CN110905852A - 一种动调轴流风机动叶三维造型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动调轴流风机动叶三维造型方法，根据动叶可调轴流风机动叶型号选择翼型；按照选择翼型的坐标确定翼型中线，以翼型中线为基准，计算得到叶片吸力面和压力面的叶型轮廓点；利用三次样条曲线生成二维平面叶型并进行前缘、尾缘修正；将拟合后的二维平面翼型进行重心积叠，并调整翼型中线与x轴的夹角，使其等于计算所得的各截面翼型安装角；利用Solidworks包覆功能将二维平面翼型弯曲成三维轮廓曲线，并进行放样构建三维扭曲叶片造型。简化了动调轴流风机动叶的建模流程，无需任何补偿，即可完成动调轴流风机动叶的三维造型，并能减小叶片三维造型与理论计算的误差，提升了叶片造型的效率。

Description

一种动调轴流风机动叶三维造型方法

技术领域

本发明涉及一种旋转机械设备技术，尤其涉及一种动调轴流风机动叶三维造型方法，用于多种轴流风机及压气机叶片设计中。

背景技术

动调轴流风机因具有多工况整体性能高、流量大和易调节的优点而广泛应用于冶金、电力和煤矿等工业，并且在热电厂、矿井、隧道等都发挥了良好的节能作用。

动叶是动调风机能量转化的主要部件，为了满足不同安装角下风机良好的气动性能，叶片翼型各异，叶片外表曲面复杂，叶片整体呈扭曲状，各截面弦长和弯曲角也各不相同，因此构建扭曲叶片的三维造型过程复杂，对于造型的方法更是引起研究者广泛关注。

现有技术中的方法至少存在以下缺点：

动调轴流风机动叶的建模流程复杂、叶片三维造型与理论计算的误差大、叶片造型的效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种动调轴流风机动叶三维造型方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的动调轴流风机动叶三维造型方法，包括步骤：

A、根据动叶可调轴流风机动叶型号选择翼型，获取翼型坐标；

B、按照翼型坐标确定翼型中线，并以此中线为基准，计算叶片吸力面和压力面的叶型轮廓点；

C、利用三次样条曲线生成二维平面叶型并进行前缘、尾缘修正。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的动调轴流风机动叶三维造型方法，简化了动调轴流风机动叶的建模流程，造型方便，无需任何补偿，即可完成动调轴流风机动叶的三维造型，并能减小叶片三维造型与理论计算的误差，为多种轴流风机及压气机的叶片设计提供了新的方案支持，并能提升了叶片造型的效率。

附图说明

图1为本发明实施例中使用叶片截面弯曲理论示意图；

图2为本发明使用Solidworks的包覆功能与理论验证示意图；

图3为本发明通过包覆功能得到的三维轮廓曲线与通过投影曲线得到的轮廓曲线进行对比示意图；

其中：图3(a)为前缘三维轮廓曲线对比示意图；图3(b)为尾缘三维轮廓曲线对比示意图；

图4为本发明使用SolidWorks绘制的轮毂截面二维平面翼型示意图；

其中：虚线轮廓为轮毂截面二维平面翼型；实线轮廓为根据安装角对翼型进行调整后的轮毂截面二维平面翼型。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的动调轴流风机动叶三维造型方法，其较佳的具体实施方式是：

包括步骤：

A、根据动叶可调轴流风机动叶型号选择翼型，获取翼型坐标；

B、按照翼型坐标确定翼型中线，并以此中线为基准，计算叶片吸力面和压力面的叶型轮廓点；

C、利用三次样条曲线生成二维平面叶型并进行前缘、尾缘修正。

还包括步骤：

D、以上视基准面为基准，从叶根到叶尖处分别以等距圆弧截面半径为距离建立7个平面基准面，在前基准面上建立草图，绘制轮毂所在圆和叶顶所在圆，对7个圆进行曲面拉伸，得到7个圆弧截面；

E、根据步骤A计算得到的翼型坐标，在7个平面截面处绘制二维平面翼型。

还包括步骤：

F、以草图原点为起点水平绘制弦长，分别以弦长两端端点为圆心，翼型中线半径为半径画圆，两圆相交于两点，以下交点为圆心，翼型中线半径为半径画圆，弦长截到的劣弧为翼型中线；

G、用智能尺寸测量弦长两端的翼型中线半径间的弯曲角，对翼型中线半径进行圆周阵列，跨距为弯曲角，并根据不同标准叶型的占比不同，进行不同程度的等分，将弯曲角按需等分；

