渦輪機葉輪的葉片及其建模方法
【專利摘要】渦輪機葉輪的葉片，其包括根部、翼型和頂端。該根部和頂端包括在該翼型的側(cè)面上具有表面(15)的平臺，所述表面分別被稱為根部和頂端流路。這些流路的每個都由壓力面部分和吸力面部分組成，所述壓力面部分和吸力面部分分別位于壓力面和吸力面的側(cè)面上并由凸型曲線(45，65)分開。明顯地通過以下事實葉片制造更容易，在壓力面和吸力面中第一表面上的任一點以及位于第一表面的側(cè)面上在該根部和頂端流路部分上的任何點具有法線，所述法線相對于被稱為第一制造方向的方向成銳角或直角。建模葉片的方法。
【專利說明】渦輪機葉輪的葉片及其建模方法
[0001]本發(fā)明涉及一種渦輪機葉輪的葉片;該葉片包括連續(xù)地在葉輪的徑向方向上的根部，翼型和頂端;該根部具有根部平臺，該根部平臺在朝該翼型的側(cè)面上具有表面，該表面被稱為根部平臺壁;該頂具有頂端平臺，該頂端平臺在朝該翼型的側(cè)面上具有表面，該表面被稱為頂端平臺壁;以及該翼型具有被稱為翼型表面并包括壓力側(cè)和吸力側(cè)的外表面。
[0002]術(shù)語“平臺壁”因此在本文中用于指代面對該翼型的葉片平臺的表面。
[0003]可將這種葉片設(shè)計為形成轉(zhuǎn)子輪的一部分，其從由此穿過的流體流接收能量或施加能量到該流;它還可以形成用于引導(dǎo)該流的葉片的定子輪的一部分。
[0004]具有頂端平臺和根部平臺的這種葉片為一種形狀復(fù)雜的零件。其制造相對困難，并且通常需要使用由多個零件組成的模具或工具，和/或可能涉及求助于五軸加工中心。
[0005]本發(fā)明的目的因此是用于彌補這些缺陷，并且提出與常規(guī)葉片相比簡化或便利了其制造的葉片。
[0006]在【背景技術(shù)】中所存在的類型的葉片中，通過由在該壓力側(cè)上的壓力側(cè)部分和在該吸力側(cè)上的吸力側(cè)部分構(gòu)成每個所述平臺壁這一事實實現(xiàn)了該目的，這些部分在從該平臺壁的上游邊緣到下游邊緣行進并穿過該翼型的凸型曲線處相交;并且從該壓力側(cè)表面和該吸力側(cè)表面選擇的第一表面的每一點，以及位于與該第一表面相同側(cè)上的所述根部和頂端平臺壁部分的每一點(二者被稱為第一部分)存在法線，該法線相對于被稱為第一制造方向的方向形成銳角或直角。
[0007]該壓力側(cè)部分在該壓力側(cè)上以及該吸力側(cè)部分在該吸力側(cè)上的事實意味著該壓力側(cè)部分包括至少面向該壓力側(cè)定位的該平臺壁的部分，以及該吸力側(cè)部分包括至少面向該吸力側(cè)定位的該平臺壁的部分。
[0008]該凸型曲線通常基本從該葉片的前緣延伸到與該葉片的前緣基本對準(zhǔn)的平臺的上游邊緣上的點；同樣，該凸型曲線通常基本從該葉片的尾緣延伸到與該葉片的尾緣基本對準(zhǔn)的平臺的下游邊緣上的點。
[0009]此外，表面上的點存在相對于第一制造方向形成銳角或直角的法線這一事實意味著在該點該表面不存在相對于所考慮的該制造方向的任何根切。
[0010]因此，上述限定意味著該第一表面，和位于與該第一表面相同側(cè)的平臺壁部分(第一平臺壁部分)，并不存在相對于該第一制造方向的任何根切。
[0011]由于上述原因，能夠以相對簡單的方式制成由這些表面所限定的該葉片的整個部分。
[0012]優(yōu)選地，另外，除該第一表面之外的該翼型的第二表面的每一點，以及位于與該第二表面相同側(cè)上的所述根部和頂端平臺壁部分的每一個都存在法線，該法線相對于被稱為第二制造方向的方向形成銳角或直角。
[0013]因此，可以相對簡單的方式制造該葉片，因為該葉片的表面在與該第一表面相同側(cè)上存在具有如下表面的第一部分，所述表面不存在相對于第一制造方向的任何根切，以及在與該第二表面相同側(cè)上存在具有如下表面的第二部分，所述表面不存在相對于第二制造方向的任何根切，這些部分相對容易地制成。
