[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及透平机械叶轮子午面的设计，特别是涉及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。 

背景技术

叶轮是透平机械的主要通流部分，其性能对整机性能有着决定性作用，子午面型线直接影响叶轮内部的流动结构，在径轴流式透平膨胀机中，传统采用的方法是将子午面曲线看成由圆弧及直线段组成，在经验数据的基础上，估取圆弧半径，构建子午面，然后将子午面流道用绘图软件展开后用一系列包络圆校核，逐步修正为光顺变化的流道。这样的几何造型法，有三方面的缺点：一是传统设计方法是绘图试凑法，若包络圆有一个不能满足光顺的条件，则需修改流道形状，从进口重新开始作包络圆进行校核，或是在出现大量候选叶轮时，则需要对这些叶轮子午面逐一进行设计及包络圆校核，这使工作量比较大；二是传统设计方法中的校核将流道展开后包络圆两侧的切线是否接近直线作为光顺变化的依据，这种方法局限在二维判断上，并未计算出三维下流道的通流面积，判断依据没有足够的说服力；三是传统设计与校核方法需要借助绘图来实现，没有数字化，不便于整体叶轮三维成型与加工及流道数值模拟等后续工作。 

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供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，本方法利用编程根据子午面基本参数计算子午面流道型线的数学表达式并计算出通流面积随流线位置的变化趋势， 其特征在于一是通过编程将子午面型线用数学式来表达，设计过程更加简便、快速，并且能够很快地得出子午面某一基本参数改变时子午面型线的变化；二是通过计算三维下流道通流面积来校核流道是否光顺变化，更加直接与具有说服力；三是将子午面设计及校核数字化，方便整体叶轮三维成型与加工及流道数值模拟等后续工作。 

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案： 

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B_t，hub曲线进出口圆锥角β_1h及β_2h（轮盘基线上某一点出切线与轴线的夹角），shroud曲线进出口圆椎角β_1s及β_βs（轮盖基线或叶顶线上某一点出切线与轴线的夹角）； 

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，则叶轮子午面hub及shroud曲线进出口点坐标分别为：