【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及叶轮过流截面面积检查，特别涉及一种轴流式和离心式叶轮过流截面面积检查方法。
技术介绍
1、离心泵叶轮的设计可以划分为主要几何参数设计和叶轮部件造型设计，其中主要几何参数设计通过一系列总结的经验公式，将给定的设计参数转换为进口直径、出口直径、叶片数等主要参数。当离心泵主要几何参数选定以后，需要进行部件造型设计以最终确定过流截面形状。
2、过流截面面积随流道中线长度的变化关系是判断叶轮轴面流道设计优劣的重要准则，几何解析法、轴面网格分析法和样条拟合分析法是进行过流截面面积校核的主要方法。
3、几何解析法针对传统直线-圆弧构型的轴面流道，通过具体解析式计算获得内切圆心位置与半径，从而计算过流截面积。对于bezier曲线构造的轴面流道数学表达形式复杂，通过函数分析方法直接建立解析方程的难度大，因此无法用几何解析法对其面积检查。
4、轴面网格分析法则是将轴面流道认为是二维封闭几何区域，生成沿流线方向和垂直流线方向的平面结构网格，将垂直流线方向的网格线假定为轴面流道的过流截面线，从而获得轴面流道的过流面积。由于航空离心泵叶轮轴向前伸区域大，造成由轴向段区域向径向段区域变化过程中过渡段的网格正交性差，因此计算出的过流截面积存在比较大的误差。
5、样条拟合分析法则是采用三次样条函数拟合轮缘和轮毂型线，通过构建与轮缘和轮毂曲线垂直的截线计算内切圆心位置和半径。然而以往研究中直接将轴面流道的z和r坐标相关联，对于离心叶轮出口处的直线段部分，会导致同一个z坐标对应多组r坐标，为了解决该问题
技术实现思路
1、为了克服以上技术问题，本专利技术的目的在于提供一种轴流式和离心式叶轮过流截面面积检查方法，该方法采用参数三次样条方法拟合叶轮轴面流道，通过在与轮毂垂直的直线上最佳寻找内切圆心位置的方式，获得轴面流道的内切圆坐标和半径，从而计算给定轴面流道的过流截面积变化情况，具有适用性强，不受型线设计类型的限制，能够检查直线-圆弧曲线，多项式曲线和贝塞尔曲线类型型线，同时具有准确性强的特点，能够通过迭代准确计算流道过流面积变化规律的特点。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种轴流式和离心式叶轮过流截面面积检查方法，包括以下步骤；
4、步骤一、采用弦长坐标拟合轮缘和轮毂型线，并获取轮毂型线的离散点；
5、步骤二、根据步骤一提供的轮缘和轮毂型线表达式进一步迭代得到流道中内切圆切点和圆心坐标；
6、步骤三、根据步骤二得到的内切圆切点和圆心坐标计算流道的过流面积，从而得到整体流道面积的变化规律。检查的结果是流道的过流断面变化规律，即随着中心型线从进口至出口的发展，流道的面积大小变化。
7、对于一离心泵，其叶轮过流面积变化的规律为从小到大逐渐增加，通过过流面积变化方法能够判断现有设计的过流面积变化规律是否符合标准。
8、所述步骤一中，轮缘型线和轮毂型线构成了过流断面检查时的基本组成元素，为进行过流断面面积检查，通过三次样条拟合方式，建立轮缘型线ms与z坐标和r坐标的关系，即，
9、
10、式中，ms表示轮缘型线的归一化弦长参数，zs表示轮缘型线离散的z坐标，rs表示轮缘型线离散点的r坐标；同时，需要建立轮毂型线的三次样条拟合方程为，
11、
12、式中，mh表示轮缘型线的归一化弦长参数，zh表示轮缘型线离散的z坐标，rh表示轮缘型线离散点的r坐标。
13、三次样条拟合方式：
14、三次样条插值法通过给定的一组散点数据来拟合出一条光滑的连续函数曲线，用低次多项式逼近一段小区间内的数据，并利用这些多项式的连接处的衔接条件来保证整个曲线的光滑性。
15、其可以定义为：对于已知的n个数据点(ms，ps)，其中m1＜m2＜…＜mn，三次样条插值法可以找到一组函数s(m)，并满足以下条件：
16、1.s(m)在每个小区间上均为三次多项式
17、2.s(m)在两个相邻的小区间的连接处拥有相同的一阶、二阶导数，即s′(ms)＝s′(ms+1)，s″(ms)＝s″(ms+1)，s″(ms)＝s″(ms+1)
18、3.s(m)经过所有给定的数据点，即s(ms)＝ps
19、进一步的，在0～1区间范围内等分归一化弦长参数mh的方法获得轮毂曲线的离散点坐标，并认为得到的离散点为内切圆与轮毂型线的相切点，zhi、rhi分别表示轮毂型线离散点坐标值，对应的归一化弦长参数为mhi。
