一种转子轴向力快速数值计算方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115618680A(43)申请公布日2023.01.17(21)申请号202211365989.7G06F113/08(2020.01)(22)申请日2022.11.03G06F119/14(2020.01)(71)申请人成都中科翼能科技有限公司地址610000四川省成都市天府新区兴隆街道湖畔路北段715号6号楼(72)发明人张中健王鸣杨惠赵月彬方圆王向辉(74)专利代理机构成都顶峰专利事务所(普通合伙)51224专利代理师王袁辉(51)Int.Cl.G06F30/23(2020.01)G06F30/17(2020.01)G06F30/28(2020.01)G06F111/10(2020.01)权利要求书5页说明书10页附图4页(54)发明名称一种转子轴向力快速数值计算方法(57)摘要本发明属于航空发动机或燃气轮机进行台架试验时轴向力的实时计算或试验后数据分析技术领域，具体涉及一种转子轴向力快速数值计算方法；将转子轴向力划分为流道轴向力和容腔轴向力；计算各级压气机叶片受到的轴向力和各级涡轮叶片受到的轴向力；结合有限元方法的思维，将流道、容腔由一个整体分解为多个小单元，根据小单元的局部流体特性计算小单元轴向力，依据流道特性控制小单元尺寸大小，获得较为精确的计算结果，可以达到在保证计算精度的同时大幅缩短计算时间。在航空发动机或燃气轮机开展台架试验时，本方法可直接根据试验数据实时计算轴向力，做到轴向力的快速分析，保证试验过程中轴承工作的安全。CN115618680ACN115618680A权利要求书1/5页1.一种转子轴向力快速数值计算方法，其特征在于：将转子轴向力Faxial划分为流道轴向力Fb和容腔轴向力Fcav；Faxial=Fb+Fcav；计算各级压气机叶片受到的轴向力Fc,e和各级涡轮叶片受到的轴向力Ft,f，e为当前计算的压气机转子叶片的级数，c为压气机的总级数,1≤e≤c，t为涡轮级数，f级当前计算的涡轮叶片的级数，1≤f≤t；计算各级压气机叶片受到的轴向力Fc,e：Fc,e=（F5‑F7）+F6；F5为压气机叶身气流进口方向受到的轴向力；F6为压气机叶尖受到的轴向力；F7为压气机叶身气流出口方向受到的轴向力；沿流道切面的径向方向将叶身划分为n‑1个环形通道，每个环形通道处进口方向受到的轴向力之和等于F5，每个环形通道处气流出口受到的轴向力之和等于F7；计算各级涡轮叶片受到的轴向力Ft,f：Ft,f=（F5´‑F7´）+Fa；F5´为涡轮叶片气流进口方向受到的轴向力；F7´为涡轮叶片气流出口方向受到的轴向力；Fa为涡轮叶片缘板的轴向力；沿流道切面的径向方向将叶身划分为m‑1个环形通道，每个环形通道处进口方向受到的轴向力之和等于F5´，每个环形通道处气流出口受到的轴向力之和等于F7´；将涡轮转子和压气机转子上的节流元件分割开的每个相对独立空间作为一个容腔，容腔编号为1v，计算第k腔产生的轴向力F；容腔轴向力F为：~cav，kcav。2.根据权利要求1所述的转子轴向力快速数值计算方法，其特征在于：各级压气机叶身气流进口方向受到的轴向力F5在计算时，均采用以下公式：式中：n为压气机叶片叶身沿径向划分的边界数量；R1,i+1为压气机叶片气流进口第i+1个划分边界处的流道半径；R1,i为压气机叶片气流进口第i个划分边界的流道半径；P1,i+1为压气机叶片气流进口第i+1个划分边界处的静压；P1,i为压气机叶片气流进口第i个划分边界处的静压；m1,i+1为压气机叶片气流进口第i个划分边界到第i+1个划分边界形成的环形通道内的流道气流质量流量；v1,i+1为压气机叶片气流进口第i个划分边界到第i+1个划分边界形成的环形通道内的流道气流轴向平均速度。3.根据权利要求1所述的转子轴向力快速数值计算方法，其特征在于：压气机叶尖受到的轴向力F6在计算时，采用以下公式：2CN115618680A权利要求书2/5页式中：π为圆周率常数；n为压气机叶片叶身沿径向划分的边界数量；R1,n为压气机叶片气流进口第n个划分边界处的流道半径；R2,n为压气机叶片气流出口第n个划分边界的流道半径；P1,n为压气机叶片气流进口第n个划分边界处的静压；P2,n为压气机叶片气流出口第n个划分边界处的静压。4.根据权利要求1所述的转子轴向力快速数值计算方法，其特征在于：压气机叶身气流出口方向受到的轴向力F7在计算时，采用以下公式：式中：n为压气机叶片叶身沿径向划分的边界数量;R2,i+1为压气机叶片气流出口第i+1个划分边界处的流道半径;R2,i为压气机叶片气流出口第i个划分边界的流道半径;P2,i+1为压气机叶片气流出口第i+1个划分边界处的静压;P2,i为压气机叶片气流出口第i个划分边界处的静压;