混流式水轮机叶片设计与木模图的数值实现
齐学义;丁思云;李会暖;阎晓伟;凤尔桐
兰州理工大学,甘肃,兰州,730050
Numerical realization of Francis turbine blade design and wooden patterns
QI Xue-yi, DING Si-yun, LI Hui-nuan, YAN Xiao-wei, FENG Er-tong
Lanzhou University of Technology, Lanzhou, Gansu 730050, China
摘要 针对传统的混流式水轮机转轮叶片设计方法(如保角变换法)设计周期较长,且不易实现叶片模型制作的状况,通过给定速度矩方程对叶型骨线方程进行逐点积分,并由包角的误差分析对速度矩方程的系数进行修正,实现叶片正面型线的设计,在叶片正面计算流面上使用导出的最大流面厚度公式直接进行叶型加厚,得到水轮机叶片的背面叶型.文中同时给出了各部分的数学分析数值计算表达式,并用CAD系统进行叶片木模图的绘形.从得到的木模图可以看出,用该方法设计更为优化,能较好地体现设计要求,并符合实际转轮叶片的形状,确保了计算和造型的准确性,可用来进一步实现水轮机的整体水力性能分析.由于模型是数值生成,故结合相应的机械加工程序,可实现叶片木模的数控加工.
关键词 :
混流式水轮机 ,
叶片 ,
木模图 ,
数值分析 ,
叶型骨线方程
Abstract :In the design of Francis turbine runner blade,with the traditional method such as conformal transformation,the design period is quite long and the blade model making is very difficult.In this study the design of the turbine runner blade is improved by integrating the blade mean camberline equation,thickening the blades along the blade mean camberline in flow surface calculation and using the CAD system to draft the wooden patterns of the turbine runner blade.From the wooden patterns it shows that this design method is more optimized and meets the requirement of design better.The shape of runner blade is conformed to the practical one well.It can be used to analyze the the performance of Francis turbine,and to make the wooden patterns machining easier in using programs of numerical controlled machining.
Key words :
Francis turbine
blade
wooden patterns
numerical analysis
blade mean camberline
收稿日期: 2013-08-08
[1] 谭恢村.水轮机转轮叶片的数据拟合研究与工程应用[J].大电机技术,1991,95(2):47-50[2] 曹鹍,姚志民.水轮机原理及水力设计[M].北京:清华大学出版社,1991:164-166[3] 李有法.数值计算方法[M].北京:高等教育出版社,2004[4] 侯祎华,齐学义,常一乐.基于PRO/E的水轮机转轮三维造型[J].排灌机械,2006,24(1):14-16[5] 蒋大为.复杂曲面的B样条拟合方法[J].航空计算技术,1999,29(2):23-26[6] 杨楠渝.水轮机叶片的NURBS曲线曲面造型问题研究[D].西安:西安理工大学,1999[7] Demeulenaere A,Van den Braembussche R.Three-Dimensional Invere Method for Turbomachinery Blading Design[J].Journal of Turbomachinery,Transactions of the ASME,1998,120:247-255[8] 刘胜柱,郭鹏程,纪兴英.混流式水轮机叶片进出水边外延方法[J].中国农村水利水电,2004(12):114-115[9] 张人会,杨军虎.基于样条曲线的水泵叶片流线控制方法[J].排灌机械,2005,23(1):7-9[10] 王萍,陈月林.混流式水轮机转轮CAD[J].上海工程技术大学学报,1998,12(1):66-70[11] 钱涵欣.水轮机转轮叶片加厚及木模图绘制的计算机辅助设计[J].动力工程,1994,14(3):6-10[12] 余波,张勤.混流式水轮机转轮叶片加厚的数值方法[J].四川水力发电,1997,16(3):83-85
[1]
柴立平 ,俞嘉枫* ,李跃 ,燕浩 ,曹林松 . 基于不等距叶片的串并联泵压力脉动 [J]. 排灌机械工程学报, 2019, 37(9): 752-757.
[2]
韩宝华 ,黎义斌* ,王秀勇 ,杨由超 . 核主泵密封间隙对轴向力影响的敏感度分析 [J]. 排灌机械工程学报, 2019, 37(8): 662-667.
[3]
李强* ,李森,燕浩,王道明,夏胜生. 叶片进口边对微型高速离心泵性能的影响 [J]. 排灌机械工程学报, 2019, 37(7): 587-592.
[4]
袁建平 ,邓凡杰 ,张克玉 ,崔强磊 ,司乔瑞* . 气液两相流下叶片泵内部流动研究现状 [J]. 排灌机械工程学报, 2019, 37(7): 553-561.
[5]
杨孙圣,邵珂* ,戴韬. 叶片包角对混流泵作透平的特性影响 [J]. 排灌机械工程学报, 2019, 37(6): 475-479.
[6]
赵道利* ,高诚锋,孙维鹏,郭鹏程,马薇. 泄水锥加长与主轴中心孔补水对水轮机尾水管流态的影响 [J]. 排灌机械工程学报, 2019, 37(5): 413-419.
[7]
袁寿其,黄茜* ,张金凤,张霞. 叶片出口角对化工离心泵性能的影响 [J]. 排灌机械工程学报, 2019, 37(3): 185-191.
[8]
彭小娜,朱相源,李国君,江伟. 导叶时序位置对离心泵叶片载荷影响的数值模拟 [J]. 排灌机械工程学报, 2019, 37(3): 192-198.
[9]
王巍, 王亚云, 唐滔, 林茵, 王晓放. 反应堆冷却剂模型泵空化性能数值模拟与试验 [J]. 排灌机械工程学报, 2019, 37(2): 100-105.
[10]
刘在伦, ,芦维强* ,赵伟国, ,陈淘利 . 离心泵平衡孔和背叶片对轴向力特性影响 [J]. 排灌机械工程学报, 2019, 37(10): 834-840.
[11]
高波* , 杨丽 , 张宁 , 杜文强 , 袁霄 . 蜗壳隔舌半径对离心泵性能及水力载荷特性的影响 [J]. 排灌机械工程学报, 2018, 36(3): 185-190.
[12]
李岩,* , 赵守阳 , 姜禹 , 冯放, , 张婷婷 . 叶片数对尾缘加弯板垂直轴风力机功率影响数值模拟 [J]. 排灌机械工程学报, 2018, 36(3): 215-222.
[13]
曲建俊* , 王景元, 赵越, 张磊. 阻力叶片对升阻复合型垂直轴风力机气动性能的影响 [J]. 排灌机械工程学报, 2018, 36(3): 223-229.
[14]
李岩,* , 赵守阳 , 姜禹 , 冯放, , 张婷婷 . 叶片数对尾缘加弯板垂直轴风力机功率影响数值模拟 [J]. 排灌机械工程学报, 2018, 36(3): 215-222.
[15]
曲建俊* , 王景元, 赵越, 张磊. 阻力叶片对升阻复合型垂直轴风力机气动性能的影响 [J]. 排灌机械工程学报, 2018, 36(3): 223-229.