20、所述的步骤二具体为：
21、21)初步计算获得轮缘型线上的切点：
22、假定轮毂型线的垂线与轮缘型线的交点为内切圆初始相切点，构成的圆为初始圆，则通过式(3)所示优化问题获得初始内切点坐标的归一化弦长参数；
23、
24、式中，msi表示待求的轮缘型线初始内切点归一化弦长参数，zs(msi)、rs(msi)分别表示轮缘型线初始内切点的z坐标和r坐标值，z′(mhi)、r′(mhi)分别表示轮毂型线离散点坐标z和r方向的导数值，对式(2)求导可以获得具体的z′(mhi)、r′(mhi)，目标函数则是利用内积为零时两矢量垂直的原理在0～1的范围内寻找轮缘型线上初始相切点的归一化弦长参数，由此可以得到初步内切圆心坐标(zcenter，rcenter)和半径rcircle，具体为：
25、
26、
27、式中，zcenter、rcenter分别表示内切圆心位置的z坐标和r坐标，rcircle表示内切圆半径；
28、优化问题具体为：当两条直线内积等于零时，两条直线垂直，在式(3)中，(zs(msi)-zhi)z′(mhi)+(rs(msi)-rhi)r′(mhi)定义了轮缘切线和法线的内积，其中法线可以定义为两点的连线，两点坐标分别是(zs(msi)，rs(msi))，(xhi，rhi)，目前(zhi，rhi)已知，但(zs(msi)，rs(msi))中存在未知量msi，需要寻找一个msi，使得内积的绝对值尽可能小，即接近0时则说明现在的法线和切线垂直。
29、优化的方法包括但不限于粒子群优化，遗传算法。
30、22)基于分段搜索和二分法的思想求解初始内切圆与轮缘型线的第二个交点；
31、对于式(1)拟合的轮缘型线，在0～1区间范围内等分归一化弦长参数ms，则每个区间的下端点可以表示为msl，上端点可以表示为msh，区间下端点与内切圆圆心的距离可以表示为：
32、
33、式中，llow表示区间下端点与内切圆圆心的距离，同理区间上端点与内切圆圆心的距离可以表示为：
34、
35、式中，lhigh本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轴流式和离心式叶轮过流截面面积检查方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种轴流式和离心式叶轮过流截面面积检查方法，其特征在于，所述步骤一中，轮缘型线和轮毂型线构成了过流断面检查时的基本组成元素，为进行过流断面面积检查，通过三次样条拟合方式，建立轮缘型线ms与z坐标和r坐标的关系，即，
3.根据权利要求2所述的一种轴流式和离心式叶轮过流截面面积检查方法，其特征在于，三次样条拟合方式：
4.根据权利要求2所述的一种轴流式和离心式叶轮过流截面面积检查方法，其特征在于，在0～1区间范围内等分归一化弦长参数mh的方法获得轮毂曲线的离散点坐标，并认为得到的离散点为内切圆与轮毂型线的相切点，zhi、rhi分别表示轮毂型线离散点坐标值，对应的归一化弦长参数为mhi。
5.根据权利要求1所述的一种轴流式和离心式叶轮过流截面面积检查方法，其特征在于，所述的步骤二具体为：
6.根据权利要求1所述的一种轴流式和离心式叶轮过流截面面积检查方法，其特征在于，所述步骤三具体为：
【技术特征摘要】
1.一种轴流式和离心式叶轮过流截面面积检查方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种轴流式和离心式叶轮过流截面面积检查方法，其特征在于，所述步骤一中，轮缘型线和轮毂型线构成了过流断面检查时的基本组成元素，为进行过流断面面积检查，通过三次样条拟合方式，建立轮缘型线ms与z坐标和r坐标的关系，即，
3.根据权利要求2所述的一种轴流式和离心式叶轮过流截面面积检查方法，其特征在于，三次样条拟合方式：
4.根据权利要求2所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：仲世杰，符江锋，刘显为，魏鹏飞，赵晨辉，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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