叶片设计范文（精选11篇）
叶片设计 第1篇
国内电力市场逐渐趋于饱和状态, 现在各个汽轮机生产厂家逐渐由国内市场转向国外市场。在这大环境下, 哈汽公司承接了巴西卡迪奥塔火电厂二期扩建的350MW汽轮机项目。巴西卡迪奥塔火电厂的350MW机组是哈汽首台350MW-3 600 r/min出口机组, 此机组的设计是全新的, 特别是叶片的设计难度很大。60 Hz的运行频率使叶片的离心应力大幅度增加, 这给叶片的安全性设计带来了严格的要求。特别是末级叶片的设计难度更大, 不仅要保证叶片的安全性, 还要考虑叶片的高效性。
1叶片成型
1 017 mm末级叶片 (如图1所示) 是以1 200 mm末级长叶片为母型进行优化设计的。由于工作转速在3 600 r/min, 其叶片离心力的大幅度增加, 叶片的强度成为叶片设计的难点, 为保证叶片的高效性和安全性, 动叶设计成自带围带、枞树型斜叶根、凸台拉筋结构的扭叶片。
1.1叶片气动设计
1 017 mm末级叶片是依据HTC长叶片设计体系进行设计, 该体系经过大量机组长期运行的验证, 具有良好的气动性能和安全可靠的特点。
静叶采用先进的马蹄形后加载叶型, 并进行弯扭联合设计, 动叶片采用跨音速叶型, 并且沿叶片高度进行扭转, 这样设计可以改善气动参数沿叶片高度的分布情况, 减小径向和端部二次流损失。
从图2子午面马赫数分布图可以看出, 静叶片马赫数为C型分布, 这样绝大部分高速汽流在主流动内流动, 上下端壁的低速汽流少, 减少了端部损失, 流场流线分布合理, 汽流无分离。为保证机组在变工况下安全高效运行, 在设计时将末级根部反动度提高, 机组在低负荷运行时, 叶片根部不会有倒流现象发生, 保证了机组在低负荷运行时的安全性。
1.2 反动度的控制
机组在变工况运行时, 特别是在低负荷工况运行时, 反动度对末级的影响很大。当机组变工况下运行时, 根部反动度可能出现负值, 这样的情况下, 动叶根部的高速汽流将挤向顶部区域, 动叶根部区域有脱流、倒流现象发生, 甚至会发生颤振[1], 对机组安全性造成影响。因此, 叶片根部设计成根部为26%左右, 有利于叶片的变工况性能。叶片的反动度沿叶高分布见图3。
2 叶片结构、强度、振动设计
1 017 mm末级叶片动叶片设计采用先进的结构形式:叶片顶部采用翼型围带、叶片中部有凸台拉筋结构, 叶片在工作时高速旋转, 叶片形成整圈连接, 增加了叶片的强度、振动性能, 并且相邻叶片的围带和凸台拉筋通过摩擦阻力, 有效地降低叶片的动应力。通过调整叶片的围带厚度进行动调频, 确保机组在运行时, 叶片频率在安全范围内。
1 017 mm末级叶片采用新型的高强度枞树型叶根。并且将叶根设计成与转子中心呈一定角度, 这样可以把叶片根部截面包住, 同时在装配时避免与相邻叶片的围带和凸台拉筋发生干涉。
采用斜叶根既能保证将叶片根部型线包络住, 又避免在装配时相邻叶片之间的凸台拉筋和围带发生干涉。
1 017 mm末级叶片在相对叶高0.62处加一道凸台拉筋, 拉筋采用椭圆锥型结构;叶片顶部围带是以叶片顶部型线为基础的翼型围带。叶片在非工作状态下是相互独立的, 当达到一定转速时, 叶片围带及凸台拉筋紧密贴合形成一圈, 大大降低了叶片的动应力和有效防止了颤振的发生, 增加了叶片的安全性[2]。
叶片在工作时, 不断受汽流力作用, 使叶片产生振动, 特别是当激振力频率跟叶片频率相同而产生共振, 而使叶片疲劳断裂。为了保证叶片的安全性, 1 017 mm末级动叶片进行了强度振动分析, 由图4可以看出, 1 017 mm末级叶片在3 420~3 780 r/min转速范围内无三重共振点, 叶片的工作频率是安全的。
3 低压末级叶片防侵蚀措施[3]
为了降低叶片被高速的湿蒸汽侵蚀, 末级叶片在设计时采取了如下一些去湿和防侵蚀设计措施:
1) 在低压末级静叶片内弧表面开出专用的去湿槽把流道表面的水膜中的水分导走。末级静叶去湿槽S1流面及三维流动见图5。
2) 末级动叶片镶嵌司太立合金片, 并且直通到围带顶部, 这样可以将高速的湿蒸汽形成的小水滴通过围带甩出去, 有效地保护末级动叶片。
4 结语
通过对350MW汽轮机末级1 017 mm叶片的气动设计, 使动、静叶匹配合理, 降低了动、静叶片的叶型损失, 使1 017 mm叶片具有高效性;合理的反动度设计, 使1 017mm叶片具有良好的变工况性能;枞树形斜叶根、自带围带、凸台拉筋结构的设计, 降低了叶片的动应力, 确保叶片的长期安全运行;末级叶片防侵蚀措施保证了末级叶片的安全, 同时降低了湿气损失。
摘要：1 017 mm叶片是HTC为巴西卡迪奥塔火电厂设计的350MW汽轮机末级的专用叶片。文中主要从气动、强度振动性能介绍了1 017 mm末级长叶片的设计特点和工作性能, 表明1 017 mm末级长叶片具有良好的气动性能和振动性能, 是安全、高效、性能良好的末级长叶片。
关键词：末级叶片,气动设计
参考文献
[1]周英.600MW等级二缸空冷汽轮机长叶片开发[J].热力透平, 2007 (1) :41-44.
[2]赵俊明.空气汽轮机末级680 mm叶片的开发[J].汽轮机技术, 2007 (5) :338-342.
压气机叶片前缘形状的改进设计 第2篇
压气机叶片前缘形状的改进设计
本文使用数值模拟方法研究了压气机叶片前缘形状对叶片气动性能的影响.来流环绕圆弧形前缘表面发生过度膨胀形成吸力峰;当来流湍流度和雷诺数较低时,会导致前缘层流分离.虽然椭圆形前缘可以减弱吸力峰,提高叶片气动性能,但是椭圆形前缘加工困难,费用较高,有鉴于此,本文设计了易于加工的新型前缘形状-带平台的`圆弧形前缘,它可以明显减弱吸力峰,达到与椭圆形前缘(a/b=2)相近的改善叶片气动性能的效果.