[0014]也就是說，其源于該葉片被設(shè)計的方式，該平臺壁通常在該凸形曲線的兩側(cè)上存在斜坡不連續(xù)性。
[0015]然而，該凸型曲線的一部分位于該翼型內(nèi)側(cè):因此該不連續(xù)性的一部分并不發(fā)生在平臺壁本身上，并且不干擾在該平臺表面上的流體流。
[0016]相反，在該翼型外側(cè)，該實施例可具有以下后果，該根部平臺和/或頂端平臺存在一個邊緣或可能兩個邊緣部分，一個在該翼型的上游以及另一個在該翼型的下游。這些邊緣構(gòu)成該凸型曲線的上游和下游部分，所述凸型曲線將該平臺壁劃分為壓力側(cè)部分和吸力側(cè)部分。
[0017]該上游邊緣然后從翼型(通常從該翼型的前緣)延伸到所討論平臺的上游邊緣;該下游邊緣從該翼型(從尾緣)延伸到所討論平臺的下游邊緣。上述凸型曲線沿這些壓力側(cè)和吸力側(cè)邊緣行進，其中分別位于該壓力側(cè)和吸力側(cè)上的(頂端或者根部)平臺壁部分相交于凸型曲線。
[0018]有利地發(fā)現(xiàn)的是，在該翼型前緣上游或其尾緣下游的邊緣的存在，通常不會顯著地降低葉片的性能。
[0019]為了簡化葉片的制造，在徑向視圖中的第一和第二制造方向優(yōu)選地平行的，并且處于相反的方向中。
[0020]此外，為了簡化葉片的制造，第一和第二制造方向優(yōu)選地繞該翼型的中平面對稱(術(shù)語“翼型的中平面”在本文中用于指代接近該翼型的中間平面的平面)。
[0021]此外，當(dāng)該平臺壁的大部分表面存在被設(shè)想用于所討論表面的相對于制造方向的足夠間隙角時，便利了該葉片的制造。相反，在該平臺壁上的間隙角應(yīng)優(yōu)選地保持盡可能小，以避免干擾在平臺壁附近的氣動流體流。
[0022]為了以最佳方式協(xié)調(diào)這些要求，在一個實施例中，在該葉片的一部分軸向范圍上，甚至在該葉片的整個軸向范圍上，在平面中一個所述平臺壁的壓力側(cè)和/或吸力側(cè)部分的一段由一個直線段構(gòu)成，所述平面包含該第一制造方向和對于該葉片是徑向的方向。
[0023]該葉片被設(shè)計成整合在渦輪機葉輪中，所述渦輪機葉輪包括預(yù)定數(shù)量的葉片，寫作N ο
[0024]在一個實施例中，在旋轉(zhuǎn)通過360°/N后，在該壓力側(cè)上限定平臺的平臺壁的邊緣(被稱為“第一”平臺；它可以是根部平臺或頂端平臺)與在該吸力側(cè)上限定該第一平臺的平臺壁的邊緣基本一致。(如果該葉片具有兩個平臺，對于另一平臺可采用相同布置)。
[0025]因此，有利地，當(dāng)該類型的兩個葉片(第一葉片和第二葉片)彼此相鄰放置時，在與當(dāng)它們在葉輪中被組裝在一起時的相同位置中，在該第一葉片的壓力側(cè)上的第一平臺和在第二葉片的吸力側(cè)上的第二平臺之間在這兩個葉片之間交界面的斜坡不連續(xù)性發(fā)生在凹槽中，所述凹槽在這兩個葉片之間的交界面處形成。
[0026]由于該區(qū)域為凹陷的，在該位置的斜率不連續(xù)性并不過分地干擾在葉片之間的流體流，并且不會令人人難以接受地降低葉輪的性能。
[0027]本發(fā)明還提供一種葉輪，包括如上所限定的多個葉片，以及還提供一種具有這種葉輪的渦輪機，特別地用于低壓渦輪。
[0028]本發(fā)明的第二個目的是提供一種用于建模葉片的建模方法，該葉片連續(xù)地包括根部、翼型和頂端，該葉片的外側(cè)表面由吸力側(cè)以及由壓力側(cè)所構(gòu)成，該方法能夠限定一種特別容易制造的葉片，特別地與現(xiàn)有技術(shù)的葉片相比。
[0029]當(dāng)通過實施以下步驟建模該葉片平臺壁時，實現(xiàn)了該目的:
[0030]a)以這種方式創(chuàng)建從該壓力側(cè)和該吸力側(cè)選擇的第一表面的CAD模型，使得該第一表面的每一點存在法線，所述法線相對于被稱為第一制造方向的方向形成銳角或直角；以及
