叶片设计方法、叶片及相关设备技术

本发明专利技术公开了一种叶片设计方法、叶片及相关设备，包括获取涡轮增压器涡端的设计参数；由设计参数生成喷嘴环初始模型，并计算目标叶片包角和目标叶片厚度；由目标叶片包角和目标叶片厚度生成叶片三维模型；将得到的叶片三维模型导入AnsysCFX软件中，进行稳态流场分析；结合分析结果依次评价叶片三维模型中多个层高对应的气流攻角；确定气流攻角在阈值范围内的层高为基准层高，基准层高对应的二维模型为基准二维模型；优化剩余层高对应的二维模型，直至剩余层高所对应的气流攻角在阈值范围内；由层高、基准二维模型和优化后的二维模型合成目标叶片三维模型。由于优化了不同层高的气流攻角，改变了叶片的气体流入端的角度，提高了叶片的气流分布均匀度。叶片的气流分布均匀度。叶片的气流分布均匀度。

【技术实现步骤摘要】
叶片设计方法、叶片及相关设备


[0001]本专利技术涉及发动机
，特别涉及一种叶片设计方法、叶片及相关设备。

技术介绍

[0002]目前，涡轮增压器轴中的叶片表面的压力分布均匀度较差，影响了涡轮增压器的增压效率，降低了发动机的经济性能和动力性能。
[0003]因此，如何提高叶片的压力分布均匀度，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种叶片设计方法、叶片及相关设备，以提高叶片的压力分布均匀度。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术第一方面提供了一种叶片设计方法，方法包括：获取涡轮增压器涡端的设计参数；由设计参数生成喷嘴环初始模型，并计算目标叶片包角和目标叶片厚度；由目标叶片包角和目标叶片厚度生成叶片三维模型；将得到的叶片三维模型导入AnsysCFX软件中，进行稳态流场分析；结合分析结果依次评价叶片三维模型中多个层高对应的气流攻角；确定气流攻角在阈值范围内的层高为基准层高，基准层高对应的二维模型为基准二维模型；优化剩余层高对应的二维模型，直至剩余层高所对应的气流攻角在阈值范围内；由层高、基准二维模型和优化后的二维模型合成目标叶片三维模型。
[0006]优选的，上述叶片设计方法中，设计参数包括增压器涡端的气体流量、气体温度、膨胀比、叶轮转速、叶片数量和涡端叶轮尺寸中的任意一个或者多个。
[0007]优选的，上述叶片设计方法中，喷嘴环初始模型中叶片包角满足：；其中，m：子午面长度，等于叶片长度；r：叶片上任一点对应的半径；α：叶片上任一点对应的叶片包角；：叶片前缘和出口的气流切削速度；：叶片流动方向的气流切削速度；ω：喷嘴环的转速；
θ：圆柱坐标系下叶片上任一点对应的角度；B：叶片数量；V
m
：叶片流动方向的气流子午速度，或者子午方向的分速度；叶片厚度满足：；：初始叶片厚度；：叶片厚度；r：叶片上任一点对应的半径；α：叶片包角；z：圆柱坐标系下叶片上任一点对应z坐标的值。
[0008]优选的，上述叶片设计方法中，计算目标叶片包角和目标叶片厚度包括：判断叶片包角的最大包角是否小于预设角度；若小于则该叶片包角为目标叶片包角，否则调整喷嘴环初始模型的参数直至叶片包角的最大包角小于预设角度。
[0009]优选的，上述叶片设计方法中，预设角度的范围为25
°
~35
°
。
[0010]优选的，上述叶片设计方法中，稳态流场分析中计算边界与设计参数相等。
[0011]优选的，上述叶片设计方法中，优化剩余层高对应的二维模型包括：调整剩余层高对应的二维模型相对于旋转轴线的角度；和/或者调整剩余层高对应的二维模型相对于基准二维模型的面积。
[0012]优选的，上述叶片设计方法中，调整剩余层高对应的二维模型相对于旋转轴线的角度中，自叶片上表面至叶片下表面，各层高对应的二维模型间的角度梯度为20%
‑
25%；和/或者调整剩余层高对应的二维模型相对于基准二维模型的面积中自叶片上表面至叶片下表面，各层高对应的二维模型间的面积梯度为20%
‑
25%。
[0013]优选的，上述叶片设计方法中，阈值为
±
10
°
；相邻层高间的距离相等；和/或旋转轴线为重心轴线。
[0014]本专利技术第二方面提供了一种叶片，叶片由如上述任一项的叶片设计方法设计而成。
[0015]本专利技术第三方面提供了一种喷嘴环，包括安装盘和布置于多个布置于安装盘的叶片，叶片为如上述任一项的叶片。
[0016]本专利技术第四方面提供了一种涡轮增压器，包括涡轮机、压气机、转轴和喷嘴环，其中，涡轮机和压气机通过转轴传动连接；喷嘴环设置在涡轮机内的喷嘴处；喷嘴环如上述的喷嘴环。
[0017]本专利技术第五方面提供了一种发动机增压系统，包括空滤器、涡轮增压器、中冷器和发动机本体，其中，空滤器、涡轮增压器的压气机、中冷器、发动机本体和涡轮增压器的涡轮机经管路依次连接；涡轮增压器为如上述的涡轮增压器。
