向心渦輪調頻方法、裝置及向心渦輪與流程

2023-06-17 10:56:16 2

本發明涉及向心渦輪領域，特別地，涉及一種向心渦輪調頻方法、裝置及向心渦輪。

背景技術：

向心渦輪為徑向進氣、軸向排氣式渦輪，具有幾何尺寸小、結構緊湊、功率大等特點。向心渦輪的葉輪形狀和離心式壓氣機葉輪的形狀很相似，但是在結構和流場方面有所不同，國內外各型中小型航空發動機的輔助動力多使用向心渦輪，對於向心渦輪的高階共振，以前並沒有引起足夠的重視，然而隨著技術的發展，人們逐漸認識到有些高階共振可能會引起結構破壞，在無法調整激振源的情況下，需要對向心渦輪進行高階固有頻率調整。目前，調頻方式主要有兩種：一、加大或減小葉根倒圓半徑(如圖1所示，待調頻向心渦輪包括輪盤及設置於輪盤上的多個葉片1，葉片1與輪盤的連接處設置有葉根倒圓4)；二、加厚或減薄葉根或葉尖等調整葉型的方法(原始葉型7和改進葉型8如圖2所示)。這些調頻技術對低階可能有明顯效果，但是對於高階固有頻率調整目前並沒有特別明顯有效的方法。在現有技術中，多採用修改葉型的方法進行調頻，但是葉型的改動，經常涉及到多個方面的關聯改動，例如流道、氣動性能和結構強度等，往往需要經過多方面人員多輪迭代計算及試驗驗證，最終得到各方面相對來講都較合適的結構，一方面，需耗費大量的人力和物力，另一方面，有可能要犧牲一定的性能來實現，而有時往往得不償失。而且，採用修改葉型的調頻方法對低階頻率可能有比較的明顯效果，但是對高階有時並不是特別有效。

因此，現有技術中未有行之有效的措施對向心渦輪進行高階固有頻率調整，是一個亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明提供了一種向心渦輪調頻方法、裝置及向心渦輪，以解決現有技術中未有行之有效的措施對向心渦輪進行高階固有頻率調整的技術問題。

本發明採用的技術方案如下：

本發明提供一種向心渦輪調頻方法，包括步驟：

將處於待調頻向心渦輪的相鄰兩塊葉片之間參與振動的輪緣進行部分挖空處理，以對待調頻向心渦輪的高階固有頻率進行調整。

進一步地，對周向分布的相鄰兩塊葉片之間參與振動的輪緣進行部分挖空處理，使部分挖空處理後的輪緣上形成鋸齒形輪緣。

進一步地，對輪緣進行部分挖空處理，使部分挖空處理後的輪緣的挖空位置的兩端邊緣分別到相鄰的葉根倒圓的距離相等，且該距離大於葉根倒圓的半徑。

進一步地，輪緣的挖空位置的底部具有弧度。

進一步地，將處於待調頻向心渦輪的相鄰兩塊葉片之間參與振動的輪緣進行部分挖空處理的步驟包括：

以輪盤的中心點作為扇形的圓心、相鄰的葉片的葉根作為扇形的兩邊，將輪盤劃分為多個扇形區域；

以扇形區域的中心線作為對稱軸，對每個位於扇形區域內且處於相鄰的葉片之間的輪緣進行部分挖空處理。

進一步地，將處於待調頻向心渦輪的相鄰兩塊葉片之間參與振動的輪緣進行部分挖空處理的步驟之前還包括：

對待調頻向心渦輪進行模態分析，確定待調頻向心渦輪進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸。

進一步地，對待調頻向心渦輪進行模態分析，確定待調頻向心渦輪進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸的步驟包括：

構建與待調頻向心渦輪相對應的向心渦輪模型；

對向心渦輪模型進行模態計算；

根據模態計算的結果，獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率；

根據獲取的向心渦輪模型在該高階階次下的振型及高階固有頻率，確定向心渦輪模型進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸。

進一步地，根據獲取的向心渦輪模型在該高階階次下的振型及高階固有頻率，確定向心渦輪模型進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸的步驟包括：

