[发明专利]整体铣制离心压缩机闭式叶轮的设计方法

说明书

本发明公开了一种整体铣制离心压缩机闭式叶轮的设计方法，包括步骤1：设计闭式叶轮的气动几何结构；步骤2：判断整体铣制可行性，若可行，执行步骤3，反之执行步骤4；步骤3：分析气动性能参数，若气动性能参数符合用户要求，执行步骤5，反之执行步骤4；步骤4：返回步骤1；步骤5：建立闭式叶轮的3D几何模型；步骤6：对3D几何模型性能分析，若性能参数符合用户要求，执行步骤7，反之调整气动几何结构，返回步骤5；步骤7：进行初加工、半精加工和精加工的工序编制和模拟，统计每种工序的工时，选择最优加工方案。本发明能设计并选择最优加工工序，使其加工的叶轮能具有良好的气动性能、强度刚度和加工质量，降低加工成本和周期。

技术领域

本发明涉及一种用于整体铣制离心压缩机叶轮加工的辅助设计方法，尤其涉及一种整体铣制离心压缩机闭式叶轮的设计方法。

背景技术

叶轮机械也称透平机械、涡轮机械广泛地应用于石化、煤化工、天然气、核电、化肥、冶金、环保和其他等行业，在国民经济尤其是整个重工业体系中占有十分重要的地位。越来越多的人认为，叶轮机械的设计制造水平已成为衡量一个国家工业整体实力的最重要标志之一。叶轮作为叶轮机械装置中的“心脏”设备，其性能直接影响到机组整体性能的优劣和可靠性。

目前，由于三元闭式叶轮具有效率高、可靠性高的优点，压缩机中大量采用三元闭式叶轮。但是三元闭式叶轮叶片型面复杂，扭曲程度大，通道狭窄，轴盘和盖盘回转面曲率较大，不可避免地在铣削叶间流道的过程容易产生刀具干涉、过切而不能实现流道的整体加工，使叶轮整体铣制困难，因此，传统的闭式叶轮一般采用铣制+焊接的加工方式。该加工方式容易存在局部区域焊接困难或出现焊接缺陷，造成叶轮强度低，加工制造和探伤的难度较大，需要的毛坯材料较多，造成资源浪费，同时还存在加工周期不确定性的风险。随着核电、天然气和石油化工等相关行业对离心压缩机叶轮性能提出越来越高的要求，需要在加工前通过新的设计方法使叶轮气动性能优良、结构可靠稳定、加工制造质量和周期等可控，同时也需考虑尽量降低制造成本和加工周期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种整体铣制离心压缩机闭式叶轮的设计方法，能设计闭式叶轮的多种加工方法，加工时可根据需要选择最优的加工方案，使得通过该方案加工得到的叶轮能同时具有良好的气动性能、强度刚度和加工质量，同时降低加工成本和周期，解决了传统闭式叶轮加工中存在的焊接缺陷、探伤困难以及叶轮性能和加工周期不能保证等问题。

本发明是这样实现的：

一种整体铣制离心压缩机闭式叶轮的设计方法，包括以下步骤：

步骤1：确定闭式叶轮的设计条件和用户要求，通过气动设计得到闭式叶轮的气动几何结构；

步骤2：将步骤1中计算得到的闭式叶轮的气动几何结构导入3D CAD软件中，并判断闭式叶轮整体铣制的可行性，若可行，则执行步骤3，若不可行，则执行步骤4；

步骤3：分析闭式叶轮的气动性能参数，并与用户要求的性能参数进行对比，若气动性能参数符合用户要求，则执行步骤5，若气动性能参数不符合用户要求，则执行步骤4；

步骤4：返回步骤1，调整和优化叶轮的气动几何结构；

步骤5：将气动性能参数符合用户要求的闭式叶轮的气动几何结构导入3D CAD软件中，建立闭式叶轮的3D几何模型；

步骤6：对闭式叶轮的3D几何模型进行性能分析，并将3D几何模型的性能参数与用户要求的性能参数进行对比，若3D几何模型的性能参数符合用户要求，则执行步骤7，若3D几何模型的性能参数不符合用户要求，则调整闭式叶轮的气动几何结构，并返回步骤5；

步骤7：将通过步骤6校核的3D几何模型导入CAM程序中，进行闭式叶轮初加工、半精加工和精加工的工序编制和模拟，并统计每种加工工序的总工时，选择结构可加工性能和气动性能兼顾的加工方案。