作 者：陆宏志 徐力平方韧 Lu Hongzhi Xu Liping Fang Ren 作者单位：北京航空航天大学404教研室,北京,100083刊 名：航空动力学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF AEROSPACE POWER年，卷(期)：15(2)分类号：V232.4关键词：压气机 叶片造型 设计 气动特性
叶片设计 第3篇
摘要以电风扇叶片的塑料模具设计为例,介绍了Pro/E的三维实体造型和模具设计功能的应用。使用Pro/E 软件可大大缩短设计和制造周期,提高产品设计准确性,降低设计成本。
关键词塑料模具;风扇叶片;Pro/E
中图分类号TQ330.41文献标识码A文章编号1673-9671-(2009)112-0049-01
作为注塑成型加工的主要工具之一的注塑模具,在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平的高低,直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代,同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。而传统的模具设计主要依靠设计人员的经验,模具的加工制造又在很大程度上依赖于生产者的操作技能,因此存在模具设计水平低、加工质量差、生产周期长、使用寿命短等缺陷。Pro/E等软件在注塑模具设计中的应用,成功地弥补了传统设计方法的不足,制品几何造型、分型面的创建、模具的结构设计,都是基于同一数据库进行的,既方便,又易保证制品的精度。
1注塑模具设计
1.1 产品造型
塑件为风扇叶片,所用材料为ABS。塑件的主要尺寸如图1所示,根据零件的二维图形,在三维软件Pro/E中对零件进行三维造型。首先打开Pro/E,进入零件设计界面,点击拉伸,旋转,扫描,混合,造型等命令绘制三维图形。塑件的三维造型如图2所示。
1.2型腔数目的确定
型腔数目较多时,精度也相对地降低。这不仅由于型腔加工精度的不同,也由于熔体在模具内的流动不匀所致。所以精密塑件尽量不用多腔模形式。根据产品结构特点,此塑料产品在模具中的扣置方式有两种:一种是将塑料制品的回转轴线与模具中主流道衬套的轴线垂直;另一种是将此塑料制品的中心线与模具中主流道衬套的轴线平行。这里拟采用第一种方式,一模一件的结构。
1.3分型面的确定
分型面是决定模具结构形式的重要因素,它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系,并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。为便于将制品从模具中取出,选择分型面应该位于制品截面的最大轮廓处。本设计的模具只有一个分型面,垂直分型。其分型面如图3所示:
X
1.4浇注系统及冷却系统的设计
Pro/E 的浇注系统设计包括主流道、分流道以及浇口的设计。该步骤要比传统的二维设计软件方便和快捷得多。浇注系统的设计是否合理,直接影响到制品的表观质量、形位尺寸精度、制品物理力学性能、充模难易程度以及熔料在充模时的流动状态。浇注系统是指从模具进料口开始到模腔为止的流道部分,本设计的模具采用的浇注系统如图4所示。
Pro/E 的冷却系统设计也很方便,与浇注系统的设计类似。选择水线命令,设置合适的水道直径和开孔位置,绘制水线的起点和终点,即可在模具零件上自动生成水线。与流道设计相同,水道直接保存到需开水道的零件上。为了使冷却效果好,在模具的定模型腔板和动模型芯板内开设了如图5所示的水道,横向穿过这两块模板,这样使塑件各处的冷却均匀,模具的模温均匀。
1.5产品的模具3D装配图与爆炸图
进入建模模块后,根据所绘制的二维图的尺寸,利用拉伸,旋转,倒圆角,螺旋扫描等命令,分别完成定位圈,浇口套,螺钉,定模座板,定模板,动模板,动模支承板,推杆固定板,推板,垫块,动模座板,拉料杆,推杆,导套,导柱,复位杆等零件的三维造型,然后在装配模块中,利用匹配,对齐等装配方式,依次将各个零件装配起来,最后的装配图及爆炸图如图6、7所示。
2结束语
本研究采用Pro/E三维建模软件,设计了一副完整的电风扇叶片注塑模。该模具结构紧凑、操作方便实用,便于维修。经试验,模具的冷却效果好,满足塑料件成型质量。同时,该模具运用Pro /E进行设计,弥补了经验不足的缺陷,大大缩短设计时间, 使设计工作变得简单快捷。
参考文献
[1]刘毅,王华,郭莹等.基于Pro/E的塑料顶盖注塑模具设计[J].模具技术,2007,2.
[2]孙建民,晋小莉,徐冰晶等.基于Pro/E的塑料模具设计研究[J].现代塑料加工应用,2006,18(5):46-48.
[3]汪鸣琦,刘传胜.基于Pro/E的汽车塑料件模具设计研究[J].湖北工业大学学报,2007,22(6):57-59.
[4]蔡宇红.塑料转叶零件模具设计与制造[J].模具技术,2007,5.
轴流风机叶片的设计方法及实例 第4篇
1. 轴流风机的叶片设计理论
轴流风机设计的核心就是叶片型线设计。本文根据扭曲叶片理论, 采用全三维造型来进行叶片流型设计, 并结合空气动力学理论, 应用变环量流型设计方法, 使叶片的做功分布更加符合运动规律, 从而发挥出更高的功能转换效益。
首先, 基于抛物面理论, 我们在柱坐标下建立叶片中型面方程:
其中:F=[tanθ-tan (θ-λ) ]/tanθ, 通过参数θ、α、B等的取值变化, 可以控制叶片的扭曲程度和倾斜情况, 从而可以满足不同场合下的需要。
根据变环量设计方法, 并综合考虑叶轮叶根的机械强度、叶尖部分的加工工艺, 我们采用如下的叶片凸面和凹面方程:
上述两式中, 第二项的作用是对叶片分块进行不同程度的加厚, 以提高叶片的机械强度;第一项则是为了增大叶尖部分的厚度以方便加工。
在叶片设计中, 根据设计要求和气动参数, 结合B、θ、α等一些优化设计参数, 由 (1) 、 (2) 和 (3) 式就可以确定风机叶轮的结构参数及叶片的几何形状。由此构造成型的扭曲叶片不但方便加工, 而且便于下面的参数计算。
2. 轴流风机的叶片设计实例
