向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮，通过将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理，以对待调频向心涡轮的高阶固有频率进行调整。本发明专利技术提供的向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮，通过对待调频向心涡轮的轮缘进行部分挖空处理，以调整待调频向心涡轮的高阶固有频率，使调整后的高阶固有频率与激振频率形成一定的频率差，从而有效避免向心涡轮发生共振危险，同时减轻了涡轮的重量、减少了离心载荷以及气动轴向力，并且对向心涡轮的性能影响较小。本发明专利技术提供的向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮，可有效避免共振的发生、减少离心载荷及气动轴向力、且重量轻、性能影响小。

Centripetal turbine frequency modulation method, device and centripetal turbine

The invention discloses a method and a device and a radial turbine FM radial turbine, flange between the adjacent through in the FM of centripetal turbine two blades in the hollow part vibration treatment, adjusted to high frequencies with frequency of centripetal turbine. Radial turbine FM method, the invention provides a device and a radial turbine, hollowed out part by rim to FM radial turbine, high frequency to adjust to FM radial turbine, the adjusted high order natural frequency and vibration frequency to form a certain frequency difference, so as to avoid the resonance of centripetal turbine at the same time, the risk weight, reduce the turbine to reduce the centrifugal load and axial aerodynamic force, and has little impact on the performance of centripetal turbine. The centripetal turbine frequency modulation method, the device and the centripetal turbine provided by the invention can effectively avoid the occurrence of resonance, reduce the centrifugal load and the pneumatic axial force, and have light weight and little influence on performance.

【技术实现步骤摘要】
向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮
本专利技术涉及向心涡轮领域，特别地，涉及一种向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮。
技术介绍
向心涡轮为径向进气、轴向排气式涡轮，具有几何尺寸小、结构紧凑、功率大等特点。向心涡轮的叶轮形状和离心式压气机叶轮的形状很相似，但是在结构和流场方面有所不同，国内外各型中小型航空发动机的辅助动力多使用向心涡轮，对于向心涡轮的高阶共振，以前并没有引起足够的重视，然而随着技术的发展，人们逐渐认识到有些高阶共振可能会引起结构破坏，在无法调整激振源的情况下，需要对向心涡轮进行高阶固有频率调整。目前，调频方式主要有两种：一、加大或减小叶根倒圆半径(如图1所示，待调频向心涡轮包括轮盘及设置于轮盘上的多个叶片1，叶片1与轮盘的连接处设置有叶根倒圆4)；二、加厚或减薄叶根或叶尖等调整叶型的方法(原始叶型7和改进叶型8如图2所示)。这些调频技术对低阶可能有明显效果，但是对于高阶固有频率调整目前并没有特别明显有效的方法。在现有技术中，多采用修改叶型的方法进行调频，但是叶型的改动，经常涉及到多个方面的关联改动，例如流道、气动性能和结构强度等，往往需要经过多方面人员多轮迭代计算及试验验证，最终得到各方面相对来讲都较合适的结构，一方面，需耗费大量的人力和物力，另一方面，有可能要牺牲一定的性能来实现，而有时往往得不偿失。而且，采用修改叶型的调频方法对低阶频率可能有比较的明显效果，但是对高阶有时并不是特别有效。因此，现有技术中未有行之有效的措施对向心涡轮进行高阶固有频率调整，是一个亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮，以解决现有技术中未有行之有效的措施对向心涡轮进行高阶固有频率调整的技术问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种向心涡轮调频方法，包括步骤：将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理，以对待调频向心涡轮的高阶固有频率进行调整。进一步地，对周向分布的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理，使部分挖空处理后的轮缘上形成锯齿形轮缘。进一步地，对轮缘进行部分挖空处理，使部分挖空处理后的轮缘的挖空位置的两端边缘分别到相邻的叶根倒圆的距离相等，且该距离大于叶根倒圆的半径。进一步地，轮缘的挖空位置的底部具有弧度。进一步地，将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理的步骤包括：以轮盘的中心点作为扇形的圆心、相邻的叶片的叶根作为扇形的两边，将轮盘划分为多个扇形区域；以扇形区域的中心线作为对称轴，对每个位于扇形区域内且处于相邻的叶片之间的轮缘进行部分挖空处理。进一步地，将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理的步骤之前还包括：对待调频向心涡轮进行模态分析，确定待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸。进一步地，对待调频向心涡轮进行模态分析，确定待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸的步骤包括：构建与待调频向心涡轮相对应的向心涡轮模型；对向心涡轮模型进行模态计算；根据模态计算的结果，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；根据获取的向心涡轮模型在该高阶阶次下的振型及高阶固有频率，确定向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸。进一步地，根据获取的向心涡轮模型在该高阶阶次下的振型及高阶固有频率，确定向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸的步骤包括：对部分挖空处理后的向心涡轮模型进行模态计算，获取向心涡轮模型的共振频率裕度；将共振频率裕度与预设的共振评定标准进行比较，判断共振频率裕度是否满足共振评定标准要求；若共振频率裕度满足共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸可采用；若共振频率裕度不满足共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸不可采用，需重新调整挖空的轮缘形状和尺寸，直至部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度满足共振评定标准要求。进一步地，对向心涡轮模型进行模态计算的步骤之后，以及获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率的步骤之前还包括：根据模态计算的结果，判断向心涡轮模型是否需要调频；若向心涡轮模型不需要调频时，则不需要获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；若向心涡轮模型需要高阶调频时，则结合待调频向心涡轮的坎贝尔图，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率。本专利技术还提供一种向心涡轮调频装置，包括：确定模块，用于对待调频向心涡轮进行模态分析，确定待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸，以对待调频向心涡轮的高阶固有频率进行调整。进一步地，确定模块包括：构建单元，用于构建与待调频向心涡轮相对应的向心涡轮模型；模态计算单元，用于对向心涡轮模型进行模态计算；频率获取单元，用于根据模态计算的结果，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；确定单元，用于根据获取的向心涡轮模型在该高阶阶次下的振型及高阶固有频率，确定向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸。进一步地，确定单元包括：获取子单元，用于对部分挖空处理后的向心涡轮模型进行模态计算，获取向心涡轮模型的共振频率裕度；判断子单元，用于将共振频率裕度与预设的共振评定标准进行比较，判断共振频率裕度是否满足共振评定标准要求；第一证明子单元，用于若共振频率裕度满足共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸可采用；第二证明子单元，用于若共振频率裕度不满足共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸不可采用，需重新调整挖空的轮缘形状和尺寸，直至部分挖空处理后的向心涡轮模型的共振频率裕度满足共振评定标准要求。进一步地，确定模块还包括：判断单元，用于根据模态计算的结果，判断向心涡轮模型是否需要调频；第一频率处理单元，用于若向心涡轮模型不需要调频时，则不需要获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；第二频率处理单元，用于若向心涡轮模型需要高阶调频时，则结合待调频向心涡轮的坎贝尔图，获取向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率。本专利技术还提供一种向心涡轮，包括轮盘及设置于轮盘上的多个叶片，多个叶片均匀分布于轮盘的侧壁上，轮盘包括设置于轮盘中央的轮毂及设置于轮盘外周向上的轮缘，处于相邻两块叶片之间的轮缘上开设有用于调整向心涡轮高阶固有频率的缺口。进一步地，缺口周向均匀分布于轮缘上，使轮缘形成锯齿形轮缘。进一步地，叶片与轮盘的连接处设置有叶根倒圆，缺口的两端边缘分别到相邻的叶根倒圆的距离相等，且该距离大于叶根倒圆的半径。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮，通过对待调频向心涡轮的轮缘进行部分挖空处理，以调整待调频向心涡轮的高阶固有频率，使调整后的高阶固有频率与激振频率形成一定的频率差，从而有效避免向心涡轮发生共振危险，同时减轻了涡轮的重量、减少了离心载荷以及气动轴向力，并且对向心涡轮的性能影响较小。本专利技术提供的向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮，可有效避免共振的发生、减少离心载荷及气动轴向力、且重量轻、性能影响小。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种向心涡轮调频方法，其特征在于，包括步骤：将待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理，以对所述待调频向心涡轮的高阶固有频率进行调整。

