專利名稱：葉輪機械葉片回轉截面型線計算方法
技術領域：
本發明涉及葉輪機械葉片，特別涉及一種葉輪機械葉片回轉截面型線的計算方法。
背景技術：
S1和S2流面理論是葉輪機械設計的重要手段，廣泛應用于燃氣輪機、軸流和離心 壓氣機、汽輪機、向心透平、鼓風機、風機、水輪機等的設計領域。在進行計算時常根據葉輪 機械子午面流道形狀來估定S1流面形狀，S1流面原則上講并不是一個規則的回轉面，但是 在葉片高度相對于回轉半徑很小的情況下，可以足夠精確的用回轉面代替S1流面，因此根 據葉輪機械子午面流道形狀即可確定回轉面形狀。通常葉輪機械葉片型線都是以加工用的 截面點坐標的形式給出的，這些截面通常是等高截面或者回轉截面，但是在實際計算時很 難保證所要計算的截面上的坐標點剛好就是型線所給出的截面坐標點，在這種情況下就需 要根據已知的點坐標進行插值來求得所需葉片回轉截面型線。
發明內容
針對上述現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是提供一種計算葉片回轉截 面型線的方法，該方法能夠根據已知葉片型線的各截面的離散點坐標求得回轉面型線的離 散坐標點，進而確定回轉面型線。為解決上述技術問題本發明采用如下技術方案一種葉輪機械葉片回轉截面型線計算方法，其特征在于，其包括如下步驟(1)讀入葉片型線的數據，選定型線三維坐標系，記葉輪機械軸線且順氣流方向為 X軸正向，葉片從葉根到葉尖方向為Z軸正向；(2)按照從葉根到葉頂的順序，將葉片型線各截面上的對應點取出來，組成單獨的 空間曲線1 ；(3)將空間曲線1投影到XZ和YZ平面上，記投影后的曲線分別為Ixz和Iyz，并將 曲線Ixz和Iyz用三次樣條曲線進行擬合；(4)根據子午面流道形狀給定回轉面的控制方程，記^ = VF1TF,將回轉面與子 午面交線表示為R與X的一次函數關系式，記為R = f ，其中X、Y、Z表示回轉面上的點坐 標，R表示回轉面半徑；(5)給定一初始半徑Rinitial,求軸線為X軸、半徑為Rinitial的圓柱回轉面與空間曲 線1的交點A的坐標；(6)將求得的A點在X軸的坐標^代入方程R = f(x)中求得與4對應的回轉面上 的半徑Ra的值；(7)計算I VRinitial I，如果I VRinitial I小于給定的誤差error,則步驟(5)求得的 交點A就是回轉面與子午面交線R = f ω和該空間曲線1的交點，否則，將步驟(6)求得Ra 值賦值給Rinitial，并重復步驟(5)至(7)直到I RfRinitial I小于給定的誤差error;
(8)判斷是否所有空間曲線都計算過，如果都計算過則進入步驟(9)，否則重復步 驟⑵到⑶；(9)將所求得的所有交點連接構成回轉截面型線。優選的，在步驟(5)中求半徑為Rinitial的圓柱回轉面與空間曲線1的交點A的坐標 通過兩步進行第一步，在YZ平面上用對分法計算曲線Iyz和圓心在坐標原點半徑為Rinitial 的圓的交點Y坐標值Ay和Z坐標值Az ；第二步，根據求得的交點坐標值Az在XZ平面上根據 Ixz曲線插值求得對應的X軸坐標值Ax。 上述技術方案具有如下有益效果本發明根據葉片截面高度沿葉根到葉尖方向呈 單調增加的特點，將各截面對應點連成空間曲線并投影到XZ和YZ平面上，然后在兩個投影 面上不斷交叉迭代計算，進而求出空間曲線與回轉面的交點，根據求出的交點確定回轉截 面型線。本計算方法具有簡便、快速、計算精度高等優點。
圖1為本發明實施例的計算流程示意圖；圖2為已知的葉片型線的數據示意圖；圖3為取出每個截面對應點組成的空間曲線示意圖；圖4為空間曲線1和投影到XZ和YZ平面上的曲線Ixz和Iyz示意圖；圖5為求Iyz和圓心在坐標原點半徑為Rinitial的圓的交點(AY，Az)的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。如圖1所示，為本發明葉輪機械葉片回轉截面型線計算方法的計算流程示意圖， 該計算方法包括如下步驟(1)讀入葉片型線的數據，并選定型線三維坐標系，如圖2所示，記葉輪機械軸線 且順氣流方向為X軸正向，葉片從葉根到葉尖方向為Z軸正向；(2)按照從葉根到葉尖的順序，將一組葉片型線各截面上的對應點取出來，如圖3 所示，組成單獨的空間曲線1，所謂葉片型線各截面上的對應點是指每個截面上相對應的相 同順序的離散點，如第一個截面的第一個點與第二個截面上的第一個點即為對應點；(3)將所得空間曲線1投影到XZ和YZ平面上，如圖4所示，記投影后的曲線分別 為Ixz和Iyz'并將Ixz和Iyz用三次樣條曲線擬合；(4)根據子午面流道形狀給定回轉面的控制方程，記A = VF^F,將回轉面與子 午面交線表示為R與X的一次函數關系式，記為R = f ，其中Χ、γ、ζ表示回轉面上的點坐 標，R表示回轉面半徑；由于回轉面是以X軸為軸心，所以回轉面半徑R也就只和X的坐標 有關系，而且在葉輪機械中對于一個特定的回轉面某一個X值只對應唯一的一個半徑R值， 所以可以得到方程R = f ，回轉面可以為任意回轉面，即可以是一個圓柱回轉面也可以是 