[发明专利]一种基于离心叶轮中间面曲线的可变自由曲面叶片生成方法

说明书

本发明公开了一种基于离心叶轮中间面曲线的可变自由曲面叶片生成方法，该方法基于离心压缩机叶轮单个自由曲面叶片中间面若干曲线坐标点，对原始曲线坐标点进行双方向加密形成空间网格面节点；以此网格面节点为基准进行正负法向加厚形成初始叶身网格面；在初始叶身网格面进、出口端采用空间矢量相加法则结合局部坐标系中椭圆参数方程计算初始前、尾缘柱型网格面节点坐标；求解单个自由曲面叶片最终曲面网格节点坐标；将单个自由曲面坐标点按照叶片数进行圆周阵列计算得到整周叶片自由曲面离散坐标，进一步建立离心叶轮网格。本发明可实现基于闭式离心叶轮单个叶片中间面若干条曲线的任意形状前缘‑叶身‑尾缘组合的自由曲面叶片离散点计算。

技术领域

本发明涉及一种离心压缩机叶片三维成型方法，具体涉及一种基于离心叶轮中间面曲线的可变自由曲面叶片生成方法。

背景技术

装备制造业是创造国民实体经济的基础性产业，而通用机械制造业是装备制造业的重要组成部分，承担着向石油化工、冶金、航空航天等领域提供成套大型设备的使命。离心压缩机是通用机械行业应用最广泛的大型设备之一，它将外界输入的机械能转换为气体的动能以及内能，提高气体的压力并输运气体。近年来，离心压缩机逐渐朝着大流量、高压比、高效率的方向发展，这使离心压缩机大型机组在最初设计、加工制造以及运行维护方面存在一系列问题。叶轮作为离心压缩机核心的能量转换部件，其性能的优劣取决于气动设计结果、加工制造方法和加工设备的精度等因素，它直接关系到整个压缩机机组的运行安全性。叶片是离心叶轮的核心部分，它由前缘、叶身以及尾缘三部分组成。叶片整体形状是影响叶轮内部流场分布的重要因素，因此，叶型设计和优化一直以来都是离心压缩机研究的重点。为提高离心压缩机的气动性能以满足工业使用要求，深入研究叶轮内部的流动影响因素并进行优化具有重要的工程意义。

近年来，数值模拟结合理论分析逐渐成为研究离心压缩机叶轮内部流动特征和结构特点的主要手段。其中，叶轮三维模型的准确建立是离心压缩机叶轮数值模拟的基础和前提。现阶段，在完成离心叶轮三维模型初步设计后，通常采用商业建模软件对叶片形状进行修改调整来研究同一设计工况下叶型对流场的影响。由于离心压缩机叶轮叶片的空间扭曲特点，这种修改建模方法误差大，从而进一步造成数值模拟研究结果不准确。特别是在不改变叶片子午流道形状的情况下，对包括叶片前、尾缘以及叶身部分的三维形状的调整变化误差大。这对研究同一设计工况下的不同形状自由曲面叶片对压缩机气动性能影响，寻找最优的前缘-叶身-尾缘形状组合造成局限性，进一步不利于提升离心压缩机整机效率、减少能耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于离心叶轮中间面曲线的可变自由曲面叶片生成方法，该方法可实现基于闭式离心叶轮单个叶片中间面若干条曲线的任意形状前缘-叶身-尾缘组合的自由曲面叶片离散点计算。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于离心叶轮中间面曲线的可变自由曲面叶片生成方法，其特征在于，该方法基于离心压缩机叶轮单个自由曲面叶片中间面若干曲线坐标点，采用三次均匀B样条加密技术对原始曲线坐标点进行双方向加密形成空间网格面节点；以此网格面节点为基准进行正负法向加厚形成初始叶身网格面；在初始叶身网格面进、出口端采用空间矢量相加法则结合局部坐标系中椭圆参数方程计算初始前、尾缘柱型网格面节点坐标；采用空间曲线和微元网格面求交的方法求解单个自由曲面叶片最终曲面网格节点坐标；将单个自由曲面坐标点按照叶片数进行圆周阵列计算得到整周叶片自由曲面离散坐标，进一步建立离心叶轮网格。

本发明进一步的改进在于，该方法具体包括以下步骤：

1)离心压缩机单个叶片中间面原始曲线坐标点双向加密，得到单个叶片中间面网格节点；

2)基于步骤1所得单个叶片中间面网格节点进行正负法向加厚；

3)在步骤2正负法向加厚的基础上，建立单个叶片初始自由曲面前缘；

包括两种不同类型的初始自由曲面前缘柱面建立方法：