[发明专利]一种用于汽轮机的扭弯掠结构静叶片设计方法

权利要求书

1.一种用于汽轮机的扭弯掠结构静叶片设计方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤一：确定叶片设计基础及积叠规律：叶片设计基础为直叶片，无弯扭掠结构，积叠规律是沿出汽圆圆心积叠，基础直叶片的结构参数包括叶片总高度为L，叶片工作部分的顶部轴向宽度为V，叶片根部直径为叶片工作部分排汽面积为A；

步骤二：基于基础直叶片和积叠规律，对叶片进行加弯、加掠、加扭，获得弯扭掠结构静叶片；

步骤三：确定初始积叠线，并结合典型截面叶片型线获得静叶片几何实体；

步骤四：将获得的几何实体导入叶片三维仿真计算及优化平台，进一步进行叶片气动计算和叶片强度计算；

步骤五：根据计算结果得出最优积叠线，最终各个典型截面沿最优积叠线进行积叠，获得弯扭掠叶片。

2.根据权利要求1所述一种用于汽轮机的扭弯掠结构静叶片设计方法，其特征在于：所述步骤二中，叶片加弯包括加弯方向、加弯高度和加弯角度的参数确定，其中加弯方向采用正弯，加弯区域位于叶片根部，加弯高度为叶片总高度L的10％～15％，加弯角度为与垂直方向之间的夹角，控制在10°～45°之间。

3.根据权利要求2所述一种用于汽轮机的扭弯掠结构静叶片设计方法，其特征在于：所述步骤二中，叶片加掠包括加掠方向、加掠高度和加掠角度的参数确定，其中加掠方向为轴向，采用进汽边向出汽边掠，加掠区域在叶片顶部，加掠过程相邻两截面形状完全相同，仅轴向位置发生变化，加掠高度小于等于叶片工作部分高度的10％，加掠角度为与垂直方向之间的夹角，控制在20°～40°之间。

4.根据权利要求3所述一种用于汽轮机的扭弯掠结构静叶片设计方法，其特征在于：所述步骤二中，叶片加扭包括扭转截面和扭转角的参数确定，扭转截面是发生相对扭转的截面，除顶部加掠部分外，其余截面均存在扭转，且根据叶片的高度，每隔10％叶片高度取一个典型截面，进行相对扭转，扭转角是叶片典型截面的安装角度沿垂直方向进行扭转而发生改变，扭转角根据进口气流角沿叶高方向变化来确定，以匹配气流流动方向。

5.根据权利要求4所述一种用于汽轮机的扭弯掠结构静叶片设计方法，其特征在于：所述步骤三中，积叠线是一条沿叶高方向连接各个典型截面出汽圆圆心的一条空间曲线，包含了典型截面弯、扭、掠三方面的结构信息，涉及到的结构参数包括加弯方向、加弯高度、加弯角度，和加掠方向、加掠高度、加掠角度，以及扭转截面、扭转角，共计8个参数，对上述8个弯扭掠参数分别给出基本建议值，根据基本建议值给定一条初始积叠线，由初始积叠线和典型截面叶片型线获得静叶几何实体。

6.根据权利要求5所述一种用于汽轮机的扭弯掠结构静叶片设计方法，其特征在于：所述步骤四中，叶片三维仿真计算及优化平台包括网格划分模块，边界设置模块，气动计算模块，强度计算模块和寻优计算模块。

7.根据权利要求6所述一种用于汽轮机的扭弯掠结构静叶片设计方法，其特征在于：所述网格划分模块，使用结构化六面体网格对导入的叶片几何实体划分计算网格；

所述边界设置模块，用于设置工质类型、设置湍流模型、设置计算流体域入口、出口的压力值和温度值、设置计算收敛准则；

所述气动计算模块，进行流体域气动仿真计算，待计算达到边界设置模块中设置的收敛准则，即完成气动计算；

所述强度计算模块，计算叶片强度，根据强度考核标准，判定叶片强度是否合格；

所述寻优计算模块，以上述8个弯扭掠参数作为寻优变量，以上述气动效率作为寻优目标，以上述强度考核结果作为约束条件，进行迭代计算，直至得到强度合格前提下、气动效率最高的8个弯扭掠参数的最优解。

8.根据权利要求7所述一种用于汽轮机的扭弯掠结构静叶片设计方法，其特征在于：所述最优解下得到的积叠线为最优积叠线。