一個頂角為任意值的圓錐回轉面，因此R = f(x)的方程的系數沒有限制；(5)給定初始半徑Rinitial，求軸線為X軸、半徑SRinitial的圓柱回轉面與該空間曲 線1的交點A的坐標，本步驟可以分為以下兩步進行第一步，如圖5所示，在YZ平面上，用 對分法計算Iyz和圓心在坐標原點半徑為Rinitial的圓1的交點的坐標(AY，AZ)；第二步，根據第一步求得的交點的坐標值Az在XZ平面上根據Ixz曲線插值求得A點的X坐標值Ax ；(6)將求得的A點在X軸的坐標^代入方程R = f(x)中求得與Ax對應的回轉面上 的半徑Ra的值；(7)計算I RfRinitial I，如果IRfRinitialI小于給定的很小的誤差error，則交點A 就是回轉面和空間曲線1的交點，否則，將Ra值賦值給Rinitial，并重復步驟(5)至(7)直到
RA-RinitiaI小于給定的誤差error。(8)判斷是否所有空間曲線都計算過，即圖3所示出的所有空間曲線是否都經過 計算，如果都計算過則進入步驟(9)，否則重復步驟(2)到(8)；(9)將所求得的所有交點連接構成回轉截面型線。本發明葉輪機械葉片回轉截面型線計算方法根據葉片截面高度沿葉根到葉高方 向呈單調增加的特點，將各截面對應點連成空間曲線并投影到XZ和YZ平面上，然后在兩個 投影面上不斷交叉迭代計算，進而求出空間曲線與回轉面的交點，各交點就構成了葉片回 轉截面型線。本計算方法具有簡便、快速、計算精度高等優點，在實際程序計算中error的 值的精度可給定在10_4mm甚至更小。以上對本發明實施例所提供的葉輪機械葉片回轉截面型線計算方法進行了詳細 介紹，對于本領域的一般技術人員，依據本發明實施例的思想，在具體實施方式
及應用范圍 上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制，凡依本發明設計 思想所做的任何改變都在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種葉輪機械葉片回轉截面型線計算方法，其特征在于，其包括如下步驟(1)讀入葉片型線數據，選定型線三維坐標系，記葉輪機械軸線且順氣流方向為X軸正向，葉片從葉根到葉尖方向為Z軸正向；(2)按照從葉根到葉尖的順序，將葉片型線各截面上的對應點取出來，組成單獨的空間曲線l；(3)將空間曲線l投影到XZ和YZ平面上，記投影后的曲線分別為lXZ和lYZ，并將曲線lXZ和LYZ用三次樣條曲線進行擬合；(4)根據子午面流道形狀給定回轉面的控制方程，記將回轉面與子午面交線表示為R與X的一次函數關系式，記為R＝f(x)，其中X、Y、Z表示回轉面上的點坐標，R表示回轉面半徑；(5)給定一初始半徑Rinitial，求軸線為X軸、半徑為Rinitial的圓柱回轉面與空間曲線l的交點A的坐標；(6)將求得的A點在X軸的坐標AX代入方程R＝f(X)中求得與AX對應的回轉面上的半徑RA的值；(7)計算|RA-Rinitial|，如果|RA-Rinitial|小于給定的誤差error，則步驟(5)求得的交點A就是回轉面與子午面交線R＝f(X)和該空間曲線l的交點，否則，將步驟(6)求得RA值賦值給Rinitial，并重復步驟(5)至(7)直到|RA-Rinitial|小于給定的誤差error；(8)判斷是否所有空間曲線都計算過，如果都計算過則進入步驟(9)，否則重復步驟(2)到(8)；(9)將所求得的所有交點連接構成回轉截面型線。FSA00000086153900011.tif
2.一種葉輪機械葉片回轉截面型線計算方法，其特征在于，在步驟(5)中求半徑為 Rinitial的圓柱回轉面與空間曲線1的交點A的坐標通過兩步進行第一步，在YZ平面上用對 分法計算曲線Iyz和圓心在坐標原點半徑為Rinitial的圓的交點Y坐標值Ay和Z坐標值Az ； 第二步，根據求得的交點坐標值4在乂2平面上根據Iyz曲線插值求得對應的X軸坐標值Ax。
全文摘要
本發明公開了一種葉輪機械葉片回轉截面型線計算方法，包括以下主要步驟讀入葉片各截面型線數據，將各個截面型線上對應位置上的點取出重新組合成空間曲線l，將該曲線投影到XZ和YZ平面上得到曲線lXZ和lYZ；給定回轉面與子午面交線函數關系式R＝f(X)；給定一初始半徑Rinitial，求軸線為X軸、半徑為Rinitial的圓柱回轉面與空間曲線l的交點A的坐標；將A點在X軸的坐標AX代入回轉面與子午面交線函數關系式R＝f(X)，得到AX對應的回轉面上半徑RA的大小，然后根據|RA-Rinitial|的值來判斷A點是否為交點。所求得各交點就構成了葉片回轉截面型線。本計算方法具有簡便、快速、計算精度高等優點。
文檔編號F04D29/26GK101839149SQ201010148020
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月15日 優先權日2010年4月15日
發明者趙連會, 黃志慧 申請人:上海電氣電站設備有限公司