H、延长等分线绘制构造线，在构造线上截取y坐标值长度，得到翼型吸力面和压力面轮廓各点，将得到的吸力面和压力面各点利用三次样条曲线依次连接成曲线，形成二维平面叶型。

还包括步骤：

J、根据弯曲理论将计算得到的二维平面翼型各点坐标值相对应转化为三维轮廓曲线的坐标值；

K、将拟合后的二维平面翼型进行重心积叠，并调整翼型中线与x轴的夹角，使其等于计算所得的各截面翼型安装角；

L、将叶根部至叶尖部之间多个三维轮廓曲线拉伸拟合形成三维扭曲叶片。

还包括步骤：

M、对形成的二维平面翼型进行评估可得到基体的重心位置的x、y坐标，根据得到的重心坐标调整草图的二维平面翼型位置，使重心位于草图原点，将各截面二维平面翼型重心在基准轴上积叠；

N、利用包覆指令将各二维平面翼型弯曲到对应的圆弧截面上；

P、对在圆弧截面上形成的弯曲后的三维轮廓曲线进行曲面拉伸，依次选择弯曲后的轮廓曲线，使各截面的轮廓曲线拟合成曲面得到三维扭曲叶片造型。

还包括步骤：

Q、得到的三维轮廓曲线与通过投影曲线得到的轮廓曲线进行对比。

本发明的动调轴流风机动叶三维造型方法，针对动调轴流风机动叶造型方法，建立叶片截面弯曲理论，利用SolidWorks的包覆功能，确定动叶三维轮廓曲线，简化了动调轴流风机动叶的建模流程，造型方便，无需任何补偿，即可完成动调轴流风机动叶的三维造型，并能减小叶片三维造型与理论计算的误差，为多种轴流风机及压气机的叶片设计提供了新的方案支持，并能提升了叶片造型的效率。

本发明的动调轴流风机动叶三维造型方法，建立叶片截面弯曲理论，将三维轮廓曲线贴合理论计算的叶片数据弯曲到各个基元圆弧截面上的尺寸，进而提高后续的气动分析结果的准确度和可靠，并通过Solidworks的包覆功能加以实现，整体提升了叶片造型的效率和准确性。

本发明的动调轴流风机动叶造型方法，从轴流风机叶型选择到二维叶型绘制，再运用叶片截面弯曲理论，将二维叶型坐标转化为三维轮廓曲线坐标，通过Solidworks的包覆功能拉伸三维轮廓，进而得到整个三维叶片造型，简化建模流程，造型方便，无需复杂计算和修正，即可完成叶片造型。

具体实施例：

表1为本发明选择翼型的翼型坐标；

二维平面翼型和三维轮廓曲线相对应的两段曲线控制点为

二维平面翼型向三维轮廓曲线弯曲转化过程中，y坐标值在三维坐标系未发生变化，平面翼型值为弯曲后得到的圆弧弧长值。三维轮廓曲线上的圆弧段的三维坐标函数可根据圆弧截面方程得出，圆弧截面上的一段圆弧弧长通过函数和积分可得。

如图1至图4所示：

本发明提供了一种动调轴流风机动叶三维造型方法，又可以叫弯曲理论法建模方法，具体可以包括如下步骤

步骤一、根据动叶可调轴流风机动叶型号选择翼型，获取翼型坐标；

步骤二、按照翼型坐标确定翼型中线，并以此中线为基准，计算叶片吸力面和压力面的叶型轮廓点；

步骤三、利用三次样条曲线生成二维平面叶型并进行前缘、尾缘修正；

步骤四、以上视基准面为基准，从叶根到叶尖处分别以等距圆弧截面半径为距离建立7个平面基准面。在前基准面上建立草图，绘制轮毂所在圆和叶顶所在圆，对7个圆进行曲面拉伸，得到7个圆弧截面；

步骤五、根据计算得到的翼型坐标，在7个平面截面处绘制二维平面翼型；

步骤六、以草图原点为起点水平绘制弦长，分别以弦长两端端点为圆心，翼型中线半径为半径画圆，两圆相交于两点，以下交点为圆心，翼型中线半径为半径画圆，弦长截到的劣弧为翼型中线；

步骤七、用智能尺寸测量弦长两端的翼型中线半径间的弯曲角，对翼型中线半径进行圆周阵列，跨距为弯曲角，并根据不同标准叶型的占比不同，进行不同程度的等分，将弯曲角按需等分；

步骤八、延长等分线绘制构造线，在构造线上截取y坐标值长度，得到翼型吸力面和压力面轮廓各点。将得到的吸力面和压力面各点利用三次样条曲线依次连接成曲线，形成二维平面叶型；

