[发明专利]径流式旋转流体机械后弯与前弯流线隧道成形方法

说明书

本发明提出一种径流式旋转流体机械后弯与前弯流线隧道成形方法，包括：将旋转流体机械的流道中心线分为前倾段和后弯/前弯段，设流道中心线轴向总长为H，后弯/前弯段占比为k，则后弯/前弯段轴向长度为kH，前倾段轴向长度为(1‑k)H；构造流道中心线的前倾段；构造流道中心线的后弯/前弯段；将流道中心线前倾段和后弯/前弯段平滑过渡，使流道中心线前倾段下端点和后弯/前弯段上端点坐标和导数均相等，形成完整流道中心线；得出流道进、出口法向截面面积，并使法向截面面积沿流道中心线线性变化，构成完整流道。所述成形方法得到的流道中心线处处连续且可导，曲率平缓过渡，在使流体介质完成所需转向的同时流动损失尽可能地降低。

技术领域

本发明涉旋转流体机械技术领域，具体涉及一种径流式旋转流体机械后弯与前弯流线隧道成形方法。

背景技术

旋转流体机械是世界上应用最广泛的机械，如燃气轮机、汽轮机、涡轮增压器、风扇等，其内部流线能否完成所需转向以及流线是否光滑平顺是气动性能与机械性能的决定性因素。

当今绝大部分旋转机械均采用叶轮/叶片式转子，理论研究成熟、应用极其广泛。新型流线隧道式旋转机械相比于传统叶轮/叶片机械具有流线设计优化空间大、泄漏损失小、应用材料范围宽广、对材料强度要求低、适应更高转速等优点，从而可以提高动力机械的功率密度、减小尺寸、降低重量，进一步提高旋转机械效率，目前，对流线隧道式旋转机械的研究较少、且不深入，尤其缺少对其设计及成形方法的研究。随着科学技术的进步，增材制造技术已经成熟，应用三维打印、注射成形等先进制造技术，可以大批量生产这种新型机械。

例如，中国专利申请号为202010757189.4的中国专利文献公开了一种流线隧道式旋转流体机械流道设计与成形方法，所述设计与成形方法包括如下步骤：

步骤1：获取一维设计所得相关约束参数；

步骤2：选取中心线近端点所在圆柱面，将中心线向上述柱面做柱面投影，然后将上述柱面展开为平面，可得中心线展开投影曲线，利用中心线两端点投影点位置和导数数据，可将上述中心线展开投影曲线构建为三次埃尔米特曲线；

步骤3：获得中心线展开投影曲线后，将步骤S2中的展开平面还原为柱面，并令中心线远端点投影点方位角和高度为零，可得柱面投影曲线的方程；

步骤4：子午线绕转子轴线旋转一周所形成的曲面即为流道中心线所在环曲面，若子午线形式已知，易得中心线所在环曲面方程；

步骤5：将步骤S3中的柱面投影曲线投影到步骤S4中的环曲面，该投影即为实际流道中心线，联合上述柱面投影曲线和环曲面方程可得上述实际流道中心线的方程；

步骤6：与流道中心线相垂直的流道法向截面为圆或椭圆，根据旋转机械流通特性和速度条件得出流道进出口面积，截面面积沿流道中心线均匀变化，由此构成完整流道。

该现有技术主要针对离心与向心流道的径流式旋转流体机械的流道设计。但该现有技术不能适用于隧道轮的后弯与前弯流道的设计与成形。

基于现有技术存在如上述技术问题，本发明提供一种径流式旋转流体机械后弯与前弯流线隧道成形方法。

发明内容

本发明提出一种径流式旋转流体机械后弯与前弯流线隧道成形方法。

本发明采用以下技术方案：

一种径流式旋转流体机械后弯与前弯流线隧道成形方法，包括：

步骤1，将旋转流体机械的流道中心线分为前倾段和后弯/前弯段，设流道中心线轴向总长为H，后弯/前弯段占比为k，则后弯/前弯段轴向长度为kH，前倾段轴向长度为(1-k)H；

步骤2，构造流道中心线的前倾段；

步骤3，构造流道中心线的后弯/前弯段；