依据以上设计得到的叶片结构参数和叶片几何参数, 设计了一款实用新型旨在提供一种流量大、全压高的9Q系列变压器轴流通风机, 其中9表示风机叶轮直径为900毫米, Q表示风机为前吹式。其总体结构形式由电机、叶轮、导流罩、支架、机壳和防护罩等6部分组成。其特征是电机位于风机的进口端, 电机轴和叶轮相连, 驱动叶轮旋转, 电机由支架支撑, 外面套有导流罩, 导流罩位于风机的进口端, 为中空的锥形柱体, 底端面的直径和轮毂的直径相等, 机壳为直径910毫米的圆筒形。在进口端略呈喇叭口状, 以使气流平顺地进入风机的流道, 在风机的进口端端面上有防护罩, 以避免杂物进入风机流道和叶片发生撞击。
其中的风机叶片为特殊设计, 在设计过程中采用了抛物面理论和不等功原理, 对叶片的流型和流面进行全三维的造型设计, 得到的叶片为三维的扭曲叶片, 其特征为叶片不等厚, 型面连续光滑, 任一相贯面与型面相割, 得到的相贯线呈流线形状的机翼形, 以使得本实用新型具有优良的气动性能。
本实用新型的总体结构中, 增加了导流罩部分, 导流罩位于风机的进口端, 套在电机的外面, 其作用是使气流平顺地进入通风机的流道, 从而提高风机叶轮在进口端的吸力, 使通风机能发挥最大的效率。因而9Q系列变压器轴流通风机具有优良的气动性能, 流量大, 全压高, 噪声低, 能耗省, 运行稳定, 性能曲线平坦, 使用范围广。如下页附图所示。
图中:电机-1, 电机轴-2, 叶轮-3, 支架-4, 导流罩-5, 机壳-6, 防护罩-7, 叶片-8, 轮毂-9, 叶根-10, 叶梢-11。
具体实施方式:
图1所示为本实用新型优选实施例1的总体结构示意图, 气流方向为由左向右。电机1位于风机的进口端, 电机轴2和叶轮3相连, 驱动叶轮3旋转。电机1由支架4支撑, 外面套有导流罩5, 导流罩5为中空的锥形柱体, 锥体的锥度为13°, 长度为236毫米, 底端面的直径和轮毂的直径相等。机壳6为直径910毫米的圆筒形, 在进口端略呈喇叭口状, 以使气流平顺地进入风机的流道。在风机的进口端端面上设计有防护罩7, 以避免杂物进入风机流道和叶片发生撞击。
图2、图3所示为本实用新型的叶轮部分结构的侧视图和正视图。叶轮由叶片8和轮毂9组成, 整个叶轮直径为900毫米, 轮毂的直径和叶轮的直径之比, 即轮毂比可以在0.45至0.55范围变化, 在本实施例中轮毂比为0.5, 即轮毂直径为450毫米。叶轮宽度的选择范围为110毫米至130毫米, 在本实施例中为120毫米。叶片以一定的叶片包角安装在轮毂上, 叶片包角的变化范围可以在25°至33°至范围内变动, 叶片包角增大, 可以使风机的最大流量和全压增加, 在本实施例中, 叶片包角为31°。叶片在轮毂的周向均匀布置, 在具体的实施中, 叶片的数目可以根据性能的需要在片到8片的范围内选择, 其规律是叶片数减少, 则风量减小, 风压降低。在本实施例中, 叶片的数目为8片。
图4、图5和图6分别为本实用新型的叶片8的正视图、侧视图和俯视图。叶片8为三维扭曲叶片, 叶片凸面、中型面和凹面的抛物指数a1、a和a2分别为0.5、0.55、0.6。图7、图8和图9为三个典型的叶剖面展开后的形状, 即用半径分别为r=450毫米 (叶梢) , r=355.76毫米, r=225毫米 (叶根) 圆柱面和叶片相切所得到的叶片轮廓线展开后的形状。叶片8的特征是, 其叶根10宽度较小, 而叶梢11宽度大, 从叶梢到叶根, 叶片的宽度逐渐减小, 但叶剖面的最大厚度则逐渐增加。
3. 结论
本文提出了一种新型的叶片流型三维造型方法, 在此基础上充分挖掘叶型几何参数, 最终在实际工况下, 建立了与扭曲叶片结构参数相关的气动方程, 采用该设计思想可以比较方便地解决理论设计问题。在整个设计过程中, 经验公式采用较少, 保证了设计方法的准确可靠性, 基于该思想的工程实例也很好地证实了这一点。
摘要：本文根据空气动力学理论及变环量流型设计方法建立了方程, 并以此方程得到的参数, 设计了一款流量大, 全压高的变压器轴流通风机。
关键词：轴流风机,叶片,设计,实例
参考文献
[1]邓世杰.大型变压器风冷却系统的自动控制.变压器, 2003, 40 (10) .
[2]B.埃克.通风机.机械工业出版社, 1983.
[3]Vad, J., Bencze, F.Three-dimensional flow in axial flow fans of non-free vortex design.International Journal of Heat and Fluid Flow, 1998.
叶片设计 第5篇
(1.内蒙古农业大学机电工程学院 2.华北电力大学可再生能源学院)
摘 要：该文介绍了目前风力发电机叶片的主要设计理论――Glauert理论、Schmitz理论和动量―叶素理
关于剑麻叶片定价的探讨 第6篇
关键词 剑麻 ；叶片 ；纤维 ；定价
中图分类号 S563.8
据广东省东方剑麻集团有限公司的统计资料，2008年该集团剑麻叶片总产量34.09万t，2014年约为12.89万t，2015年约为8万t。剑麻叶片产量的减少，直接导致纤维加工厂纷纷停工息业。究其原因，除了剑麻生产资料、地租与劳动力价格的大幅提高，剑麻病虫害危害外，剑麻叶片价格的高低与叶片定价是否合理也是影响剑麻种植面积减少的主因。因此，在剑麻叶片定价的问题上，各有关部门及企业应严谨慎重、科学合理，公平、公正和公开，对行业的生存、发展是至关重要的。
中国剑麻事业发展至今，关于剑麻叶片定价的标准和计算方法没有较好的依据及办法。笔者根据目前剑麻的生产实际，对剑麻叶片定价问题进行分析，提出剑麻叶片定价的计算方法。
1 剑麻叶片、纤维价格现状
根据湛垦函字[2015]72号文，目前湛江农垦剑麻叶片收购价格有所上调，详见表1：
近期剑麻直纤维价格和剑麻叶片收购价调查情况，见表2与表3。
2 剑麻叶片定价问题分析
2.1 种植剑麻叶片成本分析
构成剑麻叶片成本的主要要素：剑麻种植面积，大田管理费用，叶片收割、地租费用等。按2014年湛江农垦东方红农场农科所提供的数据测算剑麻每公顷产叶片成本。
（1）剑麻种植费用包括：机耕、种苗、运输、肥料、管理和人工。正常情况下这几项费用均为市场价格易于核算。目前剑麻种植成本约为30 000元/hm2，10年成本分摊为3 000元/hm2。