[0018]本专利技术第六方面提供了一种发动机，包括如上述的发动机增压系统。
[0019]由上述技术方案可以看出，本专利技术的设计方法所设计出的叶片优化了不同层高的
气流攻角，改变了叶片的气体流入端的角度，从而提高了叶片的气流分布均匀度。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些示例或实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，而且还可以根据提供的附图将本专利技术应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
[0021]图1是本专利技术所提供的一种用于发动机的发动机增压系统的示意图；图2a是本专利技术所提供的一种涡轮增压器的示意图；图2b是本专利技术所提供的一种涡轮增压器的局部示意图；图3a是本专利技术所提供的一种喷嘴环的立体示意图；图3b是本专利技术所提供的一种叶片子午面的示意图；图3c是本专利技术所提供的一种喷嘴环的主视示意图；图4是本专利技术所提供的一种叶片的立体图；图5是本专利技术所提供的一种叶片的俯视图；图6是本专利技术所提供的一种叶片不同叶片高度的气体流场图；图7是本专利技术所提供的一种叶片所成的喷嘴环的压力分布图；图8是本专利技术所提供的一种叶片设计方法流程示意图；图9是本专利技术所提供的步骤S200的流程示意图；图10是本专利技术所提供的一种叶片不同叶片高度的气体流场图；图11是本专利技术所提供的一种叶片不同叶片高度的马赫数压力分布图；图12是本专利技术所提供的一种叶片所成的喷嘴环的压力分布图；图13是本专利技术所提供的步骤S500的一种流程示意图；图14是本专利技术所提供的另一种叶片的立体图；图15是本专利技术所提供的另一种叶片的俯视图；图16是图15中A部分的放大图；图17是本专利技术所提供的步骤S500的又一流程示意图；其中，1为空滤器、2为涡轮增压器、3为中冷器、4为进气歧管、5为发动机本体、6为排气歧管、21为压气机、22为涡轮机、23为转轴、24为喷嘴环、25为涡轮、241为安装盘、242为叶片、242
’
为叶片子午面、2421为叶片上表面、2422为叶片下表面、2423为叶片周表面、2424为叶片前缘、2425为叶片尾缘、2426为中间截面、2427为中间截面。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]涡轮增压器：安装在内燃机排气侧的排气管上以提升空气动力的装置。通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叶片设计方法，其特征在于，所述方法包括：获取涡轮增压器涡端的设计参数；由所述设计参数生成喷嘴环初始模型，并计算目标叶片包角和目标叶片厚度；由目标叶片包角和目标叶片厚度生成叶片三维模型；将得到的叶片三维模型导入AnsysCFX软件中，进行稳态流场分析；结合分析结果依次评价叶片三维模型中多个层高对应的气流攻角；确定气流攻角在阈值范围内的层高为基准层高，基准层高对应的二维模型为基准二维模型；优化剩余层高对应的二维模型，直至剩余层高所对应的气流攻角在阈值范围内；由层高、基准二维模型和优化后的二维模型合成目标叶片三维模型。2.如权利要求1所述的叶片设计方法，其特征在于，所述设计参数包括增压器涡端的气体流量、气体温度、膨胀比、叶轮转速、叶片数量和涡端叶轮尺寸中的任意一个或者多个。3.如权利要求1所述的叶片设计方法，其特征在于，所述喷嘴环初始模型中叶片包角满足：；其中，m：子午面长度，等于叶片长度；r：叶片上任一点对应的半径；α：叶片上任一点对应的叶片包角；：叶片前缘和出口的气流切削速度；：叶片流动方向的气流切削速度；ω：喷嘴环的转速；θ：圆柱坐标系下叶片上任一点对应的角度；B：叶片数量；V
m
：叶片流动方向的气流子午速度，或者子午方向的分速度；叶片厚度满足：；：初始叶片厚度；：叶片厚度；r：叶片上任一点对应的半径；α：叶片包角；z：圆柱坐标系下叶片上任一点对应z坐标的值。4.如权利要求1所述的叶片设计方法，其特征在于，所述计算目标叶片包角和目标叶片厚度包括：判断叶片包角的最大包角α
max
是否小于预设角度；若小于则该叶片包角为目标叶片包角，否则调整喷嘴环初始模型的参数直至叶片包角的最大包角α
max
小于预设角度。
5.如权利要求4所述的叶片设计方法，其特征在于，所述预设角度的范围为25
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊琦，吕顺，窦站成，盛哲，付万鑫，王意宝，周海磊，
申请(专利权)人：潍柴动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：