CN106979174B - 向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮，通过将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理，以对待调频向心涡轮的高阶固有频率进行调整。本发明提供的向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮，通过对待调频向心涡轮的轮缘进行部分挖空处理，以调整待调频向心涡轮的高阶固有频率，使调整后的高阶固有频率与激振频率形成一定的频率差，从而有效避免向心涡轮发生共振危险，同时减轻了涡轮的重量、减少了离心载荷以及气动轴向力，并且对向心涡轮的性能影响较小。本发明提供的向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮，可有效避免共振的发生、减少离心载荷及气动轴向力、且重量轻、性能影响小。

Description

向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮

技术领域

本发明涉及向心涡轮领域，特别地，涉及一种向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮。

背景技术

向心涡轮为径向进气、轴向排气式涡轮，具有几何尺寸小、结构紧凑、功率大等特点。向心涡轮的叶轮形状和离心式压气机叶轮的形状很相似，但是在结构和流场方面有所不同，国内外各型中小型航空发动机的辅助动力多使用向心涡轮，对于向心涡轮的高阶共振，以前并没有引起足够的重视，然而随着技术的发展，人们逐渐认识到有些高阶共振可能会引起结构破坏，在无法调整激振源的情况下，需要对向心涡轮进行高阶固有频率调整。目前，调频方式主要有两种：一、加大或减小叶根倒圆半径(如图1所示，待调频向心涡轮包括轮盘及设置于轮盘上的多个叶片1，叶片1与轮盘的连接处设置有叶根倒圆4)；二、加厚或减薄叶根或叶尖等调整叶型的方法(原始叶型7和改进叶型8如图2所示)。这些调频技术对低阶可能有明显效果，但是对于高阶固有频率调整目前并没有特别明显有效的方法。在现有技术中，多采用修改叶型的方法进行调频，但是叶型的改动，经常涉及到多个方面的关联改动，例如流道、气动性能和结构强度等，往往需要经过多方面人员多轮迭代计算及试验验证，最终得到各方面相对来讲都较合适的结构，一方面，需耗费大量的人力和物力，另一方面，有可能要牺牲一定的性能来实现，而有时往往得不偿失。而且，采用修改叶型的调频方法对低阶频率可能有比较的明显效果，但是对高阶有时并不是特别有效。

因此，现有技术中未有行之有效的措施对向心涡轮进行高阶固有频率调整，是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮，以解决现有技术中未有行之有效的措施对向心涡轮进行高阶固有频率调整的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种向心涡轮调频方法，包括步骤：

将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理，以对待调频向心涡轮的高阶固有频率进行调整。

进一步地，对周向分布的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理，使部分挖空处理后的轮缘上形成锯齿形轮缘。

进一步地，对轮缘进行部分挖空处理，使部分挖空处理后的轮缘的挖空位置的两端边缘分别到相邻的叶根倒圆的距离相等，且该距离大于叶根倒圆的半径。

进一步地，轮缘的挖空位置的底部具有弧度。

进一步地，将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理的步骤包括：

以轮盘的中心点作为扇形的圆心、相邻的叶片的叶根作为扇形的两边，将轮盘划分为多个扇形区域；

以扇形区域的中心线作为对称轴，对每个位于扇形区域内且处于相邻的叶片之间的轮缘进行部分挖空处理。

进一步地，将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理的步骤之前还包括：

对待调频向心涡轮进行模态分析，确定待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸。

进一步地，对待调频向心涡轮进行模态分析，确定待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸的步骤包括：

构建与待调频向心涡轮相对应的向心涡轮模型；

对向心涡轮模型进行模态计算；

根据模态计算的结果，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；

根据获取的向心涡轮模型在该高阶阶次下的振型及高阶固有频率，确定向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸。

进一步地，根据获取的向心涡轮模型在该高阶阶次下的振型及高阶固有频率，确定向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸的步骤包括：

对部分挖空处理后的向心涡轮模型进行模态计算，获取向心涡轮模型的共振频率裕度；

将共振频率裕度与预设的共振评定标准进行比较，判断共振频率裕度是否满足共振评定标准要求；

若共振频率裕度满足共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸可采用；

若共振频率裕度不满足共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸不可采用，需重新调整挖空的轮缘形状和尺寸，直至部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度满足共振评定标准要求。

进一步地，对向心涡轮模型进行模态计算的步骤之后，以及获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率的步骤之前还包括：

根据模态计算的结果，判断向心涡轮模型是否需要调频；

若向心涡轮模型不需要调频时，则不需要获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；

若向心涡轮模型需要高阶调频时，则结合待调频向心涡轮的坎贝尔图，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率。

本发明还提供一种向心涡轮调频装置，包括：

确定模块，用于对待调频向心涡轮进行模态分析，确定待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸，以对待调频向心涡轮的高阶固有频率进行调整。