（2）大田管理费用包括：中耕除草、施肥和人工。按目前的劳动力价格，大田管理较好的成本约为9 750元/hm2。
（3）叶片收割费用包括：割叶人工和装运。由于地区的差异，费用浮动较大。以每吨叶片的割、装、运费用约80元，按大田中等水平管理每公顷产叶片约97.5 t，则叶片收割成本约为97.5×80=7 800元/hm2。
（4）土地租赁费：该费用是所有费用最不能确定的，其受上交叶片数量，叶片单价等因素的制约。假设叶片单价为X元/t，上交叶片数量为33 t/hm2，则土地成本为33 X（元）。
综上所述，每公顷产叶片总成本为上述所有费用的总和，以大田中等水平管理计算，
每公顷产叶片总成本=3 000+9 750+7 800+
33 X=20 550+33 X（元）。
2.2 纤维加工成本分析
构成吨纤维加工成本的主要要素：叶片收购费和加工费。按2014年广东湛江东方剑麻集团有限公司提供的数据测算吨纤维加工成本。
（1）叶片收购费：叶片质量×叶片单价，其中叶片质量=1 t纤维质量/叶片平均抽出率。以现在纤维加工厂叶片平均抽出率为4.6 %计算，加工1 t纤维需叶片为1/4.6 %=21.7 t。若叶片单价为X元/t，叶片的收购费为21.7X（元）。
（2）叶片加工费：主要支出是人工、用电、燃料和维修等费用，相对较稳定，目前纤维加工费约1 300元/t。
以上成本分析中，每吨纤维加工成本为叶片收购费与加工费的总和，即1 300+21.7X（元）。
2.3 农业与工业利益分配问题
剑麻种植户与纤维加工厂的利益分配问题是剑麻叶片定价的核心问题，农业与工业利益分配真正做到公平、公正、公开是值得探讨的。公平是要求种植户和加工厂双方在利益分配过程中的权利义务关系平等。公正是要求剑麻叶片定价时对待所有投资人一视同仁，不歧视任何投资人。公开是要求剑麻叶片定价具有较高的透明度，定价信息、标准、方法、结果等要公开，使所有投资人获得信息的机会均等，并易懂易算。
就上述问题，对剑麻种植与纤维加工双方经营过程作简单评估分析，见表4。
以上分析中，在投资、风险、用工和环境方面，农业剑麻种植比工业纤维加工承受的压力要大。而实际生产中，工业纤维加工利益大于农业剑麻种植。
3 剑麻叶片定价计算方法
影响剑麻叶片定价因素多也较复杂，要做到真正的公平、公正、公开较为困难。剑麻叶片定价计算方法主要是以市场纤维价格联动叶片价格进行。
3.1 剑麻叶片平均单价计算方法
假设纤维价格为Y元/t，叶片平均单价为X元/t。
按2.2的结果每吨纤维加工总成本按1 300+21.7 X计算，得每吨纤维加工收益为：[Y-（1 3 00+21.7 X）]元。
按2.1的结果每公顷产叶片总成本20 550+33 X，叶片每公顷产量为97.5 t计算，得到每公顷产叶片生产收益为：97.5 X-（20 550+33 X），即是64.5 X-20 500元。
然而生产1 t的纤维需要叶片21.7 t，按每公顷生产叶片平均水平97.5 t计算，则需要的剑麻面积为21.7/97.5=0.22 hm2。
假如按工业农业双方收益均等分配，则剑麻叶片平均单价为：
Y-（21.7 X+1 300）=0.22×（64.5 X-20 550）
X=（Y+3 221）/36 式（1）
根据市场纤维价格，通过公式（1）计算得到叶片平均单价，从而计算得到吨纤维加工收益和每公顷叶片生产收益，见表5。
3.2 剑麻叶片收购价计算方法
假设叶片收购价格为Z元/t。则叶片收购价=叶片平均单价×实测叶片纤维含量/纤维加工平均抽出率，即：
nlc202309040919
X=Z×（实测叶片纤维含量/4.6 %） 式（2）
2012年农业部剑麻及制品质量检验测试中心对剑麻各刀次叶片纤维含量进行了测试，根据测试结果，经过调整测试平均值得到剑麻各刀次叶片纤维含量参考值见表6。
通过公式（2）计算得到各刀次叶片价格见表7。
剑麻纤维加工厂对叶片收购时，如果实测到该叶片的纤维含量，加工厂无需按叶片刀次或者等级计价，只需对叶片按质论价收购，通过公式（2）计算得到叶片收购价。
例如：按表1当前纤维价格14 000元/t计，叶片的平均价格应为478元/t（见表5）。如某一车的叶片或6.67 hm2某块地的叶片，测定其叶片纤维含量为5.07 %，按式（2）计算，则该叶片收购价应为478×（5.07 %/4.6 %）=527元/t。
4 剑麻叶片定价建议
4.1 剑麻叶片定价应相对的公平、公正、公开
剑麻叶片的定价问题其实是剑麻种植户与纤维加工厂之间的利益分配问题，剑麻叶片定价是否科学合理，取决于有关部门或企业在剑麻种植户与纤维加工厂之间的利益分配问题上是否公平、公正、公开。从经济学角度考虑，在向投资者分配收益时，应本着投资、风险与收益对等原则基础上，按照投资者投资额的比例和风险大小进行分配，任何一方不应随意多分多占，以从根本上实现收益分配中的公平、公正、公开，保护投资者的利益。从上述情况分析，结合目前实际，剑麻叶片定价应是剑麻种植户与纤维加工厂利益均等分配较为合理。
4.2 剑麻叶片定价实行联动机制
以市场纤维价格联动叶片平均价格，以叶片的纤维含量决定叶片收购价。在行业中，应加大力度推广快速测定剑麻叶片纤维含量技术的方法（2014年该项技术成果已通过鉴定），此项技术的应用，测定叶片的纤维含量，从而根据叶片的纤维含量指导各加工厂对叶片进行按质论价收购。
4.3 尽快制定剑麻叶片企业或行业标准
一是目前剑麻叶片的等级有：一级、二级、三级、四级、特优级、统级等，叶片等级不清晰不统一；二是叶片等级与纤维等级不对应。国标《剑麻纤维》的纤维等级是由好到差分为一级、二级、三级、四级、五级，而剑麻叶片的等级是由差到好分为一级、二级、三级、四级，生产中容易引起概念模糊。建议尽快制定剑麻叶片企业或行业标准，将剑麻叶片等级统一分为：一级、二级、三级、四级、五级，对应的分别为：特级叶片、四刀以上叶片、三刀叶片、二刀叶片、一刀叶片。同时结合叶片纤维含量进行定级，规范叶片等级才能较好地对剑麻叶片进行定价。
4.4 剑麻叶片定价应随行就市