步骤九、根据弯曲理论将计算得到的二维平面翼型各点坐标值相对应转化为三维轮廓曲线的坐标值；

步骤十、将拟合后的二维平面翼型进行重心积叠，并调整翼型中线与x轴的夹角，使其等于计算所得的各截面翼型安装角；

步骤十一、将叶根部至叶尖部之间多个三维轮廓曲线拉伸拟合形成三维扭曲叶片；

步骤十二、对形成的二维平面翼型进行评估可得到基体的重心位置的x、y坐标，根据得到的重心坐标调整草图的二维平面翼型位置，使重心位于草图原点，将各截面二维平面翼型重心在基准轴上积叠；

步骤十三、利用“包覆”指令将各二维平面翼型弯曲到对应的圆弧截面上；

步骤十四、对在圆弧截面上形成的弯曲后的三维轮廓曲线进行“曲面拉伸”，依次选择弯曲后的轮廓曲线，使各截面的轮廓曲线拟合成曲面得到三维扭曲叶片造型；

步骤十五、得到的三维轮廓曲线与通过投影曲线得到的轮廓曲线进行对比；对比结果如附图3；

因此，本发明的基于弯曲理论构造动调轴流风机动叶三维造型方法，显著改善动叶所带来的尺寸误差，叶片表面的精确复杂型面使得机体空腔流道流域更加合理，满足气动性能以及效率要求；另外，可根据气动结果及工艺制造要求，方便的调整空腔的结构尺寸，避免误差。

表1

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种动调轴流风机动叶三维造型方法，其特征在于，包括步骤：

A、根据动叶可调轴流风机动叶型号选择翼型，获取翼型坐标；

B、按照翼型坐标确定翼型中线，并以此中线为基准，计算叶片吸力面和压力面的叶型轮廓点；

C、利用三次样条曲线生成二维平面叶型并进行前缘、尾缘修正。

2.根据权利要求1所述的动调轴流风机动叶三维造型方法，其特征在于，还包括步骤：

D、以上视基准面为基准，从叶根到叶尖处分别以等距圆弧截面半径为距离建立7个平面基准面，在前基准面上建立草图，绘制轮毂所在圆和叶顶所在圆，对7个圆进行曲面拉伸，得到7个圆弧截面；

E、根据步骤A计算得到的翼型坐标，在7个平面截面处绘制二维平面翼型。

3.根据权利要求2所述的动调轴流风机动叶三维造型方法，其特征在于，还包括步骤：

F、以草图原点为起点水平绘制弦长，分别以弦长两端端点为圆心，翼型中线半径为半径画圆，两圆相交于两点，以下交点为圆心，翼型中线半径为半径画圆，弦长截到的劣弧为翼型中线；

G、用智能尺寸测量弦长两端的翼型中线半径间的弯曲角，对翼型中线半径进行圆周阵列，跨距为弯曲角，并根据不同标准叶型的占比不同，进行不同程度的等分，将弯曲角按需等分；

H、延长等分线绘制构造线，在构造线上截取y坐标值长度，得到翼型吸力面和压力面轮廓各点，将得到的吸力面和压力面各点利用三次样条曲线依次连接成曲线，形成二维平面叶型。

4.根据权利要求3所述的动调轴流风机动叶三维造型方法，其特征在于，还包括步骤：

J、根据弯曲理论将计算得到的二维平面翼型各点坐标值相对应转化为三维轮廓曲线的坐标值；

K、将拟合后的二维平面翼型进行重心积叠，并调整翼型中线与x轴的夹角，使其等于计算所得的各截面翼型安装角；

L、将叶根部至叶尖部之间多个三维轮廓曲线拉伸拟合形成三维扭曲叶片。

5.根据权利要求4所述的动调轴流风机动叶三维造型方法，其特征在于，还包括步骤：

M、对形成的二维平面翼型进行评估可得到基体的重心位置的x、y坐标，根据得到的重心坐标调整草图的二维平面翼型位置，使重心位于草图原点，将各截面二维平面翼型重心在基准轴上积叠；

N、利用包覆指令将各二维平面翼型弯曲到对应的圆弧截面上；

P、对在圆弧截面上形成的弯曲后的三维轮廓曲线进行曲面拉伸，依次选择弯曲后的轮廓曲线，使各截面的轮廓曲线拟合成曲面得到三维扭曲叶片造型。

6.根据权利要求5所述的动调轴流风机动叶三维造型方法，其特征在于，还包括步骤：

Q、得到的三维轮廓曲线与通过投影曲线得到的轮廓曲线进行对比。

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