[发明专利]一种贯流式锥形空间导叶三维密合设计方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及水力机械技术领域，特别是涉及一种贯流式锥形空间导叶三维密合设计方法和装置。

背景技术

贯流式水轮机具有流动轴向贯通、过流能力大、比转速高、运行性能良好、结构紧凑等显著特点，广泛应用于25m以下的低水头大中型内陆电站和潮汐电站中。

大型贯流式水轮机多采用斜向导水机构，活动导叶分布在锥形面上，称为锥形导叶。由于贯流式机组没有蜗壳，固定导叶通常只起到支撑作用而不改变液流的环量，转轮做功所需的环量全部由活动导叶提供，所以活动导叶的性能对机组运行状况有直接影响。同时，机组停机时，为了截断水流，活动导叶在关闭位置上要能够互相密合。因此，锥形导叶需要同时满足性能和结构的要求。

目前，锥形导叶的设计方法可以分为两类。一类是先通过等势流等理论设计出具有较好水力性能的空间曲面叶型，再通过切削厚度、调整尾缘曲度等方式来满足密合要求，但在改变叶片形状时会对其流动性能产生不可预计的影响。另一类是推导叶型各个截面上密合线的计算公式，使其严格密合，但将各截面叶型拼合成导叶体时可能出现几何形状相互干涉或者不光顺的情况，并且难以控制和保证导叶的流动性能。

因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够创新地提出一种贯流式锥形空间导叶三维密合设计方法和装置，以解决现有技术中存在的问题，保证空间导叶具有良好水力性能的同时，叶型能够满足密合的要求，有效保证导叶能够紧密关闭。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种贯流式锥形空间导叶三维密合设计方法和装置，保证空间导叶具有良好水力性能的同时，叶型能够满足密合的要求，有效保证导叶能够紧密关闭。

为了解决上述问题，本发明公开了一种贯流式锥形空间导叶三维密合设计方法，所述方法包括：

选定导叶叶型的二维轴面流道形状；

在选定的二维轴面流道内划分网格，获取有限个离散的计算节点二维坐标(r，z)；其中，垂直于流向的网格是经过导叶旋转中心点O_g的直线；

获取各计算节点上的叶片厚度(t_θ)值；

获取各计算节点上的速度矩(v_θr)值；

依据所获取的各计算节点的二维坐标(r，z)、叶片厚度(t_θ)值、速度矩(v_θr)值，获取叶片正面和背面上各计算节点的三维坐标(r，θ，z)；

判断导叶出口边与导叶头部区域内选定为密合基线的网格线是否共面：

若是，则输出各计算节点的三维坐标(r，f，z)；

若否，则调整速度矩值，直到判定为共面；其中，判定结果在预设收敛精度范围即为共面；

将密合基线和出口边上各节点的角坐标分别按其平均值调整为直线，并对其余网格节点进行线性调整，获取最终的三维导叶形状(r，f’，z)。

优选的，所述选定导叶叶型的二维轴面流道形状，包括以下子步骤：

确定导叶旋转中心点O_g；

确定浆叶旋转中心点O_r；

确定导叶高度b₀；

确定导叶旋转轴与转轮旋转轴的倾角α；

确定进口边与出口边的轴面夹角β。

优选的，所述出口边选定为经过导叶旋转中心O_g点的直线。

优选的，采用单纯性加速法调整速度矩值。

优选的，所述选定为密合基线的网格线为两条或三条。

本发明还提供一种贯流式锥形空间导叶三维密合设计装置，所述装置包括：

第一选定模块，用于选定导叶叶型的二维轴面流道形状；

第一获取模块，用于在选定的二维轴面流道内划分网格，获取有限个离散的计算节点二维坐标(r，z)；其中，垂直于流向的网格是经过导叶旋转中心点O_g的直线；

第二获取模块，用于获取各计算节点上的叶片厚度(t_θ)值；

第三获取模块，用于获取各计算节点上的速度矩(v_θr)值；

第四获取模块，用于依据所获取的各计算节点的二维坐标(r，z)、叶片厚度(t_θ)值、速度矩(v_θr)值，获取叶片正面和背面上各计算节点的三维坐标(r，θ，z)；

判定模块，用于判断导叶出口边与导叶头部区域内选定为密合基线的网格线是否共面；其中，判定结果在预设收敛精度范围即为共面；