[发明专利]涡轮封严盘非圆通气孔集成设计优化方法

权利要求书

1.涡轮封严盘非圆通气孔集成设计优化方法，其特征在于包括以下步骤：

1)建立涡轮转子二维几何模型，生成涡轮转子二维网格模型，然后采用APDL语方对涡轮转子二维网格模型执行强度分析；

2)选择合适的剪切边界位置，提取剪切边界上节点的坐标、位移结果和应力结果，采用Hypermesh用户开发语言进行几何模型重构与网格划分，得到三维单孔扇区子模型和高质量的六面体网格；

3)采用APDL语言对三维单孔扇区子模型执行强度分析，对比涡轮转子二维网格模型与三维单孔扇区子模型的强度分析结果，若误差可接受，则完成变维度子模型建模，若误差不可接受，则返回步骤2)；

4)设计非圆通气孔，非圆通气孔是双轴对称的，由四段相切的圆弧构成，通气孔中心与基圆的圆心重合，大圆弧分别与基圆、小圆弧相切，分别计算非圆通气孔单孔面积、通气孔数目和三维子模型的扇区角度，进而推导求得通气孔与三维单孔扇区子模型左右边界的最短距离；

5)自动建模与自动分网；

6)建立通气孔优化数学模型。

2.如权利要求1所述涡轮封严盘非圆通气孔集成设计优化方法，其特征在于在步骤5)中，所述自动建模与自动分网的具体步骤为：

(1)定义通气孔设计变量参数；

(2)导入预先定义的二维子模型的“.HM”文件；

(3)以封严盘轴为旋转轴，旋转二维子模型，生成无通气孔结构的三维扇区子模型；

(4)构建通气孔结构，生成带通气孔结构的三维扇区子模型；

(5)构建通气孔偏置结构，切割步骤(4)中生成的三维扇区子模型，得到子域A、子域B、子域C和子域D；

(6)在子域A的源面生成四边形网格，在牵引网格的控制下，沿轴向扫略，生成子域A的六面体网格；

(7)提取子域A的面网格，沿通气孔中心方向扫略，生成子域B的六面体网格；

(8)选择子域C的源面上四边形网格，沿周向扫略，生成子域C的六面体网格；

(9)选择子域D的源面上四边形网格，沿周向扫略，生成子域D的六面体网格；

(10)设置单元属性，输出三维扇区子模型的网格模型。

3.如权利要求2所述涡轮封严盘非圆通气孔集成设计优化方法，其特征在于所述通气孔设计变量参数包括基圆半径R₀、大圆弧半径R₁和小圆弧半径R₂和涡轮封严盘盘心与基圆圆心距离H。

4.如权利要求2所述涡轮封严盘非圆通气孔集成设计优化方法，其特征在于所述预先定义的二维子模型的“.HM”文件包括二维子模型的基本几何信息及四边形网格信息。

5.如权利要求2所述涡轮封严盘非圆通气孔集成设计优化方法，其特征在于子域B的网格节点数和网格层数可根据实际需求设置，任意调整。

6.如权利要求1所述涡轮封严盘非圆通气孔集成设计优化方法，其特征在于在步骤6)中，所述建立通气孔优化数学模型的具体步骤为：

(1)选择最大vonMises应力作为优化目标以减小通气孔孔边最大应力，非圆通气孔的形状与位置由基圆半径R₀、大圆弧半径R₁和小圆弧半径R₂和涡轮封严盘盘心与基圆圆心距离H四个参数唯一确定；考虑气动和传热学科的设计需求，非圆通气孔的总面积设置为初始圆形通气孔的总面积±0.5％；

(2)采用间接手段优化通气孔数目n，建立通气孔优化数学模型；

式中，表示变量取整函数，即取大于或等于的最小整数。