进一步地，确定模块包括：

构建单元，用于构建与待调频向心涡轮相对应的向心涡轮模型；

模态计算单元，用于对向心涡轮模型进行模态计算；

频率获取单元，用于根据模态计算的结果，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；

确定单元，用于根据获取的向心涡轮模型在该高阶阶次下的振型及高阶固有频率，确定向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸。

进一步地，确定单元包括：

获取子单元，用于对部分挖空处理后的向心涡轮模型进行模态计算，获取向心涡轮模型的共振频率裕度；

判断子单元，用于将共振频率裕度与预设的共振评定标准进行比较，判断共振频率裕度是否满足共振评定标准要求；

第一证明子单元，用于若共振频率裕度满足共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸可采用；

第二证明子单元，用于若共振频率裕度不满足共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸不可采用，需重新调整挖空的轮缘形状和尺寸，直至部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度满足共振评定标准要求。

进一步地，确定模块还包括：

判断单元，用于根据模态计算的结果，判断向心涡轮模型是否需要调频；

第一频率处理单元，用于若向心涡轮模型不需要调频时，则不需要获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；

第二频率处理单元，用于若向心涡轮模型需要高阶调频时，则结合待调频向心涡轮的坎贝尔图，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率。

本发明还提供一种向心涡轮，包括轮盘及设置于轮盘上的多个叶片，多个叶片均匀分布于轮盘的侧壁上，轮盘包括设置于轮盘中央的轮毂及设置于轮盘外周向上的轮缘，处于相邻两块叶片之间的轮缘上开设有用于调整向心涡轮高阶固有频率的缺口。

进一步地，缺口周向均匀分布于轮缘上，使轮缘形成锯齿形轮缘。

进一步地，叶片与轮盘的连接处设置有叶根倒圆，缺口的两端边缘分别到相邻的叶根倒圆的距离相等，且该距离大于叶根倒圆的半径。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮，通过对待调频向心涡轮的轮缘进行部分挖空处理，以调整待调频向心涡轮的高阶固有频率，使调整后的高阶固有频率与激振频率形成一定的频率差，从而有效避免向心涡轮发生共振危险，同时减轻了涡轮的重量、减少了离心载荷以及气动轴向力，并且对向心涡轮的性能影响较小。本发明提供的向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮，可有效避免共振的发生、减少离心载荷及气动轴向力、且重量轻、性能影响小。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术中常见的向心涡轮的结构示意图；

图2是现有技术中的待调频向心涡轮的叶片根部截面叶型调整示意图；

图3是向心涡轮高阶振动时的典型高阶振型图；

图4是本发明向心涡轮调频方法第一优选实施例的流程示意图；

图5是图4中将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理的步骤的细化流程示意图；

图6是对待调频向心涡轮进行部分挖空处理的结构示意图；

图7是图4中对待调频向心涡轮进行模态分析，确定待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸的步骤第一优选实施例的细化流程示意图；

图8是图7中根据获取的向心涡轮模型在该高阶阶次下的振型及高阶固有频率，确定向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸的步骤一优选实施例的细化流程示意图；

图9是图4中对待调频向心涡轮进行模态分析，确定待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸的步骤第二优选实施例的细化流程示意图；

图10是本发明向心涡轮调频装置中确定模块第一优选实施例的功能模块示意图；

图11是图10中确认单元一优选实施例的功能模块示意图；

图12是图10中确定模块第二优选实施例的功能模块示意图；

图13是本发明向心涡轮优选实施例的结构示意图。

附图标号说明：

10、确定模块；11、构建单元；12、模态计算单元；13、频率获取单元；14、确定单元；141、获取子单元；142、判断子单元；143、第一证明子单元；144、第二证明子单元；16、判断单元；17、第一频率处理单元；18、第二频率处理单元；1、叶片；2、轮毂；3、轮缘；4、叶根倒圆；5、缺口；7、原始叶型；8、改进叶型。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图4，本发明的优选实施例提供了一种向心涡轮调频方法，应用于待调频向心涡轮中，如图1所示，待调频向心涡轮包括轮盘及设置于轮盘上的多个叶片1，多个叶片1均匀分布于轮盘的侧壁上，轮盘包括设置于轮盘中央的轮毂2及设置于轮盘外周向上的轮缘3，叶片1与轮盘的连接处设置有叶根倒圆4，该向心涡轮调频方法，包括步骤：

步骤S100、将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理，以对待调频向心涡轮的高阶固有频率进行调整。

