CN114576200A - 一种基于ug设计而成的新型叶轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于UG设计而成的新型叶轮，包括叶轮盘，叶轮盘具有中心转轴端，以中心转轴端为中心，并沿其周向等间距分布有若干对叶片组；每对叶片组包括有相连设置的叶片和分流叶片；分流叶片位于两两叶片之间，两两叶片之间形成流道，叶片具有与所述叶片和分流叶均呈弧状曲线，每个叶片均具有叶片前缘以及叶片底侧，每个分流叶片均具有分流叶片前缘以及分流叶片底侧，流道具有由两叶片前缘形成的进口以及由两叶片底侧形成的出口，进口的宽度小于出口的宽度形成开口逐渐增大的流道，所述流道呈弧形，分流叶片位于流道内且分流叶片前缘不超出所述叶片前缘，所述的叶片和分流叶片均为薄片叶片。本方案更好地控制气体流向，显著提升压气机的工作效率，有效节约能源。

Description

一种基于UG设计而成的新型叶轮
技术领域
本发明涉及涡轮增压的技术领域，特别是一种基于UG设计而成的新型叶轮。
背景技术
燃气涡轮发动机中利用高速旋转的叶片给空气作功以提高空气压力的部件。压气机叶轮叶片的前端部分呈弯曲状称为导轮，起作用是将气体无冲击的导入工作叶轮，减小气流冲击损失。小型增压器的压气机叶轮一般将导轮与工作叶轮制成一体。压气机的叶轮出口有扩压器，使气体在叶轮中获得的动能尽可能多地转化为压力。扩压器分为叶片式和缝隙式两种。压气机的外壳有气流的进口和出口。进口一般呈轴向布置，流道略呈渐缩，以减小进气阻力。出口一般设计成流道沿圆周渐扩的蜗壳状，使高速气流在那里继续扩压，提高增压器的总效率。
现有的压气机叶轮，存在结构设计不合理，会出现叶片工作效率不高，体积上也是偏大等缺陷，影响了压气机的整体性能。
发明内容
本发明提出一种基于UG设计而成的新型叶轮，解决了现有技术中使用过程中存在的上述问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于UG设计而成的新型叶轮，包括叶轮盘，叶轮盘具有中心转轴端，以中心转轴端为中心，并沿其周向等间距分布有若干对叶片组；每对叶片组包括有相连设置的叶片和分流叶片；分流叶片位于两两叶片之间，两两叶片之间形成流道，叶片具有与所述叶片和分流叶均呈弧状曲线，每个叶片均具有叶片前缘以及叶片底侧，每个分流叶片均具有分流叶片前缘以及分流叶片底侧，流道具有由两叶片前缘形成的进口以及由两叶片底侧形成的出口，进口的宽度小于出口的宽度形成开口逐渐增大的流道，所述流道呈弧形，分流叶片位于流道内且分流叶片前缘不超出所述叶片前缘，所述的叶片和分流叶片均为薄片叶片；
根据叶轮的需求，对叶片和分流叶片进行形状设计；方法如下：
根据形状设计布局，确定各种尺寸参数的几何关系，并建立几何关系方程；
利用UG软件的网线网格命令，对叶片和分流叶片进行模型的构造，拟合而成叶片和分流叶片立体模型；
需要多组的叶片组，重复上述步骤即可。
其中，每个叶片均有四条边界曲线构成的凸面和凹面，叶片凹面由A、B、C、D四条边界曲线构成，叶片凸面由A1、B1、C1、D1 边界曲线构成，叶片凸面的A、B、C、D四条边界曲线经首尾相连而成一基面和A1、B1、C1、D1凸面边界曲线经首尾相连而成一基面；
每个分流叶片均有四条边界曲线构成的凸面和凹面， 分流叶片凸面由E、F、G、H四条边界曲线构成，分流叶片凹面由E1、F1、G1、H1边界曲线构成，分流叶片凸面的E、F、G、H四条边界曲线经首尾相连而成基面和分流叶片凹面E1、F1、G1、H1边界曲线经首尾相连而成一基面；
其中，叶片的凹面几何方程如下：
边界曲线A的曲线方程为：
z=24.55-0.34*x-0.024*x^2+0.00077*x^3-2.38*x^4+3.978*x^5-1.50*y-0.069*y^2-0.0013*y^3+1.104*y^4+6.618*y^5；
边界曲线B的曲线方程为：
z=31.29+1.155*x-1.150*x^2+0.352*x^3-0.0367*x^4-0.1599*y-0.0122*y^2-0.00072*y^3-1.959*y^4-1.963*y^5；
