[发明专利]用于优化汽轮机叶片型线的方法

说明书

本发明涉及一种用于优化汽轮机叶片型线的方法，其实是一种优化内弧/背弧样条曲线与进/出汽边圆弧H的连接点的方法，本发明通过迭代算法用于优化内弧/背弧样条曲线与进/出汽边圆弧H的连接点，将优化的叶片型线在汽轮机叶片中应用。本发明得到的优化方法能使得叶型设计中内弧/背弧样条曲线与进/出汽边圆弧H的连接点得到优化，相对于现有技术中未得到优化的叶型，能得到更为光顺平滑的叶型曲线，从而提高汽轮机叶片部件的流体动力学性能，且具有很高的计算效率，因而极富产业价值，兼具计算机辅助设计的优点。

技术领域

本发明涉及一种用于优化汽轮机叶片型线的方法，适用于汽轮机的动静叶片。

背景技术

汽轮机叶片截面积的轮廓线叫叶片型线，它通常由非均匀有理B样条曲线构成的内弧、背弧以及两端的进汽边、出汽边圆弧组成。汽轮机中的蒸汽在各级叶片通道中完成从热能转化成机械能的整个过程，因此叶片型线对汽轮机通流部分的效率影响极大。

在汽轮机叶片部件的设计中，从流体动力学性能的要求看，其型线的光顺性非常重要。叶片型线多以内、背弧样条曲线拟合点和进、出汽边圆弧圆心坐标及半径的形式存储在型线图纸文件中。因内/背弧样条曲线与进/出汽边圆弧的连接点处于两条曲线的端点位置，起着连接和过渡两段曲线的作用。由于型线设计手段和数据存储精度的限制，可能引起叶片型线在内/背弧样条曲线与进/出汽边圆弧的连接点处不连续或者不相切，从而导致叶片型线的不连续和不平滑。

发明内容

本申请的目的是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种用于优化汽轮机叶片型线的方法，优化后的内/背弧样条曲线与进/出汽边圆弧的连接点更平滑，从而提高汽轮机叶片部件的流体动力学性能，减少能量损失，进而提高汽轮机机组效率。

本发明是一种计算机辅助设计叶型的方法，并利用了计算机的计算能力进行迭代计算。迭代算法是用计算机解决问题的一种基本方法。它利用计算机运算速度快、适合做重复性操作的特点，让计算机对设定的指令或一定步骤进行有限次的重复执行，在每次执行这组指令或这些步骤时，都从变量的原值推出它的一个新值，从而得到接近最优解的近似解。

汽轮机的叶型具体如图1所示，其进/出汽边曲线均由圆弧构成，内弧、背弧均为非均匀有理B样条曲线，进汽边与出汽边曲线分别与内弧和背弧曲线光滑过渡。

具体地，一种用于优化汽轮机叶片型线的方法，其特征在于，该方法为一种优化内弧样条曲线与进/出汽边圆弧h的连接点的方法，该方法包括：

(1)获得优化的内弧样条曲线与进/出汽边圆弧H的连接点：取内弧样条曲线的一个初始端点S0和相邻的两个拟合点S1、S2，计算同时经过此三点的圆，其圆心为C2，半径为R2；当圆心C2与进/出汽边的圆弧圆心C1的距离Dc大于或等于R2时,作线段连接C1与C2与进/出汽边圆弧延伸的圆交于点N；当圆心C2与进/出汽边圆弧圆心C1的距离Dc小于R2时，过C1作方向与矢量C2C1相同的射线，使射线与进/出汽边圆弧延伸的圆交于点N’；点N或点N’即为经过优化的内弧样条曲线与进/出汽边圆弧H的连接点；

(2)迭代步骤：利用上述步骤(1)获得的点N或点N’，作为内弧样条曲线的初始端点，再和相邻的两个拟合点S1、S2，再次执行步骤(1)中的优化方法，直至点N或点N’与上一次迭代计算的内弧样条曲线的初始端点的距离小于设定的目标值，从而得到优化的内弧样条曲线与进/出汽边圆弧H的连接点的叶片型线。

具体地，一种用于优化汽轮机叶片型线的方法，其特征在于，该方法进一步用于优化背弧样条曲线与进/出汽边圆弧h的连接点：