过去叶片价格都是一年一定，这样做是否有违于经济规律。表4表明，当市场纤维价格每吨涨1 000元时，叶片平均价格应提高28元/t，当市场纤维价格每吨涨100元时，叶片平均价格应提高2.8元/t。所以，叶片价格是否改为一年二定，分为上半年和下半年各一定，有必要时采取一年三定，真正做到叶片定价随行就市。
4.5 制定剑麻叶片最低保护价和措施
一是当市场纤维价格低于9 000元/t时，农业剑麻种植和工业纤维加工均处于亏损状态（见表5），这样，有关部门及企业应对市场纤维供应量做出调整，减小供应量，存贮纤维，纤维存贮4-5年对纤维质量影响不大。二是当市场纤维价格低于8 000元/t时，应启动叶片最低保护价：叶片平均价格为300元/t。三是对1-3刀麻叶片（见表7）应进行相应比例的价格补贴，提高投资者种植剑麻的信心，确保剑麻行业的持续发展。
4.6 实践示范剑麻种植与纤维加工联合（基地+工厂）的经营模式
剑麻育苗、种植、收获、纤维加工和纤维销售为一体的集约化经营，这样从根本上解决了剑麻叶片定价问题。
一种三元叶轮叶片成型工装的设计 第7篇
压缩机上应用的一种三元叶轮, 其轮盖、叶片、轮盘为三件焊结构, 叶片型面为三元直素线数据, 其结构示意图如图1所示。
此三件焊三元叶轮的结构特点是:
(1) 叶片形状狭长、型面扭曲不均匀, 在进口端XY平面和ZY平面的双向投影都扭曲较大、叶片弯曲成约90°的镰刀状, 而在叶片的出口端则是平整、无扭曲的。
(2) 相对说叶片较厚, 叶片出口高只有12.5mm, 叶片厚度为8mm。
(3) 叶轮轮盖为半覆盖式结构, 其进口端为矮于叶片的半开放式结构, 且对进口处叶片的外径尺寸精度要求较高, 为Φ266h7。因此, 在制造工艺上, 叶片在下料、成型、直至与轮盖焊接时, 在叶片的轮盖侧和轮盘侧都是有余量的。
2 叶片成型工装
要完成三件焊三元叶轮的整体焊接加工成形[1], 主要需要三种工装:叶片展开样板、叶片压型模、叶片拼装模。每类工装都有各自的设计要点。
(1) 叶片展开样板, 是叶片下料的依据, 是将叶片型面的三维数据展平成平面数据得来的叶片边界数据、再考虑叶片的工艺余量而设计绘制的样板工装。叶片平面下料的准确性直接影响叶片的成形效果, 甚至影响最终转子的性能要求, 叶片展开样板就是叶片平面下料的依据, 所以叶片展开样板的计算精准度至关重要。由于叶片形状狭长, 且扭曲不均匀, 扭曲成了约90°好象三维镰刀状, 这种三元曲面对叶片的平面展开计算的精准度影响较大。按工艺要求, 叶片在轮盘侧、轮盖侧、出口侧的全部长度或部分长度上要求有加工余量, 叶片展开数据计算时, 首先确定以叶片无加工余量的进口侧作为展开计算的基准, 根据叶片三维型面素线顺序依次向出口端计算展开数据;其次以叶片与轮盖的焊接长度内, 无余量处作为叶片与轮盖的拼装焊接基准, 计算叶片与轮盖焊接的坡口数据。设计叶片展开样板时, 根据产品叶片结构数据特点, 编制程序计算叶片型面展开数据, 并同时考虑工艺数据, 绘制叶片展开样板。
(2) 叶片压型模的设计目标是将平面的叶片坯料压制成三维的产品叶片的型状, 压型模的设计需考虑叶片厚度、叶片扭曲状态等因素对压型的影响。叶片压型模的型面理论数据是依据产品叶片中分面的型面数据, 经过坐标的转换得来, 其上、下模的型面数据, 是在理论数据的基础上、考虑叶片厚度之半得出的[2]。由于叶片型面扭曲很大且不均匀, 对叶片的成型效果影响极为不利, 叶片压型模设计时, 一方面需考虑将压型前的平面的叶片摆放到压型模上时, 平面叶片要处于一种相对稳定的状态, 并且还要考虑压型过程中叶片与压型模的接触位置相对均匀平衡;另一方面还需考虑压型模压制叶片合模时, 压型模的压制重心与叶片的几何中心不能相差太大, 以免影响叶片压制成型效果。
同时, 由于叶片出口端的宽度为12.5mm, 而叶片的厚度就达8mm, 所以叶片扭曲时, 叶片厚度对压型模上下模型面数据的影响很大, 同时对压型模型面上定位销的位置影响也不容忽视。经计算, 考虑叶片厚度的影响, 使不同位置的定位销在叶片压型模型面上向外侧偏移约0~3.2mm不等的位移, 以便给叶片让出扭曲的空间。在实际使用中, 效果很好, 叶片压型一次合格。
(3) 叶片拼装模的设计, 按照产品叶轮结构, 并考虑叶片与轮盖焊接时工艺对焊接变形量的要求, 拼装时叶轮的轮盖矮于叶片的高度很多, 因此叶片拼装模的结构需考虑轮盖与叶片拼装模间的相对位置关系、如何固定夹紧轮盖、两者是如何找正的, 叶片进行拼装时, 叶片摆放的稳定性、以及叶片与轮盖焊接时叶片位置度的准确度不能发生改变等问题。根据该产品叶片的结构及叶片是圆周17等分的特点, 叶片拼装模的设计采用圆形整盘的设计结构, 将轮盖整个置于拼装盘的上方, 并找正两者位置后将轮盖夹紧固定在拼装盘上。这种拼装方法, 可以确保叶片拼装组立时叶片与轮盖相对位置的准确性, 以及叶片在圆周方向等分位置的准确性;在拼装时叶片定位结构上, 则采用了三点定位结构, 即以叶片进口端的直素线作为定位基准, 前后两个定位销作为两个定位点, 以在叶片的出口端放置定位样板作为第三个定位点的方法, 保证拼装时叶片空间位置的稳定性和准确性。拼装过程中因叶片扭曲大的原因, 叶片厚度对拼装时的影响很大, 拼装时采用了将叶片进口端先倒角再拼装的方法。
叶片拼装模的结构示意图如图2所示:
将轮盖、叶片、轮盘焊接完成后, 再加工叶轮的外径及Φ266h7等尺寸达到产品图要求, 保证叶轮的整个加工精度。
3 结束语
在实际生产应用中, 由于三元数据与二元数据转换的近似性, 常常出现叶片压型后与轮盖拼装不完全符合产品图的情况, 此时可以通过修改叶片展开样板、即修改叶片下料形状的方法改善叶片压型效果、进而改善叶片与轮盖的最终拼装效果, 达到产品设计要求, 这是完全正常合理的工序步骤。通过叶片展开样板、叶片压型模、叶片拼装模三类工装的设计和使用, 可以圆满完成三件焊三元叶轮的工艺目标, 满足产品图的设计要求。
摘要：三件焊三元叶轮在制造过程中, 叶片的下料、成型及叶轮三个零件拼装焊接是主要的工序, 在这些工序中都需要利用工装才能完成工艺目标。文章介绍了在叶轮制造工艺过程中必须用到的三类工装的设计要点与结构特点。
关键词：三元直素线,叶片展开,叶片压型,拼装
参考文献
[1]金玉淑, 贾莹, 裴忠科.三元叶轮工艺方案分析[J].风机技术, 2014 (1) .