如图3所示，图3为向心涡轮在高阶振动时的典型高阶振型图，从该高阶振型图可以看出，向心涡轮的高阶振动主要表现为叶片和轮缘参与的耦合振动，因此，改变轮缘的形状可以起到比较明显的高阶固有频率调整的作用。在本实施例中，通过将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理，来调节待调频向心涡轮的高阶固有频率。由于向心涡轮为径向进气、轴向排气结构，气流由高压力区域流向低压力区，通过试验证明将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理后对向心涡轮的性能影响不大。其中，将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理时，可对任意相邻两块叶片之间的轮缘进行部分挖空处理，也可以对间隔设置的处于相邻两块叶片之间的轮缘进行挖空处理，还可以全部对设置在相邻两块叶片之间的轮缘进行部分挖空处理。部分挖空处理的形状可以是圆弧形、矩形或是梯形等，均在本专利的保护范围之内。

本实施例提供的向心涡轮调频方法，通过对待调频向心涡轮的轮缘进行部分挖空处理，以调整待调频向心涡轮的高阶固有频率，使调整后的高阶固有频率与激振频率形成一定的频率差，从而有效避免向心涡轮发生共振危险，同时减轻涡轮的重量、减少离心载荷以及气动轴向力，并且对向心涡轮的性能影响较小。本实施例提供的向心涡轮调频方法，可有效避免共振的发生、减少离心载荷及气动轴向力、且重量轻、性能影响小。

优选地，如图6所示，本实施例提供的向心涡轮调频方法，对周向分布的相邻两块叶片1之间参与振动的轮缘3均进行部分挖空处理，使部分挖空处理后的轮缘3上形成锯齿形轮缘，从而使部分挖空处理后的待调频向心涡轮转动平衡，同时减轻涡轮的重量、减少了离心载荷以及气动轴向力，并且对向心涡轮的性能影响较小。

优选地，如图6所示，本实施例提供的向心涡轮调频方法，对轮缘3进行部分挖空处理，使部分挖空处理的挖空区域的两端边缘分别到相邻的叶根倒圆4的距离相等，且该距离大于叶根倒圆的半径，从而减小对向心涡轮叶根处静强度的影响。并且为了防止挖空后的轮盘出现应力集中，在挖空区域的底部设置有一定的弧度，在挖空时让该挖空区域的底部不可以为尖角。

具体地，如图5所示，本实施例提出的向心涡轮调频方法，步骤S100包括：

步骤S110、以轮盘的中心点作为扇形的圆心、相邻两块叶片的叶根作为扇形的两边，将轮盘划分为多个扇形区域。

参见图6，对待调频向心涡轮的轮缘进行部分挖空处理时，首先将整个轮盘划分为多个扇形区域。具体地，以轮盘的中心点作为扇形的圆心、相邻两块叶片的叶根作为扇形的两边。

步骤S120、以扇形区域的中心线作为对称轴，对每个位于扇形区域内的轮缘进行部分挖空处理。

然后对划分的各个扇形区域内的轮缘进行部分挖空处理。具体地，参见图6，以扇形区域的中心线作为对称轴，对每个位于扇形区域内且处于相邻两块叶片之间的轮缘进行部分挖空处理，使部分挖空处理后的待调频向心涡轮的轮缘形成锯齿形轮缘。

本实施例提供的向心涡轮调频方法，通过对待调频向心涡轮的轮缘进行部分挖空处理，以轮盘的中心点作为扇形的圆心、相邻两块叶片的叶根作为扇形的两边，将轮盘划分为多个扇形区域；以扇形区域的中心线作为对称轴，对每个位于扇形区域内且处于相邻的叶片之间的轮缘进行挖空处理，从而调整待调频向心涡轮的高阶固有频率，使调整后的高阶固有频率与激振频率形成一定的频率差，从而有效避免向心涡轮发生共振危险，同时减轻了涡轮的重量、减小了离心载荷以及气动轴向力，并且对向心涡轮的性能影响较小。本实施例提供的向心涡轮调频方法，可有效避免共振的发生、且重量轻、性能影响小。

优选地，请见图4，本实施例提出的向心涡轮调频方法，步骤S100之前包括：

步骤S100A、对待调频向心涡轮进行模态分析，确定待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸。

对待调频向心涡轮进行模态分析，确定待调频向心涡轮是否需要进行部分挖空处理以及对待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸。其中，模态分析包括模态计算和分析的过程，首先对待调频向心涡轮进行模态计算，根据模态计算的结果，判断待调频向心涡轮的向心涡轮模型是否需要调频，若待调频向心涡轮的向心涡轮模型不需要调频，则整个流程结束。若待调频向心涡轮的向心涡轮模型需要调频，则确定待调频向心涡轮的向心涡轮模型需要调频的高阶固有频率和振型，根据确定的待调频向心涡轮的向心涡轮模型的高阶固有频率和振型，设计向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸，再次对部分挖空处理后的向心涡轮模型进行模态分析，获取进行部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度以及预设在数据库中的共振评定标准要求，其中，共振频率是指向心涡轮发生共振时的频率，是向心涡轮以最大振幅做振动的情形。共振频率裕度是在共振频率的基础上再留有一定余地的程度，即允许存在的固有高阶频率与激振频率之间的频率差值。若待调频向心涡轮的共振频率裕度满足共振评定标准要求，则证明进行部分挖空处理后的向心涡轮模型可以采用，根据该向心涡轮模型，即可确定待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸；若待调频向心涡轮的共振频率裕度不满足共振评定标准要求，则证明进行部分挖空处理后的向心涡轮模型不可以采用，则需要重新对该向心涡轮模型进行部分挖空处理。