[0031]b)以這種方式創(chuàng)建該葉片的根部和頂端平臺壁的CAD模型，使得每個所述平臺壁由在該壓力側(cè)上的壓力側(cè)部分和在該吸力側(cè)上的吸力側(cè)部分所構(gòu)成，這些部分在從穿過該翼型的平臺壁的上游邊緣到下游邊緣行進的凸型曲線相交;并且在該第一表面上的每一點以及位于與該第一表面相同側(cè)的所述根部和頂端平臺壁部分的每一點存在法線，所述法線相對于該第一制造方向形成銳角或直角。
[0032]該方法可以創(chuàng)建一種如上所限定葉片的CAD模型。術(shù)語“CAD”模型用于指代可特別地通過計算機輔助設(shè)計軟件創(chuàng)建的該類三維數(shù)字模型。
[0033]—種用于創(chuàng)建平臺壁的特別有效方法包括創(chuàng)建它們，首先從(圓周地)位于該翼型的“凸形”曲線開始，其次從分別在其與相鄰葉片的交界面處，限定在壓力側(cè)上和在吸力側(cè)上的平臺壁的極限曲線開始。
[0034]可特別地從凸型曲線創(chuàng)建(根部的或頂端的)一個平臺壁的CAD模型，通過移位或平移結(jié)構(gòu)曲線創(chuàng)建或獲得所述凸形曲線。
[0035]例如，可在表示穿過流體的殼體的理想理論形狀的理論平臺壁表面上創(chuàng)建該結(jié)構(gòu)曲線。
[0036]也可以從限定兩個相鄰葉片的曲線創(chuàng)建理論平臺壁表面，即極限曲線。
[0037]以這種方式創(chuàng)建的該結(jié)構(gòu)曲線和該極限曲線徑向地處于基本相同的水平。這就是為什么通過徑向地移位或平移該結(jié)構(gòu)曲線創(chuàng)建了該凸型曲線:該操作可以在這些曲線之間創(chuàng)建徑向位置差，如下所解釋的，可以確保足夠的間隙角存在于所創(chuàng)建平臺壁的表面上。
[0038]優(yōu)選地，以這種方式創(chuàng)建該結(jié)構(gòu)曲線，使得它正交叉該理論翼型表面。因此，如上所述，通過它發(fā)生在該翼型的兩側(cè)上這一事實，通常發(fā)生在該凸型曲線的該斜坡不連續(xù)性被局部地掩蔽。
[0039]參考該極限曲線，可以創(chuàng)建它們中兩個，如上所述，即一個在壓力側(cè)上以及一個在吸力側(cè)上。
[0040]然而，優(yōu)選的是以這種方式創(chuàng)建該極限曲線，使得限定在該壓力側(cè)上平臺壁的極限曲線與限定該平臺壁的吸力側(cè)的極限曲線相一致(忽略了葉片間間隙)，忽略了通過360° /N的旋轉(zhuǎn)。
[0041]可以通過各種不同的方式構(gòu)造該平臺壁。
[0042]在一個實施方式中，通過掃描移動的直線段同時承靠兩個曲線，獲得該平臺壁之一的至少一個所述部分的CAD模型。
[0043 ]術(shù)語“承靠”在本文中用于指代該直線段一直與這兩個曲線接觸。
[0044]該直線段移動，同時一直保持在與該葉輪的軸線垂直的平面中。
[0045]用于掃描的所述曲線的第一個曲線優(yōu)選地為上述凸型曲線。
[0046]這些曲線的第二個曲線優(yōu)選地為上述的極限曲線。
[0047]優(yōu)選地，使用上述方法建模所述葉片的兩側(cè)。
[0048]在這種情況下，對于正在使用上述方法建模的所述葉片的第一側(cè)，通過實施以下步驟建模所述葉片的第二側(cè):
[0049]c)除該第一表面之外，以這種方式創(chuàng)建從該壓力側(cè)和該吸力側(cè)中選擇的第二表面的CAD模型，使得該第二表面的每一點存在法線，所述法線相對于被稱為第二制造方向的方向形成銳角或直角;在步驟b)中，以這種方式創(chuàng)建該根部和頂端平臺壁的CAD模型，使得在與該第二表面相同側(cè)上的該根部和頂端平臺壁的每一點存在相對于該第二制造方向形成銳角或直角的法線。
[0050]在一個實施方式中，所述第一或第二制造方向相同。
[0051]本發(fā)明還提供了一種制造渦輪機葉輪的葉片的方法，所述葉片包括根部、頂端和翼型，所述方法的特征在于，為了限定所述葉片，它使用如上所述的建模方法。
