CN109063352B - 提高汽轮机叶片型面光顺度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高汽轮机叶片型面光顺度的方法，包括以下步骤：S1，获取所有叶片型线；S2，创建叶片进汽边侧或出汽边侧的径向积叠线；S3，调整径向积叠线；S4，平移端部圆弧；S5，衔接新的端部圆弧、内弧以及背弧。本发明提高了汽轮机叶片进汽边侧或者出汽边侧的径向积叠光顺度，从而提高了汽轮机叶片的整体气动效率。

Description

提高汽轮机叶片型面光顺度的方法
技术领域
本发明涉及汽轮机叶片制造技术，特别是涉及一种提高汽轮机叶片型面光顺度的方法。
背景技术
汽轮机是一种以蒸汽为动力、且将蒸汽的热能转化为机械能的旋转式蒸汽动力装置。汽轮机的蒸汽通过叶片将热能转化为机械能，叶片型面对汽轮机通流效率有明显的影响。叶片型面由一组不同高度截面的叶片型线(叶片型线为汽轮机叶片横截面的轮廓线)通过径向积叠成型。
叶片型线通过二维方法设计，现有方法只通过提升单个叶片型线的光顺度以提升汽轮机叶片的通流效率。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种提高汽轮机叶片型面光顺度的方法，提高了汽轮机叶片进汽边侧或者出汽边侧的径向积叠光顺度，从而提高了汽轮机叶片的整体气动效率。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种提高汽轮机叶片型面光顺度的方法，包括以下步骤：
S1，获取所有叶片型线：在一汽轮机叶片上沿叶片高度方向选取多个截面，获取与各高度截面一一对应的叶片型线，叶片型线由内弧、背弧、以及进汽边侧和出汽边侧的两段端部圆弧相连而成；
S2，创建叶片进汽边侧或出汽边侧的径向积叠线：在所有叶片型线同侧的端部圆弧上分别选取移动点，各移动点将端部圆弧分成与内弧相连的第一圆弧和与背弧相连的第二圆弧，在所有叶片型线中，第一圆弧与第二圆弧的比值相同；通过样条曲线将所有移动点连接形成径向积叠线；
S3，调整径向积叠线：获取径向积叠线对应函数的当前阶次，将当前阶次提升至所需阶次，所需阶次对应函数的曲率变化符合叶片所需设计要求，对径向积叠线提升至所需阶次而获得的空间曲线作为调整目标线；
S4，平移端部圆弧：获取每个叶片型线对应的截面与所述调整目标线的交点，在每个叶片型线对应的截面内平移端部圆弧直至端部圆弧上的移动点与所述交点重合，形成新的端部圆弧；
S5，衔接新的端部圆弧、内弧以及背弧：在每个叶片型线对应的截面内，对内弧和新的端部圆弧、背弧和新的端部圆弧进行平滑连接，形成新的叶片型线。
优选地，所述步骤S1中，所有所述叶片型线根据气动参数预先设计。
优选地，所述步骤S1中，所述截面的选取数量为10～30个。
优选地，所述步骤S1中，所述内弧、背弧以及进汽边侧和出汽边侧的两段端部圆弧均为由多个控制点生成的样条曲线。
优选地，所述步骤S2中，将所述端部圆弧的中点作为移动点。
优选地，所述步骤S3中，创建所述径向积叠线对应的曲率参照线，曲率参照线显示径向积叠线的曲率变化情况。
优选地，所述曲率参照线通过三维建模软件的插件程序创建。
优选地，所述步骤S3中，所述调整目标线对应函数的二阶导数连续。
优选地，所述步骤S5中，所述内弧和背弧均由主圆弧段和连接在主圆弧段两端的两段次圆弧段构成；保持内弧的主圆弧段的位置不变，调整内弧的次圆弧段将内弧的主圆弧段和新的端部圆弧平滑连接；保持背弧的主圆弧段的位置不变，调整背弧的次圆弧段将背弧的主圆弧段和新的端部圆弧平滑连接。
优选地，所述步骤S5中，所述内弧的次圆弧段和所述背弧的次圆弧段均为由3～5个控制点生成的样条曲线。
如上所述，本发明的提高汽轮机叶片型面光顺度的方法，具有以下有益效果：本发明的方法对所有叶片型线同侧的端部圆弧进行平移而形成新的端部圆弧，致使新的端部圆弧对应的径向积叠线的曲率变化符合叶片所需设计要求，从而提高了端部圆弧的径向积叠光顺度。因此，由上述新的叶片型线积叠完成的汽轮机叶片三维实体，其叶片型面的光顺度大大提高，其通流效率大大提高，从而其整体气动效率也大大提高。
附图说明