本实施例提供的向心涡轮调频方法，在待调频向心涡轮进行挖空处理前对待调频向心涡轮进行模态计算，从而提前确认待调频向心涡轮的向心涡轮模型，并根据向心涡轮模型中轮缘形状和尺寸，一次就可对待调频向心涡轮进行部分挖空处理，从而节省人力和物力。

具体地，如图7所示，本实施例提出的向心涡轮调频方法，步骤S100A包括：

步骤S110A、构建与待调频向心涡轮相对应的向心涡轮模型。

构建与待调频向心涡轮相对应的三维虚拟向心涡轮模型。

步骤S120A、对向心涡轮模型进行模态计算。

对构建的向心涡轮模型进行模态计算，分析向心涡轮模型的机械结构振动特性。在本实施例中，通过分析向心涡轮模型的机械结构振动特性，建立已知激励频率条件下的响应预测模型，进而预测向心涡轮模型在实际工作状态下的动力学特性。

步骤S130A、根据模态计算的结果，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率。

根据预测向心涡轮模型在实际工作状态下的动力学特性，得到向心涡轮模型在不同转速条件下的一系列的模态频率值和对应的模态，对向心涡轮模型进行模态形状的比较得到模态频率和形状随转速变化的关系，成功画出坎贝尔图(Campbell)。结合画出的向心涡轮模型的坎贝尔图，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率。

步骤S140A、根据获取的向心涡轮模型在该高阶阶次下的振型及高阶固有频率，确定向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸。

根据获取的向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率，获取在该高阶阶次下的向心涡轮模型的振型及高阶固有频率，确定向心涡轮模型部分挖空处理时所需的轮缘形状和大小。

本实施例提供的向心涡轮调频方法，通过构建与待调频向心涡轮相对应的向心涡轮模型；对向心涡轮模型进行模态计算；根据模态计算的结果，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；根据获取的向心涡轮模型在该高阶阶次下的振型及高阶固有频率，确定向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸，以获取待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸，以调整待调频向心涡轮的高阶固有频率，使调整后的高阶固有频率与激振频率形成一定的频率差，从而有效避免向心涡轮发生共振危险，同时减轻了涡轮的重量、减少了离心载荷以及气动轴向力，并且对向心涡轮的性能影响较小。本发明提供的向心涡轮调频方法，可有效避免共振的发生、减少离心载荷及气动轴向力、且重量轻、性能影响小。

具体地，如图8所示，本实施例提出的向心涡轮调频方法，步骤S140A包括：

步骤S141A、对部分挖空处理后的向心涡轮模型进行模态计算，获取部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度。

对向心涡轮模型的挖空区域的形状和大小的确定过程，是一个不断迭代优化的过程。在本实施例中，对向心涡轮模型的轮缘进行部分挖空处理需要结合模态计算来确定。首先逐次分阶段对向心涡轮模型的轮缘进行部分挖空处理和模态计算，然后再获取部分挖空处理后的向心涡轮模型在各个阶段中的共振频率裕度。其中，各个阶段可分为粗挖空阶段、半精挖空阶段和精挖空阶段。其中，共振频率是指向心涡轮发生共振时的频率，是向心涡轮以最大振幅做振动的情形。共振发生时向心涡轮的固有频率与激振频率接近。共振频率裕度是在共振频率的基础上再留有一定余地的程度，即允许存在的差值，共振频率裕度越大，越不易发生共振。

步骤S142A、将共振频率裕度与预设的共振评定标准进行比较，判断共振频率裕度是否满足共振评定标准要求。

将获取的部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度与预设在数据库中的共振评定标准要求进行比较，判断共振频率裕度是否满足共振评定标准要求。

步骤S143A、若共振频率裕度满足共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸可采用。

将获取的部分挖空处理的向心涡轮模型的共振频率裕度和预设在数据库中的共振评定标准要求进行比较，若获取的部分挖空处理的向心涡轮模型的共振频率裕度满足共振评定标准要求，则证明部分挖空处理的向心涡轮可以采用，不必要再对向心涡轮模型的轮缘进行部分挖空处理，整个模态分析过程结束。