边界曲线C的曲线方程为 ：
z=-3642.01+226.97*x-4.786*x^2+0.0342*x^3-23.295*ln(y)+24.3612*(ln(y))^2-10.806*(ln(y))^3+1.897*(ln(y))^4;
边界曲线D的曲线方程为：
z=11.245+0.1048*x-0.3615*x^2+0.02596*x^3-0.000637*x^4+5.2975*x^5-3.2515*y+0.205*y^2+0.02288*y^3-0.002273*y^4-0.000143*y^5。
其中，叶片的凸面使用通过网线网格命令拟合而成的几何方程如下：
边界曲线A1的曲线方程为
z=35.128-0.2824*x-0.03825*x^2+0.001194*x^3-3.1123*x^4+4.3027*x^5-1.111*y-0.07533*y^2-0.001747*y^3+1.3196*y^4+8.9122*y^5；
边界曲线B1的曲线方程为
z=36.4213+2.1766*x-0.2266*x^2+0.4667*x^3-0.1819*x^4+0.03513*x^5+0.7045*y+0.0419*y^2+0.001845*y^3+4.1624*y^4+4.2408*y^5；
边界曲线C1的曲线方程为
z=-64.3837-11.5623*x+0.49704*x^2-0.00469*x^3-4.7584*ln(y)-0.587*(ln(y))^2+5.4179*(ln(y))^3-3.6273*(ln(y))^4+0.8128*(ln(y))^5;
边界曲线D1的曲线方程为
z=73.6207-4.2619*x+0.4853*x^2-0.02987*x^3+0.0007792*x^4-7.6538*x^5+8.5114*y+0.6586*y^2+0.01742*y^3-0.002176*y^4-0.0001673*y^5。
其中，分流叶片的凹面几何方程如下：
边界曲线E的曲线方程为
z=786.539+39.6711*Ln(x)-7.065*(Ln(x))^2+213.2754*y+21.7185*y^2+1.0931*y^3+0.02712*y^4+0.0002645*y^5;
边界曲线F的曲线方程为
z=22.2391-11.3793*x+0.8723*x^2-0.0302*x^3+0.000398*x^4-5.01274*x^5-7.1095*y-0.4328*y^2-0.01238*y^3-0.000128*y^4;
边界曲线G的曲线方程为
z=-592.2+154.335*ln(x)+0.8433*y+0.1388*y^2+0.0049*y^3+8.5373*y^4;
边界曲线H的曲线方程
z=291.3-0.0716*x-0.0599*x^2+0.00214*x^3-2.3174*x^4+3.7511*x^5+62.6113*y+4.8031*y^2+0.1236*y^3。
其中，分流叶片的凸面几何方程如下：边界曲线E1的曲线方程为
Z=-467.62-9.058*x+0.3433*x^2-0.00662*x^3+5.2393*x^4-97.7139*y-6.3008*y^2-0.1837*y^3-0.002049*y^4;
边界曲线F1的曲线方程为
z = 5.8272+0.3559*x-0.007618*x^2-0.0141*y+0.00555*y^2;
边界曲线G1的曲线方程为
z=-3266.66+2.1637*x-1.3937*x^2+0.4403*x^3-0.01366*x^4+0.0001186*x^5-0.1614*y+0.03392*y^2;
边界曲线H1的曲线方程为
z=0.6933-1.2629*x+0.0391*x^2-0.00159*x^3+4.5226*x^4-4.6675*x^5-26.891*y-5.3064*y^2-0.433*y^3-0.0165*y^4-0.0002427*y^5。