[0052]本發(fā)明還涉及如上所限定的平臺壁-建模方法在CATIACAD工具中的使用。
[0053]最后，本發(fā)明還提供了一種包括用于使計算機能夠執(zhí)行如上所述葉片建模方法的步驟的指令的計算機程序，一種存儲如上所述計算機程序的計算機可讀取數(shù)據(jù)媒介，以及一種包括如上所限定的數(shù)據(jù)媒介的計算機。
【附圖說明】
[0054]在閱讀作為非限制性示例示出的實施例的以下詳細(xì)描述后，可以很好地理解本發(fā)明，并且其優(yōu)點更好地顯現(xiàn)。本說明書參考附圖，其中:
[0055]?圖1是本發(fā)明的葉片的圖解透視圖；
[0056].圖2是渦輪機的局部圖解透視圖，示出了一種包括與圖1所示相同葉片的葉輪；
[0057].圖3是圖1葉片的數(shù)字模型的圖解透視圖，而它由本發(fā)明的建模方法所創(chuàng)建；
[0058].圖4是相對于該葉輪的軸線徑向的圖解視圖，示出了圖1葉片的數(shù)字模型，而它由本發(fā)明的建模方法所創(chuàng)建；以及
[0059].圖5為在圖1葉片的數(shù)字模型中沿該葉輪的軸線查看的圖解視圖，而它由本發(fā)明的建模方法所創(chuàng)建。
[0060]圖1示出了表示本發(fā)明一個實施例的三個相同的葉片10。每個葉片10被設(shè)計成與N-1個相同葉片10組裝在一起，從而形成包括N個葉片的葉輪100(圖2)。
[0061 ]葉輪100本身形成渦輪機110的一部分。
[0062]在葉輪100中，葉片10在該葉輪的軸線X周圍以軸對稱方式安裝在轉(zhuǎn)子圓盤12上。當(dāng)該葉輪處于使用時，流體流沿軸線X從該葉輪的上游側(cè)流到下游側(cè)。
[0063]在下面的描述中，與上游側(cè)相關(guān)的元件寫作“u”，而與下游側(cè)相關(guān)的元件寫作“d”。
[0064]每個葉片10在從該葉輪向外行進的徑向方向中連續(xù)地包括:根部14，翼型16和頂端18。
[0065]根部14和頂端18因此構(gòu)成該葉片的兩端。它們包括各自平臺13和22。這些平臺13和22在通常與該翼型16的縱向方向(其為葉片10的徑向方向R)垂直的方向上延伸。
[0066]根部平臺13存在平臺壁15并且該頂端的平臺22存在平臺壁24。
[0067]在徑向視圖(沿方向R查看，如圖4所示)中，該平臺壁15存在具有四邊的外形，由上游邊緣17u、下游邊緣17d、壓力側(cè)邊緣17ps和吸力側(cè)邊緣17ss所限定(其中，壓力側(cè)元件標(biāo)記為“ps”并且吸力側(cè)元件標(biāo)記為“ss” )。
[0068]該平臺壁15由兩個互補部分組成:位于該翼型的壓力側(cè)上的壓力側(cè)部分15ps和位于吸力側(cè)上的吸力側(cè)部分15ss。
[0069]在它們之間，這兩個部分15ps和15ss限定一個凸型曲線45c。
[0070]平臺壁15經(jīng)由在圖3中未示出的連接表面20(其為具有不同半徑的連接圓角)連接到該翼型16的表面。
[0071]以下描述了根據(jù)本發(fā)明用于限定葉片10的形狀的建模方法。
[0072]該方法包括以下操作:
[0073]a)確定該翼型的理論表面；
[0074]b)確定該平臺壁的理論表面；
[0075]c)確定該葉片的結(jié)構(gòu)曲線；以及
[0076]d)創(chuàng)建該平臺壁。
[0077]使用諸如CATIA(注冊商標(biāo))軟件的計算機輔助設(shè)計程序，在計算機上實施這些操作。
[0078]以下提到的各種創(chuàng)建操作從而是創(chuàng)建三維實體的操作，在虛擬的三維環(huán)境或空間中限定所述實體。
[0079]a)確定理論翼型表面
[0080]最初創(chuàng)建理論翼型表面30。該表面表示該翼型16所需的外表面。該表面特別為適用于該翼型的氣動約束條件的函數(shù);該翼型由吸力側(cè)30ss和壓力側(cè)30ps所構(gòu)成，并且其存在前緣36和尾緣38(圖3)。
