一种基于变截面积分布的循环圆设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于变截面积分布的循环圆设计方法，该循环圆设计方法包括：获得给定的循环圆外环；利用贝塞尔曲线设计循环圆过流截面积分布曲线，以入口处过流截面积为标准，其它位置处的过流截面积以相对截面积进行表征，得到循环圆过流截面积分布结果；建立极坐标系和直角坐标系；根据循环圆过流截面积分布结果，求解循环圆在直角坐标系下的内环坐标，并绘制内环曲线

【技术实现步骤摘要】
一种基于变截面积分布的循环圆设计方法


[0001]本专利技术涉及流体机械循环圆环线设计
，具体涉及一种基于变截面积分布的循环圆设计方法
。

技术介绍

[0002]针对涡轮旋转机械循环圆设计方法中，往往采取循环圆等截面积假设，以减小流道中容积损失
。
然而，由于旋转机械循环圆基本呈现近圆形，同时截面积分布可以影响叶表载荷分布，因而会对性能产生不同影响，因此急需提供一种新的循环圆设计方法
。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种基于变截面积分布的循环圆设计方法，该设计方法采用固定循环圆外环而改变截面积分布的方式对内环进行设计，同时利用贝塞尔曲线实现过流截面积分布可调的循环圆设计，可对液力变矩器
、
液力耦合器等多叶轮液力元件不同叶轮的循环圆截面积分布进行单独设计，实现变矩器循环圆的变截面积分布设计，扩大其设计域，为提高其变矩比及能容等性能等提供新的途径，提高其流动性能，且便于液力元件三维流动设计
。
[0004]本专利技术采用以下具体技术方案：
[0005]一种基于变截面积分布的循环圆设计方法，该循环圆设计方法包括以下步骤：
[0006]步骤一，获得给定的循环圆外环；
[0007]步骤二，利用贝塞尔曲线设计循环圆过流截面积分布曲线，过流截面积分布以入口处过流截面积为标准，其它位置处的过流截面积以相对截面积进行表征，得到循环圆过流截面积分布结果；
[0008]步骤三，取循环圆外环的中心点
P
j
为极点
、
任一流道入口为极径，建立极坐标系，求解循环圆过流截面积结果；以循环圆的旋转轴为横轴
Z、
极点与旋转轴的垂线为纵轴
R、
横轴与纵轴的交点为原点
O
建立直角坐标系
ZOR
；根据步骤二中得到的循环圆过流截面积分布结果，求解循环圆在直角坐标系下的内环坐标，并绘制内环曲线
。
[0009]更进一步地，在步骤三中，采用下式计算过流截面积
A(
α
)
：
[0010][0011]上式中，
A0为入口处的截面积，
α
为曲线位置的极角，
A(
α
)
为极角
α
处的过流截面积，
P
i
为控制点，
i
＝
1、2、
……
n+1
；
[0012]基函数
b
i,n
(
α
)
为
n
次
Bernstein
多项式，其定义为：
[0013][0014]更进一步地，在步骤三中，采用下式求解循环圆在直角坐标系下的内环坐标：
[0015][0016]其中，
α
同时也是以泵轮入口为起始位置的向量
P1P2的方位角，
|P1P2|
为向量
P1P2的长度，极角为
α
时极径与循环圆的内环相交于
P1点且与外环相交于
P2点，
P1P2线段绕旋转轴扫掠一周所形成的环状面积为循环圆过流截面积，
R1为内环半径，
R2为外环半径
。
[0017]更进一步地，在直角坐标系
ZOR
中，旋转轴为
Z
轴且循环圆均在
R
轴的正半轴上，则
yj>0、y>0、Rj>0
恒成立，则公式
(3)
可简化为：
[0018][0019]有益效果：
[0020]本专利技术的循环圆设计方法根据给定的循环圆外环，利用贝塞尔曲线设计循环圆过流截面积分布曲线，计算循环圆的内环坐标和循环圆过流截面积，在根据内环坐标绘制内环曲线，从而能够在给定外环的情况下设计出内环；采用本专利技术的设计方法能够针对循环圆设计中的截面积分布进行独立设计，同时对于循环圆过流截面积分布可进行基于贝塞尔曲线的设计，实现包括直线型
、
流道扩张型
、
流道收缩型
、
流道扩缩型等截面积分布设计；此外，不同叶轮可以实现截面积单独设计，因而可以利用不同截面积分布类型对叶轮的特性进行单独设计，最终实现液力元件整体液力性能的提升
。
附图说明
[0021]图1为循环圆外环的结构示意图；
[0022]图2为循环圆过流截面积分布结构；
[0023]图3为液力变矩器的流道截面示意图；
[0024]图4为循环圆设计结果示意图；
[0025]图
5a
‑
5c
为典型实施例的截面积分布及其循环圆设计结；
[0026]图6为某典型变矩器截面积分布结果；
[0027]图7为某典型变矩器循环圆设计结果
。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，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
。
[0029]本实施例提供了一种基于变截面积分布的循环圆设计方法，该循环圆设计方法包括以下步骤：
[0030]步骤一，获得给定的循环圆外环；循环圆的外环如图1所示；
[0031]步骤二，利用贝塞尔曲线设计循环圆过流截面积分布曲线，过流截面积分布以入口处过流截面积为标准，其它位置处的过流截面积以相对截面积进行表征，不失一般性，本实施例以最常用的等截面积分布为例进行设计，故分布结果如图2所示；得到循环圆过流截
面积分布结果；
[0032]步骤三，液力变矩器的循环圆内外环近似圆形，基于此建立基于极坐标系近似的循环圆截面积表征法，如图3所示，取循环圆外环的中心点
P
j
为极点
、
任一流道入口为极径，建立极坐标系；以循环圆的旋转轴为横轴
Z、
极点与旋转轴的垂线为纵轴
R、
横轴与纵轴的交点为原点
O
建立直角坐标系
ZOR
；当极角为
α
时，其极径与循环圆内环相交于
P1点且与外环相交于
P2点，其中
P1P2线段绕循环圆的旋转轴
Z
轴扫掠一周所形成的环状面积为循环圆过流截面积
A(
α
)
，其流道截面示意图如图3所示，由此求解循环圆过流截面积结果，并可以建立基于极角
α
与截面积
A
之间的函数分布曲线
A(...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于变截面积分布的循环圆设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，获得给定的循环圆外环；步骤二，利用贝塞尔曲线设计循环圆过流截面积分布曲线，过流截面积分布以入口处过流截面积为标准，其它极角位置处的过流截面积以相对截面积进行表征，得到循环圆过流截面积分布结果；步骤三，取循环圆外环的中心点
P
j
为极点
、
任一流道入口为极径，建立极坐标系，求解循环圆过流截面积结果；以循环圆的旋转轴为横轴
Z、
极点与旋转轴的垂线为纵轴
R、
横轴与纵轴的交点为原点
O
建立直角坐标系
ZOR
；根据步骤二中得到的循环圆过流截面积分布结果，求解循环圆在直角坐标系下的内环坐标，并绘制内环曲线
。2.
如权利要求1所述的循环圆设计方法，其特征在于，在步骤三中，采用下式计算过流截面积
A(
α
)
：上式中，
A0为入口处的截面积，
α
为曲线位置的极角，
A(
α
)
为极角
α
处的过流截面积，
P
i
为控制点，
i
＝<...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯志芳，魏巍，刘城，孟庆凯，郭猛，张嘉华，闫清东，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：