【技术特征摘要】
1.一种向心涡轮调频方法，其特征在于，包括步骤：将待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理，以对所述待调频向心涡轮的高阶固有频率进行调整。2.根据权利要求1所述的向心涡轮调频方法，其特征在于，对周向分布的相邻两块叶片之间参与振动的所述轮缘均进行部分挖空处理，使部分挖空处理后的所述轮缘上形成锯齿形轮缘。3.根据权利要求1所述的向心涡轮调频方法，其特征在于，对所述轮缘进行部分挖空处理，使所述部分挖空处理后的所述轮缘的挖空位置的两端边缘分别到相邻的叶根倒圆的距离相等，且该距离大于所述叶根倒圆的半径。4.根据权利要求3所述的向心涡轮调频方法，其特征在于，所述轮缘的挖空位置的底部具有弧度。5.根据权利要求1所述的向心涡轮调频方法，其特征在于，所述将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理的步骤包括：以所述轮盘的中心点作为扇形的圆心、相邻两块所述叶片的叶根作为扇形的两边，将所述轮盘划分为多个扇形区域；以所述扇形区域的中心线作为对称轴，对每个位于所述扇形区域内的所述轮缘进行部分挖空处理。6.根据权利要求1所述的向心涡轮调频方法，其特征在于，所述将处于待调频向心涡轮的相邻两块叶片之间参与振动的轮缘进行部分挖空处理的步骤之前还包括：对所述待调频向心涡轮进行模态分析，确定所述待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸。7.根据权利要求6所述的向心涡轮调频方法，其特征在于，所述对所述待调频向心涡轮进行模态分析，确定所述待调频向心涡轮进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸的步骤包括：构建与所述待调频向心涡轮相对应的向心涡轮模型；对所述向心涡轮模型进行模态计算；根据所述模态计算结果，获取所述向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率；根据获取的所述向心涡轮模型在该高阶阶次下的振型及高阶固有频率，确定所述向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸。8.根据权利要求7所述的向心涡轮调频方法，其特征在于，所述根据获取的所述向心涡轮模型在该高阶阶次下的振型及高阶固有频率，确定所述向心涡轮模型进行部分挖空处理时所需的轮缘形状和尺寸的步骤包括：对部分挖空处理后的所述向心涡轮模型进行模态计算，获取部分挖空处理后的所述向心涡轮模型的共振频率裕度；将所述共振频率裕度与预设的所述共振评定标准进行比较，判断所述共振频率裕度是否满足所述共振评定标准要求；若所述共振频率裕度满足所述共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸可采用；若所述共振频率裕度不满足所述共振评定标准要求，则证明挖空时所需的轮缘形状和尺寸不可采用，需重新调整挖空的轮缘形状和尺寸，直至部分挖空处理后的所述向心涡轮模型的共振频率裕度满足所述共振评定标准要求。9.根据权利要求7所述的向心涡轮调频方法，其特征在于，所述对所述向心涡轮模型进行模态计算的步骤之后，以及所述获取所述向心涡轮模型需要调频的高阶阶次及高阶固有频率的步骤之前还包括：根据所述模态计算的结果，判断所述向心涡轮模型是否需要调频；若所述向心涡轮模型不需要调频时，则不需要获取...

【专利技术属性】
技术研发人员：张红晓，郭培培，袁巍，王建方，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：湖南,43