优选地，所有的叶片前缘和分流叶片前缘的端面均加工成弧状。
优选地，所述的叶片的厚度整体均匀相同。
优选地，分流叶片的厚度整体均匀相同。
优选地，所述的叶片前缘的侧边连接线构成圆形。
优选地，每个叶片的上侧为受力面，其背面为引导面，受力面为弧状，引导面呈内凹形状。
优选地，所述的叶片和/或分流叶片均具有叶根，该叶根以圆角形式设计，且叶根的宽度大于叶片和分流叶片的其他部位。
综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
通过本方案的合理设计，叶片的大小比现有的叶片更加薄，可以相差1-5mm，通过整体的设计，保证了现有的工作状态不变的情况下，能实现使空气在同比规格增压器中得到更高的压比，还能实现减小整体体积，本方案也能保证强度的情况下，更好地控制气体流向，显著提升压气机的工作效率，有效节约能源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是新型叶轮的整体结构示意图一。
图2是新型叶轮杯的整体结构示意图二。
图3是新型叶轮的整体结构示意图三。
图4是新型叶轮的整体结构示意图四。
图5是一组叶片I、II的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1-5，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1至图4所示，本发明公开了一种基于UG设计而成的新型叶轮100，包括叶轮盘1，叶轮盘1具有中心转轴端7，以中心转轴端7为中心，并沿其周向等间距分布有若干对叶片组；每对叶片组包括有相连设置的叶片2和分流叶片3；分流叶片3位于两两叶片2之间，两两叶片之间形成流道11，所述叶片2和分流叶3均呈弧状曲线，每个叶片2均具有叶片前缘4以及叶片底侧8，每个分流叶片2均具有分流叶片前缘5以及分流叶片底侧7，流道11具有由两叶片前缘形成的进口9以及由两叶片底侧形成的出口10，进口9的宽度小于出口10的宽度形成开口逐渐增大的流道11，所述流道11呈弧形，分流叶片3位于流道内且分流叶片前缘5不超出所述叶片前缘4，所述的叶片2和分流叶片3均为薄片叶片。
上述方案中，分流叶片的设计对叶片吸入的气体进行分流，分流叶片也是弧状结构，实现扩张能力较强的压气机，增压的效果也比现有的强，结合流道11的设计可以实现增强气体在流道内的流通能力，本方案的所述的叶片2和分流叶片3均为薄片叶片可以减少叶轮的整体体积，便于安装的同时，也减少整机的重量，通过合理的控制叶片的各点厚度，改善叶轮的气动性能。
为了提高整体强度，优选地，所述的叶片的厚度整体均匀相同。优选地，分流叶片的厚度整体均匀相同。优选地，所述的叶片和/或分流叶片均具有叶根，该叶根6以圆角形式设计，且叶根的宽度大于叶片和分流叶片的其他部位。
所述的叶片前缘的侧边连接线构成圆形A。每个叶片的上侧为受力面2-1（凸面），其背面为引导面2-2（凹面），受力面为弧状，引导面呈内凹形状。所有的叶片前缘和分流叶片前缘的端面均加工成弧状，通过设计弧状的叶片前缘和分流叶片前缘便于气体流入时比较顺畅无阻碍，利用受力面与引导面的特殊设计，减少阻力，增加流入的速率，更加便于气体流入，提高整体使用的效率。
综上可知，本方案能在满足强度的情况下，可以使叶轮重量减轻。
针对本方案的叶轮设计方案具有实施如下：
根据叶轮的需求，对叶片和分流叶片进行形状设计；
1、 根据形状设计布局，确定各种尺寸参数的几何关系，并建立几何关系方程；
2、利用UG软件的网线网格命令，对叶片和分流叶片进行模型的构造，拟合而成叶片和分流叶片立体模型；
3、需要多组的叶片组，重复上述步骤即可。
其中，每个叶片均有四条边界曲线构成的凸面和凹面，叶片凹面由A、B、C、D四条边界曲线构成，叶片凸面由A1、B1、C1、D1 边界曲线构成，叶片凸面的A、B、C、D四条边界曲线经首尾相连而成一基面和A1、B1、C1、D1凸面边界曲线经首尾相连而成一基面；