[0081 ] b)確定理論平臺壁表面
[0082]此后，創(chuàng)建或確定理論根部平臺壁表面40和理論頂端平臺壁表面60。這些表面的每個都具有基本內(nèi)部或外部殼體所需的形狀，該內(nèi)部或外部殼體限定通過葉輪的氣流通道。
[0083]表面40、60在凸型曲線(40U、40D、60U、60D)的上游和下游軸向地延伸，該凸型曲線軸向地限定了被限定葉片的范圍和覆蓋區(qū)域。
[0084]在所述的示例中，表面40和60為繞軸線A所限定的旋轉(zhuǎn)表面。也就是說，不是旋轉(zhuǎn)表面的平臺壁的理論表面也可在本發(fā)明的范圍中使用，例如導(dǎo)致限定包括局部突出和/或凹陷的所謂“3D”平臺的表面。
[0085]術(shù)語“繞軸線的旋轉(zhuǎn)表面”在本文中用于指代通過繞該軸線旋轉(zhuǎn)曲線所產(chǎn)生的表面。
[0086]c)創(chuàng)建平臺壁結(jié)構(gòu)曲線
[0087]在限定了由理論翼型和平臺壁表面(30、40、60)所構(gòu)成的支撐實體后，結(jié)構(gòu)曲線45和65分別被創(chuàng)建用于平臺13的壁和平臺22的壁。
[0088]為此，在理論翼型表面30和理論根部平臺壁表面40之間確定了相交曲線44。
[0089]也在理論翼型表面30和理論根部平臺壁表面60之間確定了相交曲線64。
[0090]此后，制造方向Aps和Ass分別在其壓力側(cè)和吸力側(cè)上被限定用于葉片。
[0091]在正在描述的本發(fā)明的實施方式中，在該葉片的兩側(cè)上的第一和第二制造方向Aps和Ass被選擇為繞包含方向R并垂直于軸線X的平面對稱，從而簡化了制造工具。根據(jù)所用的制造方法，制造方向?qū)?yīng)于脫模、加工等的方向。
[0092]因此，在軸向視圖中(在垂直于該葉輪的軸線A的平面中，如圖5所示)，該制造方向Aps和Ass相對于徑向方向R形成相同的角度β。
[0093]以下是如何確定該根部平臺13的結(jié)構(gòu)曲線45的詳細(xì)描述，相同方法用于確定該頂端平臺22的結(jié)構(gòu)曲線65。
[0094]對于在理論翼型表面和理論平臺壁表面之間的給定相交曲線(在當(dāng)前示例中，相交曲線為曲線44)，制造方向(Aps，Ass)對應(yīng)于被稱為“極限點”的一對點(U，D)，其限定如下:
[0095]一對極限點(U，D)為一對通常分別位于該翼型的前緣36和尾緣38附近的點，該對點形成了所考慮的相交曲線(44)的部分，并且該對點將該相交曲線細(xì)分成分別在壓力側(cè)上和在吸力側(cè)上的兩個互補部分(44ps和44ss)，這樣，在這些部分(44ps和44ss)每個上的每一點，在所考慮點該理論翼型表面的法線之間的角度相對于制造方向A形成銳角或直角。
[0096]換句話說，在這些曲線部分之一的每一點，該理論翼型表面存在相對于制造方向的非負(fù)間隙角。
[0097]通常，這意味著在徑向視圖(S卩，沿該翼型的徑向查看，如圖4所示)中，在極限點(U，D)的相交曲線(曲線44)的切線平行于制造方向Aps和Ass，如圖4所示。
[0098]選擇該制造方向Aps和Ass使得可以在曲線44上限定一對極限點U、D。
[0099]根部平臺壁的結(jié)構(gòu)曲線45然后被限定，從而滿足以下的約束條件:
[0100].曲線45必須穿過極限點U和D;
[0101].其必須在上游和下游延伸到該理論平臺壁表面40的相應(yīng)上游和下游凸型曲線40U和40D;以及
[0102].其必須將點U和D連接在一起，而不穿過在這些點之間的理論翼型表面30。
[0103]因此，該結(jié)構(gòu)曲線45包括:
[0104].在曲線44內(nèi)側(cè)的部分45i，其端部由點U和D構(gòu)成。在徑向視圖(圖4)中，該彎曲部分45i在曲線44內(nèi)側(cè)延伸；
