[发明专利]大小叶片整体叶盘结构完整性流固耦合一体化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮设计技术，尤其涉及一种大小叶片整体叶盘结构完整性流固耦合一体化设计方法。

背景技术

目前，大小叶片轴流压气机的叶盘转子大都是采用整体叶盘结构形式，由于这种大小叶片的整体叶盘结构，叶片总体上沿周向呈一大一小交替布置，而且在每一对大小叶片之间有可能具有更复杂、灵活的相互关系，因此采用常规的设计方法无法实现其结构完整性的评估和设计，尤其是基于流体、离心力场和其他各种激励力作用下的结构完整性(强度、刚度和振动)的设计。

如图1所示，现有技术中，整体叶盘结构完整性的设计方法，是在单独进行气动设计的基础上，基于安全裕度和常规设计准则，孤立进行结构完整性(强度和振动)设计，再通过实验进行验证和修改设计。

上述现有技术至少存在以下缺点：

分别单独进行气动设计和结构完整性设计，人为割裂处于同一耦合系统的气动设计与结构完整性设计的互相依存关系，导致结构几何形状对气动特性的影响较大，大小叶片整体叶盘结构的可靠性较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构几何形状对气动特性的影响较小、可靠性高的大小叶片整体叶盘结构完整性流固耦合一体化设计方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的大小叶片整体叶盘结构完整性流固耦合一体化设计方法，包括步骤：

A、进行流-固界面的数字化和结构的数字化建模，具体包括界面上结构数字化网格尺寸与流体网格尺寸间的定量关系；强度设计的结构数字化网格与大叶片、小叶片整体几何尺寸的定量关系；振动设计的结构数字化网格与大叶片、小叶片整体几何尺寸的定量关系；结构设计建模的气动设计叶栅尺寸的定量剪裁关系；

B、基于所述流  固界面的数字化和结构的数字化建模进行结构完整性设计；

C、判断结构完整性设计的结果是否满足气动和结构完整性的综合性能指标：

如果满足，则完成设计；如果不满足，则对气动设计进行修正，并根据修正的结果重新进行步骤A。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的大小叶片整体叶盘结构完整性流固耦合一体化设计方法，由于在进行结构完整性设计时，融合气动和结构完整性的综合性能指标，对设计的结果进行优化。使结构几何形状对气动特性的影响较小、可靠性高。

附图说明

图1为现有技术中进行叶盘结构设计的流程图；

图2为本发明的大小叶片整体叶盘结构完整性流固耦合一体化设计的流程图；

图3为本发明的大小叶片整体叶盘结构完整性流固耦合一体化设计平台的原理框图；

图4为本发明中一体化设计平台的系统软件配置图。

具体实施方式

本发明的大小叶片整体叶盘结构完整性流固耦合一体化设计方法，其较佳的具体实施方式如图2所示，包括：

步骤1、进行流-固界面的数字化和结构的数字化建模，具体包括界面上结构数字化网格尺寸与流体网格尺寸间的定量关系；强度设计的结构数字化网格与大叶片、小叶片整体几何尺寸的定量关系；振动设计的结构数字化网格与大叶片、小叶片整体几何尺寸的定量关系；结构设计建模的气动设计叶栅尺寸的定量剪裁关系。

可以首先进行流-固界面的数字化建模；然后根据所述流-固界面的数字化建模和气体对结构的作用参数进行结构的数字化建模。

步骤2、基于所述流-固界面的数字化和结构的数字化建模进行结构完整性设计；

步骤3、判断结构完整性设计的结果是否满足气动和结构完整性的综合性能指标：

如果满足，则完成设计；如果不满足，则对气动设计进行修正，并根据修正的结果重新进行步骤1。其中的气动和结构完整性的综合性能指标包括以下至少一项指标：

不同转动状态下的强度指标；不同转动状态下的刚度指标；不同转动状态的共振指标。

上述的步骤2之后还包括，判断所述结构完整性设计的结果是否满足结构完整性的性能指标：

如果满足，则进行步骤3；如果不满足，则对结构参数进行修正，并进行步骤1。其中的结构完整性的性能指标包括以下至少一项指标：

强度性能指标、刚度性能指标、振动性能指标。

这样，本发明的一体化设计方法便可以包含两方面的循环设计：一是气动与结构完整性间的循环设计；二是结构完整性本身各方面(强度和振动等)的一体化循环设计。

在对结构参数与气动性能进行综合修改时，可以包括在满足强度性能时的结构参数的最佳修改方案；在满足振动性能时的结构参数的最佳修改方案。

在具体进行大小叶片整体叶盘结构完整性流固耦合一体化设计时，首先要建立一个设计平台。