增压器涡轮叶片设计及模态分析 第8篇
在内燃机的发展过程中,涡轮增压技术的应用可以提高充气密度,不仅几成,甚至几倍增加功率,增加最大扭矩,提高扭矩储备,同时还可以改善热效率,提高经济性,减少排气尾气中的HC、CO以及碳烟颗粒等有害成分,降低噪声。柴油机采用涡轮增压已经越来越成为一种大的趋势。同时涡轮增压器处在一个高温高压的工作环境中,增压器废气涡轮端的温度在600度以上,叶片受到脉冲气流的冲击力,容易造成结构振动和疲劳。既要使叶片适应恶劣工况,又要尽量减少叶片质量以提高增压器效率,在这种情况下,如何提高对叶轮进行合理性设计成为当前对涡轮增压器研究的主要技术点。
1 叶片叶身造型流程
1.1 多项式构造叶型中弧线
从增压器涡轮叶片的设计过程中可以看出,直接的3D叶片成型仍存在困难,目前的叶片设计都是在2D叶型优化成型的基础上,进行3D径向积叠实现的。2D叶型的参数化造型方法一般是先采用圆弧或样条曲线来定义叶型的前后缘。叶型的内弧和背弧有两种常用的定义方法:一种定义方法是直接用多段曲线定义叶型的内弧和背弧,另一种方法是用多段曲线分别定义叶型的中弧线和厚度分布,然后再通过坐标变换得到叶型内弧和背弧的坐标。常用的定义叶型的曲线有:NURBS、圆弧、椭圆弧、多项式曲线、包络线等[1]。本文章采用多项式定义叶型中弧线和厚度分布的方法构造增压器涡轮叶片叶型。
多项式曲线具有简单的代数表达式,曲线光滑,不仅能保证在设计空间的连续性,且能保证其一阶和二阶导数的连续,适用于叶轮机械叶型的型面特点[2]。
多项式曲线中包括n+1个未知系数,欲求解多项式表达式,只需利用已知条件构建一个包括n+1个方程的方程组,就可以求解出多项式未知系数的值,得到该多项式的表达式。将中弧线冲最大弯度处分成两段,分别采用一条三次多项式曲线来构造,其定义如下:
可见,每个三次多项式中有四个未知系数,因而需要四个条件建立一个封闭的方程组来求解。对于中弧线前半段,采用中弧线起始点Q1的坐标(0,0)和该点的斜率tan(βg1)、最大弯度位置处的坐标(xmax,ymax)和斜率tan (βst)带入定义式,得到一个包含四个方程的方程组,如式(ⅰ);对于中弧线后半段,采用中弧线终止点Q2的坐标(Xb,yb)和该点的斜率tan(βg2)、最大弯度位置处的坐标(xmax,ymax)和斜率tan(βst)带入定义式也得到一个四方程的方程组,如式(ⅱ):
其中,xmax,ymax最大弯度点的坐标。利用Matlab软件矩阵运算求解这两个方程组,即可求得多项式系数,也就得到了用设计变量表示的叶型中弧线表达式。
叶型各截面参数如下:
1.2 叶型厚度分布
其中,b为中弧线长度;
1.3 叶片建模
本文采用15°倾角直线积叠各叶型截面。所建叶片模型如图1所示。
2 叶片的模态分析
2.1 材料参数的选择
涡轮叶片是由含镍合金铸造而成,密度为7730kg/m3,泊松比为0.25,弹性模量为1.88E1lN/mm2。
2.2 模态分析
将叶片模型导入ANSYS中进行模态计算,得出一阶至八阶振型。
从图可以看出涡轮叶片的第一阶振型表现为1弯,最大振动应力在叶片的进气边处;第二阶振型表现为1弯,最大振动应力在叶片的出气边最高处;第三阶振型表现为1弯1扭,最大振动应力在垂直于叶片的进气边处;第四阶振型表现为2弯2扭,最大振动应力在叶片的进气边和叶片中部;第五阶振型为3弯2扭,最大振动应力在叶片的进气边和出气边均有出现。
2.3 增压器涡轮叶片的共振特性分析
增压器涡轮叶片共10个。涡轮的激振频率为(7000/60) 10 n (n为正整数),从而得到涡轮的激振频率为1166n Hz,即是:1166 Hz、2332 Hz、3498Hz、4664 Hz、5830 Hz、6996 Hz、8162 Hz、9333 Hz、10500 Hz、11667 Hz、12833 Hz、14000 Hz、15166Hz、16333 Hz、17500 Hz、18667 Hz、19833 Hz、21000Hz……。涡轮叶片的前5阶固有频率见表,把涡轮的激振频率与涡轮叶片的前8阶固有频率进行对照分析后可知,在工作转速范围内,该涡轮叶片存在着共振,当激振力的频率为14000 Hz、16333 Hz时,涡轮叶片发生五阶、六阶共振。叶片共振很容易造成叶片的损坏,这说明增压器在工作转速下,叶片发生共振的可能性比较大,即其工作可靠性比较低。解决叶片共振的有效方法是:改变叶片厚度,并尽量减少叶片的不均匀度,以及避免叶片的激振频率落在其共振频率范围内。
3 总结
增压器涡轮叶片设计是发动机中涡轮部件设计的重要部分,其设计的优劣直接关系到涡轮工作的效率。其工作环境是高温、高压和高速,承受的载荷主要有:气动载荷、离心载荷和热载荷,叶片设计具有广泛的发展空间和前景。
参考文献
[1]苏士甄等.叶轮机械原理.清华大学出版社.1991,3:37- 338
复合型线叶片叶轮的设计与建模 第9篇
低比转速离心泵叶轮的轴面图比较狭窄,叶片几乎全部在轴面流道的径向部分,各流线上叶片进出口速度三角形基本相同,叶片进口边上各点圆周速度和轴面速度相差都不大,叶片扭曲很小,对叶轮的水力效率不致产生显著影响[1]。圆柱形叶片造型简单,成本较低,因此低比转速叶轮广泛采用圆柱形叶片。由于低比转速叶轮内逆压梯度很高,叶片表面脱流的可能性较大,从而产生严重的水力损失,大幅度降低泵的效率,所以设计出性能优良的叶轮叶片具有重要的意义。
1 理论分析
由于圆弧型曲线易加工,工程上常常采用单段或多段圆弧进行叶片造型设计。单圆弧叶片的平面投影见图1,β角(叶片型线上某点的切线与叶轮旋转方向的夹角)与幅角θ角的关系为[2]:
undefined。 (1)
对式(1)进行求导,并令导数等于0,当undefined时,β有极大值,undefined即随着θ的增大,β经历一个先增大后减小的过程,单圆弧叶片的这一特性是造成叶片流道间脱流的重要原因。为了解决这一问题,本文采用变角螺旋线进行叶片的造型设计,变角螺旋线的极坐标方程为:
undefined。 (2)
β与θ的关系为:
undefined。 (3)
包角为:
undefined。 (4)
由式(3)可知,β与θ呈线性规律变化,即随着曲线幅角θ从0o单调地增长到φ,安放角β也单调地从β1过渡到β2,中间没有出现极值。这一特点能很好地抑制叶轮流道间液体与叶片的分离。
另外,离心泵叶轮叶片的长度与包角有关,包角越大,叶片越长,当量扩散角变小,叶轮对水流的约束增强,叶轮内脱流的可能性减小,但这样会使摩擦损失加大,效率降低[3]。所以,理论上,在叶轮基本外尺寸确定的情况下,必定存在最优的叶片包角。对于单圆弧叶片,包角的大小是由叶片的进出口条件(R1、R2、β1、β2)决定,不能进行调整。一些低比转速叶轮经常出现因叶片过短而发生脱流的现象,但若采用变角螺旋线会使得叶片包角过大,为此可以拼接变角螺旋线与对数螺旋线实现叶片的造型,以使叶片包角在一定的范围内调整。对数螺旋线的极坐标方程为:
