[发明专利]透平机械的叶片根部和转子轮槽的型线的优化设计方法

摘要

本发明提供透平机械叶片根部和转子轮槽型线的优化设计方法，包括：1）对叶片根部和轮槽型线进行参数化：用样条曲线绘制出叶片根部初始型线，该初始型线关于y轴对称且每侧型线由n个控制点连接而成且包括m个齿，相互配合的轮槽和叶片根部具有相同的初始型线；及2）对叶片根部和轮槽型线进行优化：首先建立叶片根部和轮槽的有限元模型并进行首次计算以计算出它们的应力，然后设置优化变量、优化约束条件、优化目标，启动优化以获得优化的叶片根部和轮槽型线，其中优化变量为各控制点的x、y变量，优化约束条件为各控制点的x、y变量移动范围及每对齿颈部承载力所占百分比，优化目标为叶片根部和轮槽的最大应力最小化。这获得了全局最优模型。

主权项

一种用于对透平机械的叶片根部和转子轮槽的型线进行优化设计的方法，该方法包括如下步骤：1)对叶片根部和转子轮槽的型线进行参数化：用样条曲线绘制出叶片根部的初始型线，该初始型线由关于y轴对称的左边型线和右边型线以及分别连接左边型线和右边型线的相应端点的顶部型线和底部型线组成，右边型线由n个控制点(x1,y1)、(x2,y2)、…、(xn,yn)连接而成并且包括m个齿；在该步骤1)中，还对与叶片根部相配合的转子轮槽的初始型线进行参数化，转子轮槽的初始型线与叶片根部的初始型线相同；以及2)对叶片根部和转子轮槽的型线进行优化：首先基于在步骤1)中的叶片根部和转子轮槽的初始型线建立叶片根部和转子轮槽的有限元模型并进行首次计算以计算出叶片根部和转子轮槽的应力，然后设置优化变量、优化约束条件、优化目标，启动优化以获得优化的叶片根部和转子轮槽的型线，其中：优化变量为：a)叶片根部或转子轮槽的型线的各控制点的x变量x1、x2、…、xn；和b)叶片根部或转子轮槽的型线的各控制点的y变量y1、y2、…、yn；优化约束条件为：a)叶片根部或转子轮槽的型线的各控制点的x变量移动范围ximin≤xi≤ximax(i＝1，2，…，n)；b)叶片根部或转子轮槽的型线的各控制点的y变量移动范围yimin≤yi≤yimax(i＝1，2，…，n)；和c)叶片根部或转子轮槽的每对齿的颈部的承载力所占百分比Pm≤Pm‑1≤…≤P1,∑Pi＝1；优化目标为：叶片根部的最大应力和转子轮槽的最大应力最小化，即，Min