[發明專利]一種葉輪機械非等厚葉片設計方法

有效

• 申請號: 202011275908.5
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112541234B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 周康;黃建華;趙斌
• 申請（專利權）人: 江蘇徐工工程機械研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 母秋松

本發明公開了一種葉輪機械非等厚葉片設計方法，采用貝塞爾曲線表達內環厚度分布，計算采用貝塞爾曲線表達的內環厚度分布控制點矩陣，外環厚度控制點矩陣可以在內環厚度控制點矩陣的基礎上通過與變化矩陣加減、乘除或其組合的形式得到。將內環厚度分布、外環厚度分布疊加葉片骨線得到葉片內環、葉片外環型線，將葉片內環、葉片外環型線投影至前盤、后盤位置獲得加厚葉片。本發明采用貝塞爾曲線設計葉片內環厚度分布，在內環厚度的基礎上設計外環厚度，保證葉片厚度分布的單調性、單峰性與調整的靈活性，同時，還可以保證設計葉片很好的工藝性。葉片幾何實現參數化表達，設計參數簡潔直觀，便于后續進行優化設計。

技術領域

本發明涉及一種葉輪機械非等厚葉片設計方法，屬于葉輪機械技術領域。

背景技術

葉輪機械在工程應用中使用廣泛，包括風機、液力變矩器、水泵、壓氣機等。葉輪機械一般由葉柵、前盤、后盤等組成，葉柵與前盤、后盤之間圍成的通道形成流體流動的流道，通過葉柵系統與流體的相互作用實現機械能與流體動能的相互轉化。

葉柵是葉輪機械的核心組成部分，其設計的好壞直接影響葉輪機械的性能表現。葉柵系統由繞旋轉軸周期陣列排布的多個葉片組成，葉片形狀根據其應用場合的不同差別很大，包括二維直板葉片、非等厚三維扭曲葉片等。為了保證葉柵系統良好的液力性能與加工工藝性，一般要求葉片形態應具有入口較厚、出口較薄，呈流線型分布的特點。葉輪機械葉片主要有鑄造型、沖壓型、機加工等形式，其中鑄造型、機加工葉片一般為非等厚三維扭曲葉片。

現有的葉輪機械葉片厚度設計方法，主要有傳統加厚方法與參數化加厚兩種方法，傳統的葉片加厚方法多依賴經驗設計，一般采用等傾角射影法，其設計過程復雜且坐標轉換過程存在失真，往往設計出來的葉片與理論結果偏差較大；參數化加厚方法是將厚度分布以數值的方式疊加到葉片骨線從而生成葉片內、外環面，采用的葉型主要有基于儒科夫斯基型線、NACA翼型、水滴狀翼型等。

現有技術中采用環線上的點陣建立葉片加厚方向后，選擇一種水滴狀翼型函數進行加厚，對于不同葉型適應性不強，且所選翼型函數一般為多項式，難以保證單峰性與單調性，不便于對葉型厚度進行大范圍調整與尋優；另外，采用多項式表達葉片骨線與厚度分布函數，由于多項式難以保證單峰性與單調性，采用該方法設計出來的葉片可能存在工藝性與液力性能不佳的問題。此外，現有技術中沒有考慮葉片內環、外環厚度的相對大小關系及最大厚度的相對位置關系，設計出來的葉片工藝性、液力性能無法保證。

發明內容

目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種葉輪機械非等厚葉片設計方法，通過給定葉片內環厚度分布，計算采用貝塞爾曲線設計的厚度分布控制點矩陣，外環厚度控制點矩陣可以在內環厚度控制點矩陣的基礎上通過與變化矩陣加減、乘除或其組合的形式得到，通過對貝塞爾曲線控制點的調整保證葉片厚度分布的單調性、單峰性，且同時保證葉片調整的靈活性。葉片幾何實現參數化表達，設計參數簡潔直觀，便于后續進行優化設計。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種葉輪機械非等厚葉片設計方法，具體包括以下步驟：

步驟1：設計葉輪機械的前盤、后盤與葉片骨線參數；

步驟2：在給定葉片內環厚度分布的基礎上，采用循環迭代法計算內環厚度采用貝塞爾曲線表達的控制點矩陣，獲得貝塞爾曲線表達的內環厚度分布，使貝塞爾曲線表達的內環厚度分布與給定內環厚度分布差值小于閾值；

步驟3：在內環厚度采用貝塞爾曲線表達的控制點矩陣基礎上增加變化矩陣，獲得外環厚度采用貝賽爾曲線表達的控制點矩陣，進而獲得貝塞爾曲線表達的外環厚度分布，進行內環、外環相應位置厚度大小判斷，輸出滿足要求的外環厚度分布；

步驟4：將內環厚度分布、外環厚度分布疊加骨線得到內環、外環型線，內環、外環型線分別投影至前盤、后盤獲得加厚葉片。