步骤S144A、若共振频率裕度不满足共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸不可采用，需重新调整挖空的轮缘形状和尺寸，直至部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度满足共振评定标准要求。

将获取的部分挖空处理的向心涡轮模型的共振频率裕度和预设在数据库中的共振评定标准要求进行比较，若获取的部分挖空处理的向心涡轮模型的共振频率裕度不满足共振评定标准要求，则证明部分挖空处理的向心涡轮模型的挖空区域的形状和大小不可以采用，此时需重新调整部分挖空处理的挖空区域的形状和大小，并重新对调整部分挖空处理的挖空区域的形状和大小进行模态分析，直至调整的部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度满足共振评定标准要求。

本实施例提供的向心涡轮调频方法，对部分挖空处理后的向心涡轮模型进行模态计算，获取部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度；将共振频率裕度与预设的共振评定标准进行比较，判断共振频率裕度是否满足共振评定标准要求；若共振频率裕度满足共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸可采用；若共振频率裕度不满足共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸不可采用，需重新调整挖空的轮缘形状和尺寸，直至部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度满足共振评定标准要求，从而通过计算机仿真技术最终获取挖空时所需的轮缘形状和尺寸，并根据获取的轮缘形状和尺寸以调整待调频向心涡轮的高阶固有频率，使调整后的高阶固有频率与激振频率形成一定的频率差，从而有效避免向心涡轮发生共振危险，同时减轻涡轮的重量、减少离心载荷以及气动轴向力，并且对向心涡轮的性能影响较小。

进一步地，如图9所示，本实施例提供的向心涡轮调频方法，在步骤S120A之后、步骤S130A之前还包括步骤：

S131A、根据模态计算的结果，判断向心涡轮模型是否需要调频。

S132A、若向心涡轮模型不需要调频时，则不需要获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率。

S133A、若向心涡轮模型需要高阶调频时，则结合待调频向心涡轮的坎贝尔图，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率。

本实施例提供的向心涡轮调频方法，根据模态计算的结果，判断向心涡轮模型是否需要调频；若向心涡轮模型不需要调频时，则不需要获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；若向心涡轮模型需要高阶调频时，则结合待调频向心涡轮的坎贝尔图，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率。本实施例提供的向心涡轮调频方法，在待调频向心涡轮进行挖空处理前对待调频向心涡轮进行模态计算，判断向心涡轮模型是否需要调频处理，若不需要调频处理，则可相应可节省人力和时间；若需要调频处理，则获取心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率，设计向心涡轮模型部分挖空处理时的形状和大小，有效避免向心涡轮发生共振危险。

优选地，如图10所示，本发明还提供一种向心涡轮调频装置，应用于终端设备中，终端设备可以为台式电脑、手机或笔记本电脑等，该向心涡轮调频装置包括：

确定模块10，用于对待调频向心涡轮进行模态分析，确定待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸，以对待调频向心涡轮的高阶固有频率进行调整。

对待调频向心涡轮进行振型模型，获取向心涡轮在高阶振动时的振型图，如图3所示，图3为向心涡轮高阶振动时的典型高阶振型图，从该高阶振型图可以看出，向心涡轮的高阶振动主要表现为叶片和轮缘参与的耦合振动，因此，改变轮缘的形状可以起到比较明显的高阶固有频率调整的作用。在本实施例中，通过确定模块10对待调频向心涡轮进行模态分析，确定待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸。其中，模态分析包括模态计算和分析的过程，首先对待调频向心涡轮进行模态计算，根据模态计算的结果，判断待调频向心涡轮的向心涡轮模型是否需要调频，若待调频向心涡轮的向心涡轮模型不需要调频，则整个流程结束。若待调频向心涡轮的向心涡轮模型需要调频，则确定待调频向心涡轮的向心涡轮模型需要调频的高阶固有频率和振型，根据确定的待调频向心涡轮的向心涡轮模型的高阶固有频率和振型，设计向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸，再次对部分挖空处理后的向心涡轮模型进行模态分析，获取进行部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度以及预设在数据库中的共振评定标准要求，其中，共振频率是指向心涡轮发生共振时的频率，是向心涡轮以最大振幅做振动的情形。共振频率裕度是在共振频率的基础上再留有一定余地的程度，即允许存在的固有高阶频率与激振频率之间的频率差值。若待调频向心涡轮的共振频率裕度满足共振评定标准要求，则证明进行部分挖空处理后的向心涡轮模型可以采用，根据该向心涡轮模型，即可确定待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸；若待调频向心涡轮的共振频率裕度不满足共振评定标准要求，则证明进行部分挖空处理后的向心涡轮模型不可以采用，则需要重新对该向心涡轮模型进行部分挖空处理。