r=R1·eθtanβ2 。 (5)
包角为:
φ=cotβ·ln(R2/R1) 。 (6)
该曲线上任意点处的安放角保持为常数,即:
β=β1 。 (7)
图2为拼接两曲线后得到的复合型线叶轮的平面投影,入口前一段为变角螺旋线,其进口参数为R1、β1,出口参数为Rm、β2。其中Rm为第一段曲线终止点的半径。由式(4)可得这段曲线包角φ1为:
undefined。 (8)
入口后一段为对数螺旋线,其进口参数为Rm、β2,出口参数为R2、β2,由式(6)可得这段曲线包角φ2为:
φ2=cotβ2·ln(R2/Rm) 。 (9)
叶片包角为:
undefined。 (10)
该曲线的平面安放角β的变化规律为:当θ=0时,β=β1,随θ增大到φ1,β从β1按线性规律增加到β2,这时第一段曲线结束。随θ由φ1继续增大到φ,β=β2保持不变,平面安放角实现了随幅角单调增加的目的。拼接两曲线进行设计时,先选择最优包角,根据式(10)可得到连接点处半径Rm,由式(8)可以算出连接点处的包角。拼接两曲线后叶片的型线方程为分段函数。用数学知识可以证明这两曲线在连接点处连续,并有连续的一阶导数,因为计算过程简单这里不必给出。
2 三维实体建模
在进行叶轮设计时应先绘制叶轮轴面投影,绘制叶轮轴面图的过程实际上就是检查流道过流断面变化情况的过程。过流断面面积的变化直接影响离心泵内流体的运动情况,流道面积变化不规则,将会使流道内流体的流动速度发生不规则的变化,增加水力损失。关于叶轮轴面投影的绘制,文献[4]作了详细的介绍,这里不再赘述,在Pro/E中直接绘出叶轮轴面投影,如图3所示。轴面投影完成后,利用Pro/E的旋转特征即绘制成叶轮的前后盖板。
由于本文采用的是高次曲线,用描点的方法画起来比较困难,在Pro/E中用插入曲线的方式可以绘制高次曲线。具体步骤如下:单击【插入】、【模型基准】、【曲线】,然后点击【从方程】,选择【柱坐标】即可打开一个记事本,在记事本中输入下列程序绘制变角螺旋线:
r1=25 /*叶轮入口半径
r2=90 /*两曲线连接点处半径
B1=25 /*叶片入口角
B2=40 /*叶片出口角
fb=(ln(r2/r1))*(B2-B1)/ln(cos(B1)/cos(B2)) /*变角螺旋线包角
theta=t*fb
r=r1*(cos(B1)/cos(((B2-B1)/fb)*theta+B1))^(fb/(B2-B1)) /*变角螺旋线方程
z=0
用同样的方法完成对数螺旋线的绘制,具体程序如下:
r1=25 /*叶轮入口半径
r2=90 /*两曲线连接点处半径
r3=106 /*叶轮出口半径
B1=25 /*叶片入口角
B2=40 /*叶片出口角
fb1=(ln(r2/r1))*(B2-B1)/ln(cos(B1)/cos(B2)) /*变角螺旋线包角
fa=ln(r3/r2)/tan(B2)*180/pi /*对数螺旋线包角
theta=fa*t+fb1
r=r2*exp((theta-fb1)*pi/180*tan(B2))/*对数螺旋线方程
z=0
在Pro/E中绘出的叶片骨线图形见图4,叶片骨线图形完成后,利用Pro/E中拉伸曲面的特征操作,叶片拉伸的高度和叶轮进口宽度相等,然后以叶轮前盖板的轮廓线为草绘曲线,用旋转去除材料的方式切去多余的叶片,这样就完成了一个叶片的三维造型。接下来对叶片进行阵列操作,得到叶轮的三维实体模型,见图5。
3 设计实例
本文对一台单级清水泵进行了数值模拟,其性能参数如下:扬程H=60m;流量Q=47m3/h;比转速ns=49;转速n=2 900r/min;叶轮入口直径D1=54mm;叶轮出口直径D2=212mm;叶片入口角β1=25o;叶片出口角β2=40o。
原型泵采用的是单圆弧叶片,对其进行三维建模,并用fluent软件进行了仿真计算。图6为中间流面的相对速度矢量图,可以看出叶轮内介质的流动比较紊乱,有二次回流,并且在叶轮入口处有脱流产生。
在不改变叶轮参数的情况下进行改型设计,采用复合型线叶片,进行仿真计算后,从中间流面的相对速度矢量图(见图7)可以看出速度分布比较均匀,叶片间没有产生脱流,虽然在流道内也有了回流,这可能是由于两叶片间的距离过宽而产生的。因此可以得出拼接变角螺旋线和对数螺旋线进行叶片的造型设计,能够很好地减少叶片间的脱流,改善流场的水力性能,提高叶轮设计质量。
摘要：针对单圆弧叶片流道内容易产生脱流及圆柱形叶片包角不能调整而增加水力损失这一问题,提出了拼接变角螺旋线和对数螺旋线进行圆柱形叶片设计的方法,用Pro/E完成了这种叶轮的建模,并用fluent流体分析软件对叶轮进行了模拟计算。结果表明这种复合型线的叶片可以改善叶轮的内部流动。
关键词：离心泵,叶片,叶轮设计,Pro/E
参考文献
[1]陈乃祥,吴玉林.离心泵[M].北京:机械工业出版社,2003.
[2]严敬.对几种圆柱形叶片的分析与研究[J].排灌机械,2001(1):14-17.
[3]王江祥.离心泵叶轮叶片进口角和包角的优化设计[J].排灌机械,1996(2):4-10.
叶片设计 第10篇
在叶片强度计算时, 以前只采用自由叶片, 简化成悬臂梁进行计算。短叶片设计时, 结果相对满意, 可是随着汽轮机功率的不断提高, 末级流量进一步加大, 末级叶片的高度也越来越高, 我厂自行设计的就有1.2m长叶片。在这种情况下, 末级叶片如果设计时仍采用悬臂梁进行计算, 将使得蒸汽应力过大, 而使得设计叶片偏厚, 对叶根的要求进一步增加。为了增强叶片设计的精确性, 进一步还原叶片工作环境, 本文在进行叶片强度计算时考虑了拉筋围带对叶片弯矩的影响。采用计算围带拉筋反弯矩, 进行叶片蒸汽弯应力的计算。
1 公式推导
蒸汽对叶片的作用力可用轮周向和轴向两个分力Fu和Fz表示。
等截面叶片, 忽略蒸汽对叶片作用力沿叶高变化, 认为蒸汽作用力集中在平均直径处, 则:
单位叶高上蒸汽的轮周向和轴向作用力都是均匀分布载荷, 分别为qu=Fu1/l qz=Fz1/l
单位叶高上蒸汽作用力的合力
把叶片看作悬臂梁, 则蒸汽作用在距根部x处的截面上的弯矩为:M (x) =q (l-x2) /2, 可得根部弯矩最大。
如图1, 先算出两个平面弯曲的应力, 然后叠加, 得到根部截面的斜弯曲应力。将合力分解到最小和最大主惯性轴上得:F1=Fcosα, F2=Fsinα
则根部截面上以最小最大主惯性轴为中性轴的弯矩分别为