[0105].在該根部的理論平臺壁表面40上形成的兩個彎曲部分45u和45d，分別從點U到曲線40u和從點D到曲線40d。
[0106]然后以類似方式創(chuàng)建頂端平臺22的結(jié)構(gòu)曲線65。
[0107]d)創(chuàng)建根部和頂端平臺壁
[0108]如下創(chuàng)建該根部和頂端平臺壁。僅描述了該根部平臺壁的創(chuàng)建，該頂端平臺壁以類似方式創(chuàng)建。
[0109]首先創(chuàng)建了需要限定相鄰葉片的平臺的極限曲線(一般被稱為曲線52)。更準(zhǔn)確地，創(chuàng)建了該極限曲線52的兩個例子52ps和52ss，一個在理論翼型表面30的壓力側(cè)上以及另一個在吸力側(cè)上，這兩個曲線彼此相同，忽略了繞軸線X通過360°/N的旋轉(zhuǎn)。在該平臺壁40的理論表面的表面創(chuàng)建了這些曲線52ps和52ss。
[0110]通過使曲線45徑向向外地偏移通過以下指定值的高度H創(chuàng)建了凸型曲線45c。
[0111]然后通過掃描在該理論翼型表面的兩側(cè)上移動的直線段創(chuàng)建了平臺壁支撐表面46ps和46ss，首先承靠在該凸型曲線45c上，其次承靠在曲線52ps和52ss的相應(yīng)一個上。
[0112]在每個例子，每一個直線段保持被包含在與該葉輪的軸線X垂直的平面P內(nèi)。
[0113]曲線45c的徑向偏移值H被選擇為足以確保該平臺壁支撐表面46ps和46ss在任何平面P中存在相對于脫模方向A足夠的間隙角:即在每個平面P中，在該平臺壁支撐表面的段的點和該脫模方向A之間的角度α必須大于最小所需的間隙角amini(在極限情況下，所需的最小間隙角amini可等于O)。
[0114]此外，在任何情況下，必須不存在任何根切:因此，在每個平臺壁支撐表面46ps和46ss上的每一點，在所考慮點的法線和其點形成一部分的該平臺壁支撐表面的制造方向之間的角度必須形成銳角或直角，并且在任何情況下不得形成鈍角(>90°)。
[0115]由于表面46ps和46ss通過掃描被包含在平面P內(nèi)并且在承靠兩個曲線同時被移動的直線段而被創(chuàng)建，它們在任何平面P中的段都是直線段。
[0116]然而，同樣可使用適于創(chuàng)建表面的任何其他方法來創(chuàng)建表面46ps和46ss，同時保持在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0117]特別地，確保在每個平面P內(nèi)滿足上述條件是合適的，也就是說，在每個平面中，在平臺壁支撐表面段的每個點和所討論制造方向(Aps或Ass)之間的角度大于所需的最小間隙角amini。
[0118]以上述方式通過掃描承靠在兩個曲線上的直線段構(gòu)造的表面46ps和46ss具有如下后果，兩個相鄰葉片的表面46ps和46ss存在由曲線52限定的共同極限。
[0?19] 如果某一其他方法用于創(chuàng)建表面46ps和46ss，表面46ps和46ss需要以這種方式形成，使得在兩個相鄰葉片之間不存在(至少位置)不連續(xù)性:這意味著遠(yuǎn)離翼型的表面46ps和46ss的邊緣在旋轉(zhuǎn)通過360° /N的角度后必須對應(yīng)(或彼此面對)。
[0120]在葉片10上，這意味著分別在壓力側(cè)上和在吸力側(cè)上限定平臺壁15的邊緣(標(biāo)記17ps和17ss，這兩者理論上都從曲線52限定)基本一致，忽略了通過360° /N的旋轉(zhuǎn)。
[0121]一旦已經(jīng)創(chuàng)建了平臺壁支撐表面46ps和46ss，它們需要被限制。
[0122]為此，計算從在理論翼型表面30和平臺壁支撐表面46ps和46ss之間的連接圓角的表面20開始。平臺壁支撐表面46ps和46ss被限制于這些連接圓角表面20的端部。
