[发明专利]一种叶轮机转子叶片从热态到冷态的叶型转换方法

摘要

本发明涉及一种叶轮机转子的叶型转换方法，特别涉及一种叶轮机转子叶片从热态到冷态的叶型转换方法。所述的方法在已知叶轮机转子叶片热态叶型的前提下，基于有限元逆向迭代的叶型转换方法，获取叶片的冷态叶型。所述的方法提高了计算精度，并且节省了人力，提高了效率。

主权项

1.一种叶轮机转子叶片从热态到冷态的叶型转换方法，其特征为：所述的方法在已知叶轮机转子叶片热态叶型的前提下，基于有限元逆向迭代的叶型转换方法，获取叶片的冷态叶型；所述的方法包括如下步骤：步骤一，获取叶片热态叶型坐标，并计算叶片的容差ε1、ε2和ε3；步骤二，由流体计算软件对热态叶型进行三维计算流体动力学分析，获得叶片表面静压；步骤三，将叶片热态叶型的流体网格和叶片表面静压转化为叶片热态叶型的结构网格上的气动力F_P；步骤四，由已知的热态叶型坐标和气动力，将叶片热态叶型结构网格转化为叶片冷态叶型的结构网格；具体包括：步骤4.1：设叶片的转速为Ω，则引入矩阵步骤4.2：令i＝0，并假设当前冷态叶型坐标步骤4.3：根据当前冷态叶型坐标求得结构的小位移刚度矩阵K₀、离心刚度矩阵K_C和所受的离心力F_C,分别为其中所有的积分都是在结构单元e上进行体积积分，式中B₀代表小位移刚度矩阵，D为弹性矩阵，ρ为密度，N为形函数矩阵，[x₀ y₀ z₀]^T为初始坐标,T为矩阵转置符合；步骤4.4：令n＝0，并假设初始位移步骤4.5：根据a_n求得应力刚化矩阵K_σ、大变形刚度矩阵K_L和反力F^nr，分别为：其中：σ＝[σ_x σ_y σ_z τ_xy τ_yz τ_xz]^T，B_L＝AG，u、v、w分别为x、y、z方向的位移，σ为应力向量，N_i为投影点处的形函数；步骤4.6：根据(K₀‑K_C+K_σ+K_L)da_n+1＝F_C+F_p‑F^nr求出增量位移da_n+1；步骤4.7：计算新位移a_n+1＝a_n+da_n+1；步骤4.8：如果满足收敛条件||da_n+1||₂<ε1||a_n+1||₂，则获得总增量刚度矩阵和位移a⁽ⁱ⁾＝a_n+1，否则令n＝n+1，前往步骤4.5；步骤4.9：计算模拟热态叶型坐标和下一步新的冷态叶型坐标步骤4.10：如果满足收敛条件则获得冷态叶型坐标和模拟热态叶型坐标否则令i＝i+1，前往步骤4.3；步骤五：将叶片由热态叶型坐标到模拟热态叶型坐标的有限元网格的变形，通过三维贴体插值得到模拟热态叶型的流体网格；步骤六：由流体计算软件对所获得的模拟热态叶型的流体网格进行三维计算流体动力学分析；步骤七：如果步骤六和步骤二两次流体动力学分析获得的压气机特性间的差异不满足容差，则用模拟热态叶型坐标代替热态叶型坐标，回到步骤三，否则计算结束，此时得到的叶片冷态叶型的结构网格即为所需要求的叶轮机转子叶片的冷态叶型的坐标。