对于扭叶片, 蒸汽参数和截面面积沿叶高都要变化, 单位叶高的蒸汽作用力和各截面的主惯性矩或抗弯截面模量沿叶高也都是变化的。则弯曲应力最大值不一定在根部, 必须计算出蒸汽弯曲应力沿叶高的变化规律, 然后对最大弯曲应力的截面进行强度校核。由于扭叶片的蒸汽参数和抗弯截面模量沿叶高的变化规律很难用数学式来表达, 工程中采用近似方法计算。
每个截面上的周向、轴向作用力弯矩及合成弯矩:
当叶片带有围带或拉筋约束时, 叶片在蒸汽力作用下发生弯曲时, 围带或拉筋也随着产生弯曲变形, 以阻止叶片的弯曲, 即围带或拉筋给叶片一个阻止弯曲的力矩, 其方向和蒸汽弯矩方向相反, 称为围带或拉筋的反弯矩。它使叶型截面内的合成弯矩减小, 合成弯应力也略有减小。
叶片受蒸汽力作用后最易绕最小主惯性周弯曲, 即在最大主惯性轴平面内挠度最大。设叶顶在2-2平面内 (如图2) 位移为y0, 2-2轴与轮周平面夹角为β, 将y0分解为轮周向和轴向的位移:y1=y0cosβ, y2=y0sinβ。
对于扭叶片, 根部和顶部截面的最大主惯性轴与叶轮平面的夹角分别用βr和βt来表示。则
设叶顶与围带牢固连接, 只有叶顶的轮周向位移分量y1才会引起围带弯曲, 叶顶的轴向位移y2只会使围带作轴向整体倾斜, 不会引起围带弯曲, 故不产生反弯矩。
叶片在2-2轴平面内弯曲并带动围带也弯曲后, 叶顶转角为α0, 因叶片和围带弯曲很小, 故
转角α0在叶轮旋转平面上的投影为
叶顶与围带牢固连接, 互成90°, 所以叶顶转角α1等于围带倾角α1, α1的大小和方向决定了围带给叶片的反弯矩的大小和方向。
取一个节距围带为分离体, 受力如图3。
A、C两点为叶片两侧围带弯曲变形的转折点, 即在A、C两点处曲率半径为无穷, 则A、C截面内弯矩等于零, 只有切力Q。若由叶片两侧围带的点A和C取分离体, 两侧看作两个悬臂梁, 梁的端点A与C处分别作用着另半段围带的作用力Q。则两侧围带悬臂梁对叶片的反弯矩Ms′和点A、C处围带的挠度δ分别为Ms′=tsQ
围带上轮周平面内的一对Q力对叶片产生的弯矩, 其方向与z轴相同, 将它投影到最小主惯性轴后, 才是能影响叶片挠度的反弯矩值, 则有:
围带的变形很小, 从几何关系可得其挠度δ为:
代入反弯矩公式中可得:
(EI) s-围带的抗弯模量修正。
以上推出的是围带对叶片的反弯矩的理论计算值, 由于叶顶与围带连接的牢固程度, 引入牢固系数Hs, 整体围带Hs=0.1～0.2, 铆接围带Hs=1.2～0.5, 铆接加焊接, 则Hs=0.6～1.0。
将级中叶片分成若干组, 每组z个叶片, 则围带对叶片组的反弯矩只有z-1个, 故叶片组内每一个叶片所受反弯矩按平均值近似计算时, 要用来修正。
经过修正后, 围带对叶片的实际反弯矩值为:
对于拉筋, 也可用上述方法求出拉筋对叶片的反弯矩。
2 程序计算结果分析
以某长叶片为例, 计算对比结果如表1所示。
考虑了围带拉筋约束的叶片蒸汽弯应力要明显小于自由叶片的情况。在保证了叶片安全性的前提下, 可以降低叶片的质量, 减轻叶根的负担, 为长叶片设计开发提供了有利条件。
摘要：叶片是整个汽轮机中的核心部件, 它对整个机组的效率、安全性等有着非常重要的影响。对于长叶片蒸汽弯应力计算方面一直没有很好地解决拉筋和围带约束对长叶片蒸汽弯应力的影响, 导致设计出的长叶片偏厚, 叶片质量偏重, 致使叶根的强度要求很大。为了解决这一问题, 使长叶片设计更贴近工程实际, 文中给出了长叶片的蒸汽弯应力计算中拉筋和围带影响的蒸汽弯应力计算公式。突破了以前设计叶片时在蒸汽弯矩计算中只采用自由叶片的形式, 实现了拉筋围带反弯矩的计算, 提高了设计精度, 为长叶片的开发提供了技术保障。
一种用于定位叶片的工装设计与应用 第11篇
我厂为石油化工装备制造企业, 所生产的重要产品烟气轮机是炼油厂催化裂化装置能量回收系统的核心机组, 导向叶片是烟气轮机的关键零件之一, 它由圆弧菱形块榫头和空间三维曲线构成的叶身两部分组成, 并且对这两部分的相对位置有很高的制造精度要求。加工分为两大部分, 一部分为叶片型面加工, 另一部分为榫头加工。对叶身型面我们采用曲面无余量精铸工艺制造, 榫头加工采用数控技术保证质量, 首先在毛坯的制造中通过计算设计出两个工艺夹持头如图1所示, 以无余量精铸叶身型面为基准设计出曲面叶片打中心孔工装, 很好地解决了如何在数控机床上准确定位和装夹叶片的问题。
1 工装的设计要点
1) 以工件叶身无余量精铸曲面为定位基准, 在曲面上截取定位型线及支撑定位点;2) 三维制图在工件榫头外圆上设计出轴向定位点;3) 为确保工件定位准确在工件榫头和叶顶位置, 增加设计辅助支撑紧定点;4) 设计杠杆式的压紧结构将工件压紧。
2 工装的结构
工装的结构如图2所示, 主要由底座、定位件、辅助定位件、压紧装置组成。底座是所有定位件、辅助定位件、压紧装置的载体, 是整个工装的装配基准。定位块1、定位块4、定位块5及支撑销是工装的精密定位件其中定位块1为Z形定位座设计有固定定位销, 限制了工件的径向位移, 定位块4、定位块5及支撑销支撑在工件型面内弧上起到以型面为基准定位的作用。定位块2和定位块3设计为L形固定块是辅助定位件, 当工件用定位块1、定位块4、定位块5及支撑销定位后, 定位块2和定位块3上的可调螺钉可以进行长度的调整且紧定。压紧装置则利用杠杆原理设计给工件背弧面产生一个垂直向下的力, 将工件压紧。
3 工装原理
使用时将工件内弧型面朝下榫头外圆靠紧定位块1上的轴向定位销, 且内弧型面与截取的两处定位型线贴服, 透光量检查不得大于设计要求, 调整定位块2和定位块3上的调整螺钉紧定于工件榫头内圆和叶顶圆弧面上, 检查工件各定位点及辅助定位紧定点接触稳定牢靠, 拧紧压紧机构螺栓使压板将工件背弧面压紧。压紧后以工装底座为基准在两端的工艺头上按要求打中心孔, 并在榫头背弧平面上铣一平面 (见光) 作为数控加工的找正基准面。
4 实效分析
1) 工装体积小巧、设计简约、操作方便、安全省力, 夹紧迅速;
2) 工装具有两用性, 通过每个定位点是否与工件紧密贴合, 可用来检测工件叶身型面的精密铸造精度;
3) 工装的定位点设计合理, 保证了工艺头中心孔与叶身型面的相对位置以及工艺基准面与叶身型面的相对位置, 工件夹紧时定位基准位置保持不变, 压紧迅速且工件装卸便捷, 为后续的数控加工做好了准备工作。
5 结语
本文对曲面叶片打中心孔工装从结构设计和制造进行了阐述, 创新设计出新型工装, 使得导向叶片数控加工方案得以执行, 保证了导向叶片的加工质量, 解决了数控加工曲面叶片时没有定位基准、无法精确装夹的问题, 为后续数控加工曲面叶片奠定了基础。本文提出的设计方案已应用于实际生产, 并得到了较好的效果。
参考文献
[1]梁炳文.机械加工工艺与窍门[M].北京:机械工业出版社, 2004.
[2]陈立德.工装设计[M[.上海:上海交通大学出版社, 1999.