用于優化汽輪機葉片型線的方法與流程

本發明涉及一種用于優化汽輪機葉片型線的方法，適用于汽輪機的動靜葉片。

背景技術：

汽輪機葉片截面積的輪廓線叫葉片型線，它通常由非均勻有理B樣條曲線構成的內弧、背弧以及兩端的進汽邊、出汽邊圓弧組成。汽輪機中的蒸汽在各級葉片通道中完成從熱能轉化成機械能的整個過程，因此葉片型線對汽輪機通流部分的效率影響極大。

在汽輪機葉片部件的設計中，從流體動力學性能的要求看，其型線的光順性非常重要。葉片型線多以內、背弧樣條曲線擬合點和進、出汽邊圓弧圓心坐標及半徑的形式存儲在型線圖紙文件中。因內/背弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧的連接點處于兩條曲線的端點位置，起著連接和過渡兩段曲線的作用。由于型線設計手段和數據存儲精度的限制，可能引起葉片型線在內/背弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧的連接點處不連續或者不相切，從而導致葉片型線的不連續和不平滑。

技術實現要素：

本申請的目的是為了克服上述現有技術存在的問題，提供一種用于優化汽輪機葉片型線的方法，優化后的內/背弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧的連接點更平滑，從而提高汽輪機葉片部件的流體動力學性能，減少能量損失，進而提高汽輪機機組效率。

本發明是一種計算機輔助設計葉型的方法，并利用了計算機的計算能力進行迭代計算。迭代算法是用計算機解決問題的一種基本方法。它利用計算機運算速度快、適合做重復性操作的特點，讓計算機對設定的指令或一定步驟進行有限次的重復執行，在每次執行這組指令或這些步驟時，都從變量的原值推出它的一個新值，從而得到接近最優解的近似解。

汽輪機的葉型具體如圖1所示，其進/出汽邊曲線均由圓弧構成，內弧、背弧均為非均勻有理B樣條曲線，進汽邊與出汽邊曲線分別與內弧和背弧曲線光滑過渡。

具體地，一種用于優化汽輪機葉片型線的方法，其特征在于，該方法為一種優化內弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧h的連接點的方法，該方法包括：

(1)獲得優化的內弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點：取內弧樣條曲線的一個初始端點S0和相鄰的兩個擬合點S1、S2，計算同時經過此三點的圓，其圓心為C2，半徑為R2；當圓心C2與進/出汽邊的圓弧圓心C1的距離Dc大于或等于R2時,作線段連接C1與C2與進/出汽邊圓弧延伸的圓交于點N；當圓心C2與進/出汽邊圓弧圓心C1的距離Dc小于R2時，過C1作方向與矢量C2C1相同的射線，使射線與進/出汽邊圓弧延伸的圓交于點N’；點N或點N’即為經過優化的內弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點；

(2)迭代步驟：利用上述步驟(1)獲得的點N或點N’，作為內弧樣條曲線的初始端點，再和相鄰的兩個擬合點S1、S2，再次執行步驟(1)中的優化方法，直至點N或點N’與上一次迭代計算的內弧樣條曲線的初始端點的距離小于設定的目標值，從而得到優化的內弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點的葉片型線。

具體地，一種用于優化汽輪機葉片型線的方法，其特征在于，該方法進一步用于優化背弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧h的連接點：

(1)獲得優化的背弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點：取背弧樣條曲線的一個初始端點S0和相鄰的兩個擬合點S1、S2，計算同時經過此三點的圓，其圓心為C2，半徑為R2；當圓心C2與進/出汽邊的圓弧圓心C1的距離Dc大于或等于R2時,作線段連接C1與C2與進/出汽邊圓弧延伸的圓交于點N；當圓心C2與進/出汽邊圓弧圓心C1的距離Dc小于R2時，過C1作方向與矢量C2C1相同的射線，使射線與進/出汽邊圓弧延伸的圓交于點N’；點N或點N’即為經過優化的背弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點；

(2)迭代步驟：利用上述步驟(1)獲得的點N或點N’，作為背弧樣條曲線的初始端點，再和相鄰的兩個擬合點S1、S2，再次執行步驟(1)中的優化方法，直至點N或點N’與上一次迭代計算的背弧樣條曲線的初始端點的距離小于設定的目標值，從而得到優化的背弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點的葉片型線。