图1显示为本发明的提高汽轮机叶片型面光顺度的方法的流程图；
图2显示为各高度截面上的叶片型线的示意图；
图3显示为叶片型线的示意图；
图4显示为图3中A部分的放大图；
图5显示为未调整的径向积叠线的示意图；
图6显示为调整后的径向积叠线的示意图；
图7显示为径向积叠线对应的曲率参照线的示意图。
元件标号说明
1 叶片型线
1a 内弧
1b 背弧
1c 端部圆弧
2 移动点
3 径向积叠线
4 曲率参照线
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
汽轮机叶片实际是三维实体，具有弯扭掠特性，其通流效率会受到径向积叠光顺度的影响。
如图1、图2、图3以及图4所示，本发明提供一种提高汽轮机叶片型面光顺度的方法，包括以下步骤：
S1，获取所有叶片型线：在一汽轮机叶片上沿叶片高度方向选取多个截面(截面的选取数量根据叶片所述设计要求确定)，获取与各高度截面一一对应的叶片型线1，叶片型线1由内弧1a、背弧1b、以及进汽边侧和出汽边侧的两段端部圆弧1c相连而成；
S2，创建叶片进汽边侧或出汽边侧的径向积叠线：在所有叶片型线同侧(进汽边侧或出汽边侧)的端部圆弧1c上分别选取移动点2(详见图4)，各移动点2将端部圆弧1c分成与内弧1a相连的第一圆弧和与背弧1b相连的第二圆弧，在所有叶片型线中，第一圆弧与第二圆弧的比值相同，该比值可以是第一圆弧的弧长与第二圆弧的弧长之间的比值，也可以是第一圆弧对应的角度与第二圆弧对应的角度之间的比值，例如，在所有叶片型线中，移动点2将端部圆弧1c划分成30％和70％；通过样条曲线将所有移动点连接形成径向积叠线3(详见图2)；
S3，调整径向积叠线：获取径向积叠线对应函数的当前阶次，将当前阶次提升至所需阶次，所需阶次对应函数的曲率变化符合叶片所需设计要求，对径向积叠线提升至所需阶次而获得的空间曲线作为调整目标线；
S4，平移端部圆弧：获取每个叶片型线对应的截面与所述调整目标线的交点，在每个叶片型线对应的截面内平移端部圆弧1c直至端部圆弧1c上的移动点3与所述交点重合，形成新的端部圆弧；
S5，衔接新的端部圆弧、内弧以及背弧：由于内弧1a和背弧1b可能无法与新的端部圆弧衔接上，在每个叶片型线对应的截面内，对内弧1a和新的端部圆弧、背弧1b和新的端部圆弧进行平滑连接，形成新的叶片型线。
本发明的方法对所有叶片型线同侧的端部圆弧1c进行平移而形成新的端部圆弧，致使新的端部圆弧对应的径向积叠线的曲率变化符合叶片所需设计要求，从而提高了端部圆弧的径向积叠光顺度。因此，由上述新的叶片型线积叠完成的汽轮机叶片三维实体，其叶片型面的光顺度大大提高，其通流效率大大提高，从而其整体气动效率也大大提高。
图5显示的是未调整的径向积叠线的示意图，图6显示的是调整后的径向积叠线的示意图，对比两幅附图，显然，图6径向积叠线的光顺度好于图5径向积叠线的光顺度。
上述步骤S1中，所有上述叶片型线1根据气动参数预先设计，叶片型线1的存储格式可以是txt格式，也可以是其他格式，叶片型线1可以通过市场上通用的三维建模软件(UG/SolidWorks/CATIA等)读取。为了便于设计上述内弧1a、背弧1b以及端部圆弧1c，内弧1a、背弧1b以及进汽边侧和出汽边侧的两段端部圆弧1c均为由多个控制点生成的样条曲线。此外，为了明显提高汽轮机叶片的通流效率，同时为了提高所有端部圆弧1c的调整效率，上述截面的选取数量为10～30个，优选的选取数量为11个。
上述步骤S2中，为了便于选取上述移动点2，将端部圆弧1c的中点作为移动点2。此外，可以只创建叶片进汽边侧的径向积叠线，可以只创建出汽边侧的径向积叠线，也可以同时创建叶片进汽边侧和出汽边侧的径向积叠线。
上述步骤S3中，如图7所示，创建上述径向积叠线对应的曲率参照线4，曲率参照线4显示径向积叠线3的曲率变化情况。若径向积叠线3的曲率变化平均，则表示径向积叠线比较光顺，从而说明径向积叠线3的光顺度达到叶片所需设计要求。曲率参照线4可以通过三维建模软件的插件程序创建。此外，上述调整目标线对应函数的二阶导数连续，这样调整目标线才有参考意义。
