一种透平叶片型线的设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种透平叶片型线的设计方法，包括如下步骤：根据新二次曲线表达式来选择适当的椭圆弧或者圆弧；选择了适宜的几何曲线后，采用经过强度及气动性能考验的好的叶型建立了确定控制参数的一些关系式，这样在这些关系式中就自然包含有强度和气动性能的因素，使之新成型的叶型不会偏离好的气动性能和强度性能；在气动性能及强度的计算中，引用一些可靠的经验公式。本发明的优点在于：新二次曲线表达式可以适当的选择椭圆弧，抛物线弧和双曲线弧来表达所需曲线段且表达式还具有弹性样条的特性，它反映了二次曲线仿射变换的特性，可以进行任意的拉伸、压缩和弯曲，因此便于修改曲线以适应气动性能和强度计算的要求。
【专利说明】一种透平叶片型线的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种型线的设计方法，尤其是一种透平叶片型线的设计方法。
【背景技术】
[0002] 透平压缩流体机械是各重要行业中最关键的旋转机械，其工作的高效性、可靠性 与安全性，一直是学术界与企业界关注的热点。机组的高效性与可靠性对企业的经济效益 起到十分重要的作用。这类流体机械的叶片型线设计中，叶轮的设计不仅要有高的单个设 计工况效率，并且还应该有能满足多个设计工况的设计以及高效率的变工况性能以及大的 踹振裕度的综合先进性。因此，在叶轮的设计中，应该通过对叶片数，动静部件间隙与周向 位置分布、动静叶的叶型、扩压器、回流器、蜗壳设计等控制达到最好效果，以控制防止在透 平流体机械中极为重要的失速、喘振的发生。
[0003] 在目前的情况下，建立良好的三元叶轮设计方法与窄叶轮的设计方法，是建立先 进、可靠的透平流体机械叶轮设计体系的一个重要环节。但如何是叶轮达到最优或次优，仍 是非常困难的工作。现有的设计方法，基本上属于流场分析加经验，最后由实验来验证，从 理论上较为欠缺。从透平流体机械叶轮设计流程上看，对于任何一个设计参数或用户要求， 一般可以做出许多可行的方案，然后由设计者挑选出一个最好方案，如用非线性规划来作， 即属于优化设计的问题，可以归结为优化命题的求解，从优化理论来讲，对于一个可以用代 数方程描述的系统，用数学规划理论解决，但是对于一个用微分方程描述的系统，例如用 N-S方程描述的叶轮机械内部流动，只能用最优控制理论来解决，但是这种方法的计算相当 繁琐，容易出错，因此必须开发出一种计算简单的方法来设计透平叶片的线形，经检索未发 现与本发明相同或相似的方法。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种计算简单的方法来设计透平叶片的线形。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种透平叶片型线的设计方法，其创 新点在于：包括如下步骤： a)根据新二次曲线表达式来选择椭圆弧或者圆弧； 在任意角三角形OCB内，设有一曲线与三角形OCB相切，即OC为始点的切线，BC为终 点切线，设这曲线方程由下述方式表示： (xcy_ycx) [ (xc-xb) (y_yb) - (yc_yb) (x-xb) ]+k (xby_ybx)2 = 0----(1)，其中 xcy_ycx = 0为OC线段的方程 (xc-xb) (y-yb)-(yc_yb) (x-xb) = 0 为 BC 线段的方程 xby_ybx = 0为OB线段方程 K为参数，其值由控制AD1(Xpy1)确定，即将D1(Xpy 1)的坐标值带入（1)中，可求得K 的值，但是K的值比较繁琐，我们设法让他变得简单一些，并且还能显示出二次曲线的某些 Dh 特征，现在规定在三角形OCB的中线CE1上选择控调点D1 (X1，yi)，并令/ 则二次曲 线可以由（1)式改写为：
【权利要求】
1. 一种透平叶片型线的设计方法，其特征在于：包括如下步骤： 根据新二次曲线表达式来选择椭圆弧或者圆弧； 在任意角三角形OCB内，设有一曲线与三角形OCB相切，即OC为始点的切线，BC为终 点切线，设这曲线方程由下述方式表示： (xcy-ycx) [ (xc-xb) (y-yb) - (yc-yb) (x-xb) ]+k (xby-ybx)2 = 0----(I) ,其中XcJ-YeX = 0为OC线段的方程 (xc-xb) (y-yb)-(yc-yb) (x-xb) = 0 为 BC 线段的方程 xby-ybx = 0为OB线段方程 K为参数，其值由控制AD1(Xpy1)确定，即将D1(Xpy 1)的坐标值带入（1)中，可求得K 的值，但是K的值比较繁琐，我们设法让他变得简单一些，并且还能显示出二次曲线的某些 特征，现在规定在三角形OCB的中线CE1上选择控调点D1(Xpy1)并〃
Ij二次曲 线可以由（1)式改写为：
f值由〇变化到…，当f = 〇曲线退化为直线，当f值趋向…，曲线突变为折线0CB，在f 值由小逐渐增大时，曲线的拱度越大,这样可以根据曲线对拱度的要求确定f的值,要改变 曲线拱度则修改f的值； 选择了几何曲线后，采用经过强度及气动性能考验的好的叶型建立了确定控制参数的 一些关系式，这样在这些关系式中就自然包含有强度和气动性能的因素，使之新成型的叶 型不会偏离好的气动性能和强度性能，这些公式如下： 01 = (1-Ksin β J tsin β i........................(3) 02 = [1_0· 8 (k_0. I) sin β 2] tsin β 2.................(4)
B1 = β !+ Θ j............................(8) P ! = 10.?17...............................(9)
以上经验公式必须同时满足2个以上， 其中十二个控制参数分别为R1为进气圆弧半径，R2为出气圆弧半径，B为叶型宽度，t 为叶栅节距，O1为进气喉部直径，O2为出气喉部直径，B1进气弧线切点角，β i为安装角，P i 为出气端背弧斜角，P2出气端内弧斜角，S1为进气喉部倾角，02为出气喉部倾角，有了这 些坐标值及S 1 θ2 P1 p2等值，就可以确定各段二次曲线的始点和终点，以及始点和终点 的斜角值，至于各段二次曲线的f值，经过对经典叶型的试算比较，我们认为选择f = 〇. 8 是比较适宜的，这样就完全可以建立起叶型几何曲线的方程，叶型的曲线方程建立以后，就 可以计算叶型损失系数及强度，有关强度计算，仍然沿用通常的计算公式，叶栅损失计算用 叶型损失系数ξ = 0.0027AG+O. 06)+0.02其中G= (O1-U2VLp5Lp为也叶栅流道内切圆 的圆心轨迹的弧长；c)成型好的叶型，先要通过强度振动性能和气动性能计算的考核，最 后还要经过强度振动性能和气动性能实验测试考核，最后定型完成叶型。
【文档编号】F04D29/26GK104376144SQ201410382842
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】陈弢, 朱永桂, 叶忠庆, 任吉龙 申请人:如皋透平叶片制造有限公司