每个分流叶片均有四条边界曲线构成的凸面和凹面， 分流叶片凸面由E、F、G、H四条边界曲线构成，分流叶片凹面由E1、F1、G1、H1边界曲线构成，分流叶片凸面的E、F、G、H四条边界曲线经首尾相连而成基面和分流叶片凹面E1、F1、G1、H1边界曲线经首尾相连而成一基面；
图5是一组叶片I、II的示意图，大叶片I的凹面由ABCD四条边界曲线在UG内使用通过网线网格命令拟合而成，边界曲线A的曲线方程为
边界曲线A的曲线方程为：
z=24.55-0.34*x-0.024*x^2+0.00077*x^3-2.38*x^4+3.978*x^5-1.50*y-0.069*y^2-0.0013*y^3+1.104*y^4+6.618*y^5；
边界曲线B的曲线方程为：
z=31.29+1.155*x-1.150*x^2+0.352*x^3-0.0367*x^4-0.1599*y-0.0122*y^2-0.00072*y^3-1.959*y^4-1.963*y^5；
边界曲线C的曲线方程为 ：
z=-3642.01+226.97*x-4.786*x^2+0.0342*x^3-23.295*ln(y)+24.3612*(ln(y))^2-10.806*(ln(y))^3+1.897*(ln(y))^4;
边界曲线D的曲线方程为：
z=11.245+0.1048*x-0.3615*x^2+0.02596*x^3-0.000637*x^4+5.2975*x^5-3.2515*y+0.205*y^2+0.02288*y^3-0.002273*y^4-0.000143*y^5。
其中，大叶片的凸面使用通过网线网格命令拟合而成的几何方程如下：
边界曲线A1的曲线方程为
z=35.128-0.2824*x-0.03825*x^2+0.001194*x^3-3.1123*x^4+4.3027*x^5-1.111*y-0.07533*y^2-0.001747*y^3+1.3196*y^4+8.9122*y^5；
边界曲线B1的曲线方程为
z=36.4213+2.1766*x-0.2266*x^2+0.4667*x^3-0.1819*x^4+0.03513*x^5+0.7045*y+0.0419*y^2+0.001845*y^3+4.1624*y^4+4.2408*y^5；
边界曲线C1的曲线方程为
z=-64.3837-11.5623*x+0.49704*x^2-0.00469*x^3-4.7584*ln(y)-0.587*(ln(y))^2+5.4179*(ln(y))^3-3.6273*(ln(y))^4+0.8128*(ln(y))^5;
边界曲线D1的曲线方程为
z=73.6207-4.2619*x+0.4853*x^2-0.02987*x^3+0.0007792*x^4-7.6538*x^5+8.5114*y+0.6586*y^2+0.01742*y^3-0.002176*y^4-0.0001673*y^5。
其中，小叶片II（分流叶片）的凹面由EFGH四条边界曲线在UG内使用通过网线网格命令拟合而成,边界曲线E的曲线方程为：
z=786.539+39.6711*Ln(x)-7.065*(Ln(x))^2+213.2754*y+21.7185*y^2+1.0931*y^3+0.02712*y^4+0.0002645*y^5;
边界曲线F的曲线方程为
z=22.2391-11.3793*x+0.8723*x^2-0.0302*x^3+0.000398*x^4-5.01274*x^5-7.1095*y-0.4328*y^2-0.01238*y^3-0.000128*y^4;
边界曲线G的曲线方程为
z=-592.2+154.335*ln(x)+0.8433*y+0.1388*y^2+0.0049*y^3+8.5373*y^4;
边界曲线H的曲线方程
z=291.3-0.0716*x-0.0599*x^2+0.00214*x^3-2.3174*x^4+3.7511*x^5+62.6113*y+4.8031*y^2+0.1236*y^3。
