_H和圓弧半徑R_H，其中葉輪進口輪盤側端點的縱坐標為葉輪進口輪盤側端點的半徑R_1h，葉輪進口輪盤側端點的橫坐標與葉輪進口輪蓋側端點的橫坐標相同；