本实施例提供的向心涡轮调频装置，在待调频向心涡轮进行挖空处理前对待调频向心涡轮进行模态计算，从而提前确认待调频向心涡轮的向心涡轮模型，并根据向心涡轮模型中轮缘形状和尺寸，一次就可对待调频向心涡轮进行部分挖空处理，从而节省人力和物力。

进一步地，请见图10，本实施例提供的向心涡轮调频装置，确定模块10包括：

构建单元11，用于构建与待调频向心涡轮相对应的向心涡轮模型；

模态计算单元12，用于对向心涡轮模型进行模态计算；

频率获取单元13，用于根据模态计算的结果，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；

确定单元14，用于根据获取的向心涡轮模型在该高阶阶次下的振型及高阶固有频率，确定向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸。

构建单元11构建与待调频向心涡轮相对应的三维虚拟向心涡轮模型。

模态计算单元12对构建的向心涡轮模型进行模态计算，分析向心涡轮模型的机械结构振动特性。在本实施例中，通过分析向心涡轮模型的机械结构振动特性，建立已知激励频率条件下的响应预测模型，进而预测向心涡轮模型在实际工作状态下的动力学特性。

频率获取单元13根据预测向心涡轮模型在实际工作状态下的动力学特性，得到向心涡轮模型在不同转速条件下的一系列的模态频率值和对应的模态，对向心涡轮模型进行模态形状的比较得到模态频率和形状随转速变化的关系，成功画出坎贝尔图Campbell。结合画出的向心涡轮模型的坎贝尔图，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率。

确定单元14根据获取的向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率，获取在该高阶阶次下的向心涡轮模型的振型及高阶固有频率，确定向心涡轮模型部分挖空处理时所需的轮缘形状和大小。

本实施例提供的向心涡轮调频装置，通过构建与待调频向心涡轮相对应的向心涡轮模型；对向心涡轮模型进行模态计算；根据模态计算的结果，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；根据获取的向心涡轮模型在该高阶阶次下的振型及高阶固有频率，确定向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸，以获取待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸，以调整待调频向心涡轮的高阶固有频率，使调整后的高阶固有频率与激振频率形成一定的频率差，从而有效避免向心涡轮发生共振危险，同时减轻了涡轮的重量、减少了离心载荷以及气动轴向力，并且对向心涡轮的性能影响较小。本发明提供的向心涡轮调频装置，可有效避免共振的发生、减少离心载荷及气动轴向力、且重量轻、性能影响小。

具体地，如图11所示，本实施例提供的向心涡轮调频装置，确定单元14包括：

获取子单元141，用于对部分挖空处理后的向心涡轮模型进行模态计算，获取向心涡轮模型的共振频率裕度；

判断子单元142，用于将共振频率裕度与预设的共振评定标准进行比较，判断共振频率裕度是否满足共振评定标准要求；

第一证明子单元143，用于若共振频率裕度满足共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸可采用；

第二证明子单元144，用于若共振频率裕度不满足共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸不可采用，需重新调整挖空的轮缘形状和尺寸，直至部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度满足共振评定标准要求。

对向心涡轮模型的挖空区域的形状和大小的确定过程，是一个不断迭代优化的过程。在本实施例中，对向心涡轮模型的轮缘进行部分挖空处理需要结合模态计算来确定。获取子单元141首先逐次分阶段对向心涡轮模型的轮缘进行部分挖空处理和模态计算，然后再获取部分挖空处理后的向心涡轮模型在各个阶段中的共振频率裕度。其中，各个阶段可分为粗挖空阶段、半精挖空阶段和精挖空阶段。其中，共振频率是指向心涡轮发生共振时的频率，是向心涡轮以最大振幅做振动的情形。共振发生时向心涡轮的固有频率与激振频率接近。共振频率裕度是在共振频率的基础上再留有一定余地的程度，即允许存在的差值，共振频率裕度越大，越不易发生共振。

判断子单元142将获取的部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度与预设在数据库中的共振评定标准要求进行比较，判断共振频率裕度是否满足共振评定标准要求。

第一证明子单元143将获取的部分挖空处理的向心涡轮模型的共振频率裕度和预设在数据库中的共振评定标准要求进行比较，若获取的部分挖空处理的向心涡轮模型的共振频率裕度满足共振评定标准要求，则证明部分挖空处理的向心涡轮可以采用，不必要再对向心涡轮模型的轮缘进行部分挖空处理，整个模态分析过程结束。

第二证明子单元144将获取的部分挖空处理的向心涡轮模型的共振频率裕度和预设在数据库中的共振评定标准要求进行比较，若获取的部分挖空处理的向心涡轮模型的共振频率裕度不满足共振评定标准要求，则证明部分挖空处理的向心涡轮模型的挖空区域的形状和大小不可以采用，此时需重新调整部分挖空处理的挖空区域的形状和大小，并重新对调整部分挖空处理的挖空区域的形状和大小进行模态分析，直至调整的部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度满足共振评定标准要求。