[0123]然而，在理論翼型表面30的上游和下游，平臺壁支撐表面46ps和46ss在凸形曲線45c的彎曲部分45u和45d彼此連接。
[0124]以這種方式限制的表面46ps和46ss之間的結(jié)合構(gòu)成了平臺13的平臺壁15。
[0125]以相同方式創(chuàng)建了頂端平臺壁24，在平臺壁24和理論翼型表面30之間的連接圓角72同樣如此。
[0126]在創(chuàng)建頂端平臺壁24的同時，因此有必要通過使曲線65徑向偏移通過值H’(不必等于H)來創(chuàng)建一個凸型曲線65c。
[0127]朝軸線X自然地實施徑向偏移。
[0128]之后，在壓力側(cè)上和在吸力側(cè)上以及就曲線45已偏移通過足夠高度H而言，頂端和根部平臺的平臺壁支撐表面在任何平面P中存在相對于制造方向A的足夠的間隙角。
[0129]最終確定葉片模型
[0130]一旦已經(jīng)應(yīng)用了極限，通過在其中具體地結(jié)合平臺壁15和24、連接圓角20和72以及理論翼型表面30，最終確定完整葉片的數(shù)字模型。
[0131]制造葉片
[0132]葉片10可在工業(yè)上制造有通過以這種方式所限定的CAD模型來限定的形狀。
【主權(quán)項】
1.一種渦輪機葉輪(I O O)的葉片(I O);所述葉片在所述葉輪的徑向向外方向中連續(xù)地包括根部(14)、翼型(16)和頂端(18); 所述根部(14)具有根部平臺(13)，所述根部平臺(13)在朝所述翼型的側(cè)面上存在表面(15)，所述表面被稱為根部平臺壁； 所述頂端(18)具有頂端平臺(22)，所述頂端平臺(22)在朝所述翼型的側(cè)面上存在表面(24)，所述表面被稱為頂端平臺壁;以及 具有外表面并包括壓力側(cè)(30ps)和吸力側(cè)(30ss)的翼型(16)，所述外表面被稱為翼型表面(30); 所述葉片的特征在于，每個所述平臺壁由在該壓力側(cè)上的壓力側(cè)部分(15ps，24ps)和在該吸力側(cè)上的吸力側(cè)部分(I 5 s s，24s s)所構(gòu)成，這些部分在從平臺壁的上游邊緣(I 5U，24U)到下游邊緣(lf5D，24D)行進穿過翼型的凸型曲線(45，65)相交;并且其中， 從該壓力側(cè)表面和該吸力側(cè)表面選擇的第一表面的每一點，以及位于與該第一表面相同側(cè)上的所述根部和頂端平臺壁部分的每一點存在法線，所述法線相對于被稱為第一制造方向(Aps)的方向形成銳角或直角。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中，除第一表面之外，該翼型的第二表面的每個點，以及位于與該第二表面相同側(cè)上的所述根部和頂端平臺壁部分的每一點存在法線，所述法線相對于被稱為第二制造方向(Aps)的方向形成銳角或直角。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片，其中，在徑向視圖中，所述第一和第二制造方向平行并相反。4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一權(quán)利要求所述的葉片，其中，在該葉片的一部分軸向范圍上，甚至在該葉片的整個軸向范圍上，在一個平面中在第一側(cè)上根部平臺壁或頂端平臺壁的一段主要由一個直線段構(gòu)成，所述平面包含第一制造方向和對于該葉片徑向的方向。5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一權(quán)利要求所述的葉片，用于具有N個葉片的渦輪機葉輪(100)，并且其中，在旋轉(zhuǎn)通過360°/N后，在該壓力側(cè)上限定該葉片的第一平臺的平臺壁的邊緣與限定該吸力側(cè)的第一平臺的平臺壁的邊緣基本一致。6.—種葉輪(100)，包括根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的多個葉片(10)。