[发明专利]叶轮机械叶片回转截面型线计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及叶轮机械叶片，特别涉及一种叶轮机械叶片回转截面型线的计算方法。

背景技术

S₁和S₂流面理论是叶轮机械设计的重要手段，广泛应用于燃气轮机、轴流和离心压气机、汽轮机、向心透平、鼓风机、风机、水轮机等的设计领域。在进行计算时常根据叶轮机械子午面流道形状来估定S₁流面形状，S₁流面原则上讲并不是一个规则的回转面，但是在叶片高度相对于回转半径很小的情况下，可以足够精确的用回转面代替S₁流面，因此根据叶轮机械子午面流道形状即可确定回转面形状。通常叶轮机械叶片型线都是以加工用的截面点坐标的形式给出的，这些截面通常是等高截面或者回转截面，但是在实际计算时很难保证所要计算的截面上的坐标点刚好就是型线所给出的截面坐标点，在这种情况下就需要根据已知的点坐标进行插值来求得所需叶片回转截面型线。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种计算叶片回转截面型线的方法，该方法能够根据已知叶片型线的各截面的离散点坐标求得回转面型线的离散坐标点，进而确定回转面型线。

为解决上述技术问题本发明采用如下技术方案：

一种叶轮机械叶片回转截面型线计算方法，其特征在于，其包括如下步骤：

(1)读入叶片型线的数据，选定型线三维坐标系，记叶轮机械轴线且顺气流方向为X轴正向，叶片从叶根到叶尖方向为Z轴正向；

(2)按照从叶根到叶顶的顺序，将叶片型线各截面上的对应点取出来，组成单独的空间曲线l；

(3)将空间曲线l投影到XZ和YZ平面上，记投影后的曲线分别为l_XZ和l_YZ，并将曲线l_XZ和l_YZ用三次样条曲线进行拟合；

(4)根据子午面流道形状给定回转面的控制方程，记将回转面与子午面交线表示为R与X的一次函数关系式，记为R＝f_(X)，其中X、Y、Z表示回转面上的点坐标，R表示回转面半径；

(5)给定一初始半径R_initial，求轴线为X轴、半径为R_initial的圆柱回转面与空间曲线l的交点A的坐标；

(6)将求得的A点在X轴的坐标A_X代入方程R＝f_(X)中求得与A_X对应的回转面上的半径R_A的值；

(7)计算|R_A-R_initial|，如果|R_A-R_initial|小于给定的误差error，则步骤(5)求得的交点A就是回转面与子午面交线R＝f_(X)和该空间曲线l的交点，否则，将步骤(6)求得R_A值赋值给R_initial，并重复步骤(5)至(7)直到|R_A-R_initial|小于给定的误差error；

(8)判断是否所有空间曲线都计算过，如果都计算过则进入步骤(9)，否则重复步骤(2)到(8)；

(9)将所求得的所有交点连接构成回转截面型线。

优选的，在步骤(5)中求半径为R_initial的圆柱回转面与空间曲线l的交点A的坐标通过两步进行：第一步，在YZ平面上用对分法计算曲线l_YZ和圆心在坐标原点半径为R_initial的圆的交点Y坐标值A_Y和Z坐标值A_Z；第二步，根据求得的交点坐标值A_Z在XZ平面上根据l_XZ曲线插值求得对应的X轴坐标值A_X。

上述技术方案具有如下有益效果：本发明根据叶片截面高度沿叶根到叶尖方向呈单调增加的特点，将各截面对应点连成空间曲线并投影到XZ和YZ平面上，然后在两个投影面上不断交叉迭代计算，进而求出空间曲线与回转面的交点，根据求出的交点确定回转截面型线。本计算方法具有简便、快速、计算精度高等优点。

附图说明

图1为本发明实施例的计算流程示意图；

图2为已知的叶片型线的数据示意图；

图3为取出每个截面对应点组成的空间曲线示意图；