本实施例提供的向心涡轮调频装置，对部分挖空处理后的向心涡轮模型进行模态计算，获取部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度；将共振频率裕度与预设的共振评定标准进行比较，判断共振频率裕度是否满足共振评定标准要求；若共振频率裕度满足共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸可采用；若共振频率裕度不满足共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸不可采用，需重新调整挖空的轮缘形状和尺寸，直至部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度满足共振评定标准要求，从而通过计算机仿真技术最终获取挖空时所需的轮缘形状和尺寸，并根据获取的轮缘形状和尺寸以调整待调频向心涡轮的高阶固有频率，使调整后的高阶固有频率与激振频率形成一定的频率差，从而有效避免向心涡轮发生共振危险，同时减轻涡轮的重量、减少离心载荷以及气动轴向力，并且对向心涡轮的性能影响较小。

具体地，如图12所示，本实施例提供的向心涡轮调频装置，确定模块10还包括：

判断单元16，用于根据模态计算的结果，判断向心涡轮模型是否需要调频；

第一频率处理单元17，用于若向心涡轮模型不需要调频时，则不需要获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；

第二频率处理单元18，用于若向心涡轮模型需要高阶调频时，则结合待调频向心涡轮的坎贝尔图，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率。

本实施例提供的向心涡轮调频装置，根据模态计算的结果，判断向心涡轮模型是否需要调频；若向心涡轮模型不需要调频时，则不需要获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；若向心涡轮模型需要高阶调频时，则结合待调频向心涡轮的坎贝尔图，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率。本实施例提供的向心涡轮调频装置，在待调频向心涡轮进行挖空处理前对待调频向心涡轮进行模态计算，判断向心涡轮模型是否需要调频处理，若不需要调频处理，则可相应可节省人力和时间；若需要调频处理，则获取心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率，设计向心涡轮模型部分挖空处理时的形状和大小，有效避免向心涡轮发生共振危险。

优选地，如图13所示，本发明还提供一种向心涡轮，该向心涡轮包括轮盘及设置于轮盘上的多个叶片1，多个叶片1均匀分布于轮盘的侧壁上，轮盘包括设置于轮盘中央的轮毂2及设置于轮盘外周向上的轮缘3，处于相邻两块叶片1之间的轮缘3上开设有用于调整向心涡轮高阶固有频率的缺口5。

本实施例提供的向心涡轮，通过在处于相邻两块叶片之间的轮上开设用于调整向心涡轮高阶固有频率的缺口，以调整待调频向心涡轮的高阶固有频率，从而使调整后的高阶固有频率与激振频率形成一定的频率差，有效避免向心涡轮发生共振危险，同时减轻了涡轮的重量、减少了离心载荷以及气动轴向力，并且对向心涡轮的性能影响较小。本实施例提供的向心涡轮，可有效避免共振的发生、减少离心载荷及气动轴向力、且重量轻、性能影响小。

进一步地，参见图13，本实施例提供的向心涡轮，缺口5周向均匀分布于轮缘3上，使轮缘3形成锯齿形轮缘。在本实施例中，通过锯齿形轮缘使向心涡轮转动平衡，同时减轻涡轮的重量、减少了离心载荷以及气动轴向力，并且对向心涡轮的性能影响较小。

可选地，请见图13，本实施例提供的向心涡轮，叶片1与轮盘的连接处设置有叶根倒圆4，缺口5的两端边缘分别到相邻的叶根倒圆4的距离相等，且该距离大于叶根倒圆4的半径，从而减小对向心涡轮叶根处静强度的影响。并且为了防止挖空后的轮盘出现应力集中，在挖空区域的底部设置有一定的弧度，在挖空时让该挖空区域的底部不可以为尖角。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种向心涡轮调频方法，应用于待调频向心涡轮中，待调频向心涡轮包括轮盘及设置于轮盘上的多个叶片，多个叶片均匀分布于轮盘的侧壁上，轮盘包括设置于轮盘中央的轮毂及设置于轮盘外周向上的轮缘，叶片与轮盘的连接处设置有叶根倒圆，

其特征在于，包括步骤：

根据向心涡轮在高阶振动时的高阶振形图，确定向心涡轮的高阶振动主要表现为叶片和轮缘参与的耦合振动，从而将待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理，以对所述待调频向心涡轮的高阶固有频率进行调整。

