一种径轴流式透平膨胀机叶轮子午面型线设计及校核方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103870626103870626A(43)申请公布日2014.06.18(21)申请号201310658968.9(22)申请日2013.12.06(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁路28号(72)发明人侯予孙皖牛璐刘景武赵问银(74)专利代理机构西安智大知识产权代理事务所61215代理人何会侠(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权权利要求书3页利要求书3页说明书6页说明书6页附图4页附图4页(54)发明名称一种径轴流式透平膨胀机叶轮子午面型线设计及校核方法(57)摘要本发明公开了一种径轴流式透平膨胀机叶轮子午面型线设计及校核方法，包括以下主要步骤：读入叶轮子午面基本参数；选定子午面二维坐标系，并计算hub及shroud曲线进出口点坐标；根据已知参数，采用广义椭圆方程，给定初始方程指数值，求解hub及shroud曲线方程；求解曲线从进口到出口段弧长，将曲线弧长N等分，由曲线方程求得等分点的坐标，从而计算出等流线位置处的通流面积，以流线位置为横坐标，该流线位置处的通流面积为纵坐标作图；判断流道是否满足要求，若是，则输出子午面hub及shroud曲线的点坐标；若否，则调整曲线方程指数ph和qh或ps和qs重新计算；本发明所提出的方法设计过程更加简便、快速，校核流道光顺变化的依据更加直观可靠，并且有利于后续叶轮的加工制造。CN103870626ACN1038762ACN103870626A权利要求书1/3页1.一种径轴流式透平膨胀机叶轮子午面型线设计及校核方法，其特征在于：包括如下步骤：说明：下述“下标1”表示进口，“下标2”表示出口，“下标h”表示hub曲线，即轮盘基线，“下标s”表示shroud曲线，即轮盖基线或叶顶线；步骤1、读入叶轮子午面基本参数：进口直径D1、叶高L1、出口外径D′2以及出口内径D″2，轴向总宽度Bt，hub曲线进出口圆锥角β1h及β2h，shroud曲线进出口圆椎角β1s及β2s；步骤2、选定子午面二维坐标系，以叶轮轴线且逆气流方向为Z轴正向，垂直轴线且从叶根到叶顶方向为R轴正向，以叶轮子午面出口线段延长线与Z轴交点为原点，z1h、z1s、z2h和z2s分别为叶轮子午面hub及shroud曲线的进出口坐标，其表达式为：步骤3、根据已知参数，采用广义椭圆方程一般表达式：则r对z的一阶导数为：分别求解hub及shroud曲线方程：步骤3.1、求解hub曲线方程，给定方程初始指数p和q的值为ph及qh；令z1=z1h，r1=r1h及z2=z2h，r2=r2h分别代入方程(1)中；令β1=β1h，β2=β2h分别代入方程(2)中；由此看出，共有四个方程四个未知数，根据透平膨胀机实际情况讨论求解方程组：1）、当径向进气、轴向出气时，即β1=90°及β2=0°，则r1′→∞及r2′=0，求得：ah=-z2，bh=z1-z2，ch=-r1，dh=r2-r1（3）2）、当进口段有一定倾斜角、轴向出气时，则r1′为一有限值而r2′=0，求得：3）、当进口段有一定倾斜角、出口段也有一定倾斜角时，即r1′及r2′均为有限值，通过逆时针旋转坐标系β2，使得曲线出口段倾斜角为0，则该种情况变为2），然后进行曲线方程的方程求解，再通过坐标转换计算：2CN103870626A权利要求书2/3页zR=zcosβ2+rsinβ2（5）rR=-zsinβ2+rcosβ2可得原坐标系下曲线的坐标；步骤3.2、求解shroud曲线方程，给定初始方程指数p和q的值为ps及qs，令z1=z1s，r1=r1s，z2=z2s，r2=r2s以及β1=β1s，β2=β2s，其它同步骤3.1，得到shroud曲线方程如下：1）、当径向进气、轴向出气时，即β1=90°及β2=0°，则r1′→∞及r2′=0，求得：as=-z2，bs=z1-z2，cs=-r1，ds=r2-r1（6）2）、当进口段有一定倾斜角、轴向出气时，则r1′为一有限值而r2′=0，求得：3）、当进口段有一定倾斜角、出口段也有一定倾斜角时，即r1′及r2′均为有限值，通过逆时针旋转坐标系β2，使得曲线出口段倾斜角为0，则该种情况变为2），然后进行曲线方程的方程求解，再通过坐标转换计算：zR=zcosβ2+rsinβ2（8）rR=-zsinβ2+rcosβ2可得原坐标系下曲线的坐标；步骤4、求解等流线截面位置处的通流面积：步骤4.1、根据hub曲线及shroud曲线曲线方程，分别计算曲线从进口到出口段的弧长，方法为：将曲线Z坐标均分为N段，所述N尽可能取大以提高弧长计算的精确度，包括进出口点在内得到N+1个Z坐标zz1,zz2,...,zzK,..