[发明专利]一种低转动惯量涡轮设计方法

权利要求书

1.一种低转动惯量涡轮设计方法，其特征在于，包括：

设置低转动惯量涡轮的初步方案，建立现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案的数字模型；其中，所述建立现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案的数字模型，包括：选取所需尺寸的所述现有涡轮，去除所述现有涡轮的轮背上部分材料，使得所述轮背的剩余部分形成若干条加强筋，根据所述现有涡轮的叶片数量、涡轮叶型、轮毂尺寸等因素，设置所述加强筋的类型、数量、宽度、厚度以及加强筋的分布中心与拔模斜度，形成所述低转动惯量涡轮的初步方案，并建立所述现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案的数字模型；

对所述现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案进行热-机械应力和模态应力分析；

处理所述热-机械应力分析结果和所述模态应力分析结果，得到所述低转动惯量涡轮和所述现有涡轮的强度的差值，对所述低转动惯量涡轮的初步方案进行调整，再次进行所述热-机械应力分析和所述模态分析，直至调整后的所述低转动惯量涡轮的初步方案的强度与所述现有涡轮的强度之间的差值低于预设的限值；

采用调整后的所述低转动惯量涡轮的初步方案，生产制造低转动惯量涡轮；

所述对所述现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案进行热-机械应力分析和模态应力分析包括：

通过CFD模型，对所述现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案与相应的涡轮箱之间形成的流道进行CFD分析；通过温度场分析模型，对涡轮箱、涡轮及相应附属件进行FEA温度场分析；将所述CFD模型和所述温度场分析模型进行多次流-固耦合迭代，得到所述现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案的温度场分布；

将所述温度场分布施加到所述现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案上，同时将所述现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案旋转时的离心载荷代入，构造所述现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案的热-机械应力分析模型，通过所述热-机械应力分析模型，获得所述现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案各节点的热-机械应力；

通过模态分析模型，得出所述现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案的各阶自由模态，从而得到所述现有涡轮和所述低转动惯量涡轮的初步方案各节点的各阶模态应力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理热-机械应力分析结果和模态应力分析结果包括：

将所述现有涡轮的各节点对应的热-机械应力和一阶模态应力进行归一化叠加，并将所述低转动惯量涡轮的初步方案的各节点对应的热-机械应力和一阶模态应力进行归一化叠加，将两个叠加结果进行比较，若差值大于设计要求限值，则调整所述低转动惯量涡轮的初步方案中的加强筋的位置分布、数量、厚度、宽度、分布中心与拔模斜度，并对调整后的所述低转动惯量涡轮重新进行建立数字模型、热-机械应力分析和模态应力分析以及热-机械应力分析结果和模态应力分析结果处理；若所述差值低于设计要求限值，则认为所述低转动惯量涡轮具有良好的强度和可靠性，符合设计需求。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述现有涡轮的各节点对应的热-机械应力分别除以各节点中的热-机械应力的最大值，得到所述现有涡轮的各节点的热-机械应力的归一化结果；将所述现有涡轮的各节点对应的一阶模态应力分别除以各节点中的一阶模态应力的最大值，得到所述现有涡轮的各节点的一阶模态应力的归一化结果；将各节点对应的热-机械应力归一化结果和一阶模态应力归一化结果相加；

同时，将所述低转动惯量涡轮的初步方案的各节点对应的热-机械应力分别除以各节点中的热-机械应力的最大值，得到所述低转动惯量涡轮的初步方案的各节点的热-机械应力的归一化结果；将所述低转动惯量涡轮的初步方案的各节点对应的一阶模态应力分别除以各节点中的一阶模态应力的最大值，得到所述低转动惯量涡轮的初步方案的各节点的一阶模态应力的归一化结果；将各节点对应的热-机械应力归一化结果和一阶模态应力归一化结果相加。