2.根据权利要求1所述的向心涡轮调频方法，其特征在于，

对周向分布的相邻两块叶片之间参与振动的所述轮缘均进行部分挖空处理，使部分挖空处理后的所述轮缘上形成锯齿形轮缘。

3.根据权利要求1所述的向心涡轮调频方法，其特征在于，

对所述轮缘进行部分挖空处理，使所述部分挖空处理后的所述轮缘的挖空位置的两端边缘分别到相邻的叶根倒圆的距离相等，且该距离大于所述叶根倒圆的半径。

4.根据权利要求3所述的向心涡轮调频方法，其特征在于，

所述轮缘的挖空位置的底部具有弧度。

5.根据权利要求1所述的向心涡轮调频方法，其特征在于，

将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理的步骤包括：

以轮盘的中心点作为扇形的圆心、相邻两块所述叶片的叶根作为扇形的两边，将所述轮盘划分为多个扇形区域；

以所述扇形区域的中心线作为对称轴，对每个位于所述扇形区域内的所述轮缘进行部分挖空处理。

6.根据权利要求1所述的向心涡轮调频方法，其特征在于，

将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理的步骤之前还包括：

对所述待调频向心涡轮进行模态分析，确定所述待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸。

7.根据权利要求6所述的向心涡轮调频方法，其特征在于，

所述对所述待调频向心涡轮进行模态分析，确定所述待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸的步骤包括：

构建与所述待调频向心涡轮相对应的向心涡轮模型；

对所述向心涡轮模型进行模态计算；

根据所述模态计算结果，获取所述向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；

根据获取的所述向心涡轮模型在该高阶阶次下的振型及高阶固有频率，确定所述向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸。

8.根据权利要求7所述的向心涡轮调频方法，其特征在于，

所述根据获取的所述向心涡轮模型在该高阶阶次下的振型及高阶固有频率，确定所述向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸的步骤包括：

对部分挖空处理后的所述向心涡轮模型进行模态计算，获取部分挖空处理后的所述向心涡轮模型的共振频率裕度；

将所述共振频率裕度与预设的共振评定标准进行比较，判断所述共振频率裕度是否满足所述共振评定标准要求；

若所述共振频率裕度满足所述共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸可采用；

若所述共振频率裕度不满足所述共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸不可采用，需重新调整挖空的轮缘形状和尺寸，直至部分挖空处理后的所述向心涡轮模型的共振频率裕度满足所述共振评定标准要求。

9.根据权利要求7所述的向心涡轮调频方法，其特征在于，

所述对所述向心涡轮模型进行模态计算的步骤之后，以及所述获取所述向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率的步骤之前还包括：

根据所述模态计算的结果，判断所述向心涡轮模型是否需要调频；

若所述向心涡轮模型不需要调频时，则不需要获取所述向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；

若所述向心涡轮模型需要高阶调频时，则结合所述待调频向心涡轮的坎贝尔图，获取所述向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率。

10.一种向心涡轮调频装置，其特征在于，采用权利要求1-9任一所述的向心涡轮调频方法，包括：

确定模块(10)，用于对待调频向心涡轮进行模态分析，确定所述待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸，以对所述待调频向心涡轮的高阶固有频率进行调整。

11.根据权利要求10所述的向心涡轮调频装置，其特征在于，

所述确定模块(10)包括：

构建单元(11)，用于构建与所述待调频向心涡轮相对应的向心涡轮模型；

模态计算单元(12)，用于对所述向心涡轮模型进行模态计算；

频率获取单元(13)，用于根据所述模态计算结果，获取所述向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；

确定单元(14)，用于根据获取的所述向心涡轮模型在该高阶阶次下的振型及高阶固有频率，确定所述向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸。

12.根据权利要求11所述的向心涡轮调频装置，其特征在于，

所述确定单元(14)包括：

获取子单元(141)，用于对部分挖空处理后的所述向心涡轮模型进行模态计算，获取所述向心涡轮模型的共振频率裕度；

判断子单元(142)，用于将所述共振频率裕度与预设的共振评定标准进行比较，判断所述共振频率裕度是否满足所述共振评定标准要求；

第一证明子单元(143)，用于若所述共振频率裕度满足所述共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸可采用；

第二证明子单元(144)，用于若所述共振频率裕度不满足所述共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸不可采用，需重新调整挖空的轮缘形状和尺寸，直至部分挖空处理后的所述向心涡轮模型的共振频率裕度满足所述共振评定标准要求。

13.根据权利要求11所述的向心涡轮调频装置，其特征在于，

所述确定模块(10)还包括：

判断单元(16)，用于根据所述模态计算的结果，判断所述向心涡轮模型是否需要调频；

第一频率处理单元(17)，用于若所述向心涡轮模型不需要调频时，则不需要获取所述向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；

第二频率处理单元(18)，用于若所述向心涡轮模型需要高阶调频时，则结合所述待调频向心涡轮的坎贝尔图，获取所述向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率。