其中，小叶片II（分流叶片）的凸面由四条边界曲线组成,边界曲线的曲线方程为：
Z=-467.62-9.058*x+0.3433*x^2-0.00662*x^3+5.2393*x^4-97.7139*y-6.3008*y^2-0.1837*y^3-0.002049*y^4;
边界曲线F1的曲线方程为
z = 5.8272+0.3559*x-0.007618*x^2-0.0141*y+0.00555*y^2;
边界曲线G1的曲线方程为
z=-3266.66+2.1637*x-1.3937*x^2+0.4403*x^3-0.01366*x^4+0.0001186*x^5-0.1614*y+0.03392*y^2;
边界曲线H1的曲线方程为
z=0.6933-1.2629*x+0.0391*x^2-0.00159*x^3+4.5226*x^4-4.6675*x^5-26.891*y-5.3064*y^2-0.433*y^3-0.0165*y^4-0.0002427*y^5。
x,y,z分别代表为凹面2-1等围成曲面上的坐标点，方程是曲面的边线，以叶轮和大端的为平面基准，孔的轴向方向为Z方向。
综上所述，本方案综合考虑叶轮气动性能、振动响应性能和噪声特性，通过合理的设计改善离心压气机叶轮出口流动均匀性，降低气动噪声声压级，改善离心压气机噪声性能和结构振动响应特性，保证叶轮工作性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种基于UG设计而成的新型叶轮，包括叶轮盘，叶轮盘具有中心转轴端，以中心转轴端为中心，并沿其周向等间距分布有若干对叶片组；每对叶片组包括有相连设置的叶片和分流叶片；分流叶片位于两两叶片之间，两两叶片之间形成流道，叶片具有与所述叶片和分流叶均呈弧状曲线，每个叶片均具有叶片前缘以及叶片底侧，每个分流叶片均具有分流叶片前缘以及分流叶片底侧，流道具有由两叶片前缘形成的进口以及由两叶片底侧形成的出口，进口的宽度小于出口的宽度形成开口逐渐增大的流道，所述流道呈弧形，分流叶片位于流道内且分流叶片前缘不超出所述叶片前缘，所述的叶片和分流叶片均为薄片叶片；
根据叶轮的需求，对叶片和分流叶片进行形状设计；方法如下：
根据形状设计布局，确定各种尺寸参数的几何关系，并建立几何关系方程；
利用UG软件的网线网格命令，对叶片和分流叶片进行模型的构造，拟合而成叶片和分流叶片立体模型；
需要多组的叶片组，重复上述步骤即可。
2.根据权利要求1所述的一种基于UG设计而成的新型叶轮，其特征在于：每个叶片均有四条边界曲线构成的凸面和凹面，叶片凹面由A、B、C、D四条边界曲线构成，叶片凸面由A1、B1、C1、D1 边界曲线构成，叶片凸面的A、B、C、D四条边界曲线经首尾相连而成一基面和A1、B1、C1、D1凸面边界曲线经首尾相连而成一基面；
每个分流叶片均有四条边界曲线构成的凸面和凹面， 分流叶片凸面由E、F、G、H四条边界曲线构成，分流叶片凹面由E1、F1、G1、H1边界曲线构成，分流叶片凸面的E、F、G、H四条边界曲线经首尾相连而成基面和分流叶片凹面E1、F1、G1、H1边界曲线经首尾相连而成一基面。
3.根据权利要求1所述的一种基于UG设计而成的新型叶轮，其特征在于：每个叶片的上侧为受力面，其背面为引导面，受力面为弧状，引导面呈内凹形状。
4.根据权利要求1所述的一种基于UG设计而成的新型叶轮，其特征在于：所述的叶片和/或分流叶片均具有叶根，该叶根以圆角形式设计，且叶根的宽度大于叶片和分流叶片的其他部位。
5.根据权利要求1所述的一种基于UG设计而成的新型叶轮，其特征在于：所述的叶片的厚度整体均匀相同。
6.根据权利要求1所述的一种基于UG设计而成的新型叶轮，其特征在于：分流叶片的厚度整体均匀相同。
7.根据权利要求1所述的一种基于UG设计而成的新型叶轮，其特征在于：所有的叶片前缘和分流叶片前缘的端面均加工成弧状。
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