上述步骤S5中，为了避免破坏汽轮机叶片已经设计好的气动通道，尽量不对汽轮机叶片的吸力面和压力面的型线做较大的调整：所述内弧1a和背弧1b均由主圆弧段和连接在主圆弧段两端的两段次圆弧段构成；保持内弧1a的主圆弧段的位置不变，调整内弧1a的次圆弧段将内弧1a的主圆弧段和新的端部圆弧平滑连接；保持背弧1b的主圆弧段的位置不变，调整背弧1b的次圆弧段将背弧1b的主圆弧段和新的端部圆弧平滑连接。
进一步的，上述内弧1a的次圆弧段和背弧1b的次圆弧段均为由3～5个控制点生成的样条曲线。此时，通过微小移动内弧1a、背弧1b上靠近端部圆弧的3～5个控制点，完成叶片型线的平滑连接。
综上所述，本发明的提高汽轮机叶片型面光顺度的方法提高了汽轮机叶片进汽边侧或者出汽边侧的径向积叠光顺度，从而提高了汽轮机叶片的整体气动效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种提高汽轮机叶片型面光顺度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取所有叶片型线：在一汽轮机叶片上沿叶片高度方向选取多个截面，获取与各高度截面一一对应的叶片型线，叶片型线由内弧、背弧、以及进汽边侧和出汽边侧的两段端部圆弧相连而成；
S2，创建叶片进汽边侧或出汽边侧的径向积叠线：在所有叶片型线同侧的端部圆弧上分别选取移动点，各移动点将端部圆弧分成与内弧相连的第一圆弧和与背弧相连的第二圆弧，在所有叶片型线中，第一圆弧与第二圆弧的比值相同；通过样条曲线将所有移动点连接形成径向积叠线；
S3，调整径向积叠线：获取径向积叠线对应函数的当前阶次，将当前阶次提升至所需阶次，所需阶次对应函数的曲率变化符合叶片所需设计要求，对径向积叠线提升至所需阶次而获得的空间曲线作为调整目标线；
S4，平移端部圆弧：获取每个叶片型线对应的截面与所述调整目标线的交点，在每个叶片型线对应的截面内平移端部圆弧直至端部圆弧上的移动点与所述交点重合，形成新的端部圆弧；
S5，衔接新的端部圆弧、内弧以及背弧：在每个叶片型线对应的截面内，对内弧和新的端部圆弧、背弧和新的端部圆弧进行平滑连接，形成新的叶片型线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S1中，所有所述叶片型线根据气动参数预先设计。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述截面的选取数量为10～30个。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述内弧、背弧以及进汽边侧和出汽边侧的两段端部圆弧均为由多个控制点生成的样条曲线。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S2中，将所述端部圆弧的中点作为移动点。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S3中，创建所述径向积叠线对应的曲率参照线，曲率参照线显示径向积叠线的曲率变化情况。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述曲率参照线通过三维建模软件的插件程序创建。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述调整目标线对应函数的二阶导数连续。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S5中，所述内弧和背弧均由主圆弧段和连接在主圆弧段两端的两段次圆弧段构成；保持内弧的主圆弧段的位置不变，调整内弧的次圆弧段将内弧的主圆弧段和新的端部圆弧平滑连接；保持背弧的主圆弧段的位置不变，调整背弧的次圆弧段将背弧的主圆弧段和新的端部圆弧平滑连接。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述步骤S5中，所述内弧的次圆弧段和所述背弧的次圆弧段均为由3～5个控制点生成的样条曲线。
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