7.—種渦輪機(110)，特別地用于低壓渦輪的渦輪機(110)，包括根據(jù)權(quán)利要求6所述的葉輪(100)。8.—種用于建模葉片的建模方法，所述葉片連續(xù)地包括根部、翼型和頂端，所述葉片的外側(cè)表面由吸力側(cè)以及壓力側(cè)所構(gòu)成，所述方法的特征在于，它包括以下步驟: a)以這種方式創(chuàng)建從該壓力側(cè)和該吸力側(cè)選擇的第一表面的CAD模型，使得該第一表面的每一點存在法線，所述法線相對于被稱為第一制造方向的方向形成銳角或直角；以及 b)以這種方式創(chuàng)建該葉片的根部和頂端平臺壁的CAD模型，使得每個所述平臺壁由在該壓力側(cè)上的壓力側(cè)部分(15口8，24口8)和在該吸力側(cè)上的吸力側(cè)部分(1588，2488)所構(gòu)成，這些部分在從平臺壁的上游邊緣(15u，24u)到下游邊緣(15d，24d)行進穿過該翼型的的凸型曲線(45，65)相交;并且，在該第一表面上的每一點以及位于與該第一表面相同側(cè)上的所述根部和頂端平臺壁部分的每一點存在法線，所述法線相對于該第一制造方向形成銳角或直角。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的建模方法，其中，在步驟b)中，從該凸型曲線(45c)創(chuàng)建一個所述平臺壁的CAD模型，通過移位或平移結(jié)構(gòu)曲線(45)獲得所述凸形曲線。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的建模方法，其中，在步驟b)中，以這種方式創(chuàng)建所述結(jié)構(gòu)曲線，使得它恰好穿過理論翼型表面(30)。11.根據(jù)權(quán)利要求8到10中任一權(quán)利要求所述的建模方法，其中，在步驟b)中，以這種方式創(chuàng)建一個所述平臺壁，使得限定在該壓力側(cè)上所述平臺壁的極限曲線與限定在該吸力側(cè)上所述平臺壁的極限曲線一致，忽略了 360°/N的旋轉(zhuǎn)。12.根據(jù)權(quán)利要求8到11中任一權(quán)利要求所述的建模方法，其中，在步驟b)中，通過掃描承靠在這兩個曲線(45c，52pS，52SS)上同時移動的直線段，獲得所述平臺壁之一的至少一個所述部分的CAD模型。13.—種用于建模葉片的建模方法，其中，使用根據(jù)權(quán)利要求8到12中任一權(quán)利要求所述的方法建模葉片的第一側(cè)，所述方法進一步包括以下步驟: c)除該第一表面之外，以這種方式創(chuàng)建從該壓力側(cè)和該吸力側(cè)中選擇的第二表面的CAD模型，使得該第二表面的每一點存在法線，所述法線相對于被稱為第二制造方向的方向形成銳角或直角;并且其中，在步驟b)中，以這種方式創(chuàng)建該根部和頂端平臺壁的CAD模型，使得在與該第二表面相同側(cè)上該根部和頂端平臺壁的每一點存在相對于該第二制造方向形成銳角或直角的法線。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的建模方法，其中，所述第一和第二制造方向相同。15.—種制造渦輪機葉輪的葉片的方法，所述葉片包括根部、頂端和翼型，所述方法的特征在于，為了限定所述葉片，使用根據(jù)權(quán)利要求8到14中任一權(quán)利要求所述的建模方法。
【文檔編號】F01D5/22GK105829652SQ201480069669
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年12月8日
【發(fā)明人】薩米·貝尼舒, 克里斯蒂安·巴瑞德, 斯蒂芬妮·德弗蘭, 布魯 德 庫薩特 塞巴斯蒂安·迪加, 帕特里克·埃米利安·保羅·埃米爾·胡徹
【申請人】斯奈克瑪