當所述的初始端點S0和相鄰的兩個擬合點S1、S2在同一條直線上時，為初始端點S0的x坐標和y坐標各加一隨機值,二隨機值相同或不同，隨機值的范圍為[-1/10·R1,1/10·R1]，R1為所述進/出汽邊圓弧H的半徑。

迭代次數至多為10000次。

當迭代次數大于1000次時，為初始端點S0的x坐標和y坐標各加一隨機值，二隨機值相同或不同，隨機值的范圍為[-1/10·R1,1/10·R1]，R1為所述進/出汽邊圓弧H的半徑。

所述的葉片型線是動葉片型線或靜葉片型線。

所述的葉片型線應用于1MW以上的汽輪機動葉片型線或靜葉片型線上。

上述方法的計算速度一般在毫秒級別或更快，在極高效率的情況下瞬間得到接近最優解的近似解。

本發明所述的用于優化汽輪機葉片型線的方法,在汽輪機葉片設計中，應用于1MW以上的汽輪機動葉片型線或靜葉片型線上，因而其通用性很強，適用于各種葉型設計，具有很大的產業推廣應用價值。

在此基礎上，本發明得到的優化方法能使得葉型設計中內弧/背弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點得到優化，相對于現有技術中未得到優化的葉型，能得到相對而言更為光順平滑的葉型曲線，從而提高汽輪機葉片部件的流體動力學性能，且具有很高的計算效率，因而極富產業價值，兼具計算機輔助設計的優點。

附圖說明

圖1為本發明的葉片型線示意圖。

圖2a為本發明當Dc大于或等于R2時獲得優化的內弧/背弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點的方法的示意圖。

圖2b為本發明當Dc小于R2時獲得優化的內弧/背弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點的方法的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行詳細的說明：

圖1為本發明的葉片型線示意圖，如圖1所示，其進/出汽邊均由圓弧構成，內弧、背弧均為非均勻有理B樣條曲線，進汽邊與出汽邊曲線分別與內弧和背弧曲線光滑過渡。

按照本發明,提供了一種獲得優化的內弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點的方法。該方法具體包括以下步驟:取內弧樣條曲線的一個初始端點S0和相鄰的兩個擬合點S1、S2，計算同時經過此三點的圓，其圓心為C2，半徑為R2；當圓心C2與進/出汽邊的圓弧圓心C1的距離Dc大于或等于R2時,如圖2a所示，作線段連接C1與C2與進/出汽邊圓弧延伸的圓交于點N；當圓心C2與進/出汽邊圓弧圓心C1的距離Dc小于R2時，如圖2b所示，過C1作方向與矢量C2C1相同的射線，使射線與進/出汽邊圓弧延伸的圓交于點N’。點N或點N’即為經過優化的內弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點。

利用上述優化內弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點的方法獲得的點N或點N’，作為內弧樣條曲線的初始端點，再次執行上述獲得優化的內弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點的方法，直至點N或點N’與上一次迭代計算的內弧樣條曲線的初始端點的距離小于目標值，得到內弧樣條曲線的經過優化的端點，從而得到優化的內弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點的葉片型線。

同理按上述一種獲得優化的內弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點的方法，來獲得優化的背弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點及背弧樣條曲線與進/出汽邊圓弧H的連接點的葉片型線。

在另一種情況下，當所述的初始端點S0和相鄰的兩個擬合點S1、S2在同一條直線上時，為初始端點S0的X坐標和Y坐標各加一隨機值，二隨機值相同或不同，隨機值的范圍為[-1/10·R1,1/10·R1]，R1為所述進/出汽邊圓弧H的半徑；慮及這一情況，是為了避免無法計算導致無法生成圓弧，在兩坐標各加入隨機值之后，可保證計算順利進行。

其中，迭代次數至多為10000次；當迭代次數大于1000次時，為初始端點S0的X坐標和Y坐標各加一隨機值，二隨機值相同或不同，隨機值的范圍為[-1/10·R1,1/10·R1]，R1為所述進/出汽邊圓弧H的半徑。

所述的葉片型線為動葉片型線或靜葉片型線。

所述的葉片型線應用于1MW以上的汽輪機動葉片型線或靜葉片型線上。

上述方法的計算速度一般在毫秒級別或更快，在極高效率的情況下瞬間得到接近最優解的近似解。

本發明所述的用于優化汽輪機葉片型線的方法,在汽輪機葉片設計中，應用于1MW以上的汽輪機動葉片型線或靜葉片型線上，因而其通用性很強，適用于各種葉型設計，具有很大的產業推廣應用價值。