应用SolidWorks设计轴流压缩机和高炉尾气透平叶片

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一、概述

轴流压缩机（以下简称：轴流）和高炉尾气回收透平（以下简称：TRT）作为陕西鼓风机(集团)有限公司的主导产品，对企业的生存发展有着举足轻重的作用。轴流、TRT叶片是轴流、TRT产品当中的关键零部件，直接与整机的气动性能和设计质量息息相关。

轴流、TRT叶片的叶型是由叶片沿叶高方向各截面型线坐标给出的。在实际产品设计工作中，当叶片实际叶顶没有落在某一截面处时，叶片沿叶高方向就要做一定的变型设计 (截短或延伸)。轴流、TRT叶片变型设计的精度至关重要，因其直接关系着叶片的设计质量。

二、关键步骤

(1) 轴流、TRT叶片沿叶高方向截成若干平面，叶片截面型线以内弧、外弧和两个过渡圆弧型点坐标及半径给定。现将叶片截面型线内弧、外弧型点坐标值以文本文件方式输入计算机，每一行对应一个型点的x、y、z坐标值（z值可以任意选择）。

(2) 在SolidWorks 中，采用“插入”→“曲线”→“通过自由点的样条曲线”插入每一截面的内弧和外弧曲线型线（见图1）。


图1 叶片各截面的内弧、外弧曲线型线
(3) 按叶片沿叶高方向各截面的实际z值定义草图平面。采用“草图绘制”→“转化实体引用”，将内弧和外弧曲线型线绘制在相应草图平面上。

(4) 内弧、外弧不能形成封闭型线时，用“草图绘制”→“切线圆弧”进行曲线封闭工作（见图2）。


图2 叶片各截面的内弧、外弧曲线型线和叶片各截面曲线型线草图
(5) 采用“插入”→“曲面”→“放样曲面”，绘制叶片基本型面曲面（见图3）。


图3 叶片型面曲面
(6) 采用“插入”→“曲面”→“延伸曲面”（“延伸类型”选“同一曲面”，“距离”取值较实际叶高值大一些），延伸叶片基本型面曲面（见图4）。


图4 叶片型面曲面延伸
(7) 按实际叶高，采用“插入”→“曲面”→“剪裁曲面”，将叶顶修为一个平面。

(8) 采用“插入”→“曲面”→“平面区域”，封闭叶片基本型面曲面的两端。

(9) 采用“插入”→“曲面”→“缝合曲面”，使叶片基本型面成为一个曲面。

(10) 选取A-A截面所在平面作为基准平面，与其平行，并且在沿叶高方向相反的一侧，作一个草图平面，绘制“矩形”草图（见图5）。要求该“矩形”草图的长与宽足够大，足以包含所有叶片沿叶高方向的截面（见图6）。


图5 矩型草图与叶片型面曲面的相对位置  

图6 矩型草图包含了叶片所有沿叶高方向的截面  

图7 长方体三维实体线框图，包含了叶片型面曲面
(11) 采用“插入”→“基体”→“拉伸”作一实体，包含住整个叶片基本型面曲面。（见图7）

(12) 采用“插入”→“切除”→“使用曲面”→“反向切除”，得到叶片的三维实体。

(13) 选取叶片叶顶为草图平面，采用“插入”→“草图绘制”→“等距实体”→“距离取为零”，得到叶片叶顶型线草图，按一定距离做x、y轴的平行线，得到叶片型线型点及其坐标值。

三、小结

(1)叶片延伸距离有一定限制，一般可正常延长15mm左右。

(2)叶顶型点坐标要采用测量型点坐标的方法得到，目前暂无办法自动获得。