對部分挖空處理後的向心渦輪模型進行模態計算，獲取向心渦輪模型的共振頻率裕度；

將共振頻率裕度與預設的共振評定標準進行比較，判斷共振頻率裕度是否滿足共振評定標準要求；

若共振頻率裕度滿足共振評定標準要求，則證明挖空時所需的輪緣形狀和尺寸可採用；

若共振頻率裕度不滿足共振評定標準要求，則證明挖空時所需的輪緣形狀和尺寸不可採用，需重新調整挖空的輪緣形狀和尺寸，直至部分挖空處理後的向心渦輪模型的共振頻率裕度滿足共振評定標準要求。

進一步地，對向心渦輪模型進行模態計算的步驟之後，以及獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率的步驟之前還包括：

根據模態計算的結果，判斷向心渦輪模型是否需要調頻；

若向心渦輪模型不需要調頻時，則不需要獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率；

若向心渦輪模型需要高階調頻時，則結合待調頻向心渦輪的坎貝爾圖，獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率。

本發明還提供一種向心渦輪調頻裝置，包括：

確定模塊，用於對待調頻向心渦輪進行模態分析，確定待調頻向心渦輪進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸，以對待調頻向心渦輪的高階固有頻率進行調整。

進一步地，確定模塊包括：

構建單元，用於構建與待調頻向心渦輪相對應的向心渦輪模型；

模態計算單元，用於對向心渦輪模型進行模態計算；

頻率獲取單元，用於根據模態計算的結果，獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率；

確定單元，用於根據獲取的向心渦輪模型在該高階階次下的振型及高階固有頻率，確定向心渦輪模型進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸。

進一步地，確定單元包括：

獲取子單元，用於對部分挖空處理後的向心渦輪模型進行模態計算，獲取向心渦輪模型的共振頻率裕度；

判斷子單元，用於將共振頻率裕度與預設的共振評定標準進行比較，判斷共振頻率裕度是否滿足共振評定標準要求；

第一證明子單元，用於若共振頻率裕度滿足共振評定標準要求，則證明挖空時所需的輪緣形狀和尺寸可採用；

第二證明子單元，用於若共振頻率裕度不滿足共振評定標準要求，則證明挖空時所需的輪緣形狀和尺寸不可採用，需重新調整挖空的輪緣形狀和尺寸，直至部分挖空處理後的向心渦輪模型的共振頻率裕度滿足共振評定標準要求。

進一步地，確定模塊還包括：

判斷單元，用於根據模態計算的結果，判斷向心渦輪模型是否需要調頻；

第一頻率處理單元，用於若向心渦輪模型不需要調頻時，則不需要獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率；

第二頻率處理單元，用於若向心渦輪模型需要高階調頻時，則結合待調頻向心渦輪的坎貝爾圖，獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率。

本發明還提供一種向心渦輪，包括輪盤及設置於輪盤上的多個葉片，多個葉片均勻分布於輪盤的側壁上，輪盤包括設置於輪盤中央的輪轂及設置於輪盤外周向上的輪緣，處於相鄰兩塊葉片之間的輪緣上開設有用於調整向心渦輪高階固有頻率的缺口。

進一步地，缺口周向均勻分布於輪緣上，使輪緣形成鋸齒形輪緣。

進一步地，葉片與輪盤的連接處設置有葉根倒圓，缺口的兩端邊緣分別到相鄰的葉根倒圓的距離相等，且該距離大於葉根倒圓的半徑。

本發明具有以下有益效果：

本發明提供的向心渦輪調頻方法、裝置及向心渦輪，通過對待調頻向心渦輪的輪緣進行部分挖空處理，以調整待調頻向心渦輪的高階固有頻率，使調整後的高階固有頻率與激振頻率形成一定的頻率差，從而有效避免向心渦輪發生共振危險，同時減輕了渦輪的重量、減少了離心載荷以及氣動軸向力，並且對向心渦輪的性能影響較小。本發明提供的向心渦輪調頻方法、裝置及向心渦輪，可有效避免共振的發生、減少離心載荷及氣動軸向力、且重量輕、性能影響小。

除了上面所描述的目的、特徵和優點之外，本發明還有其它的目的、特徵和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1是現有技術中常見的向心渦輪的結構示意圖；

圖2是現有技術中的待調頻向心渦輪的葉片根部截面葉型調整示意圖；

圖3是向心渦輪高階振動時的典型高階振型圖；

圖4是本發明向心渦輪調頻方法第一優選實施例的流程示意圖；

圖5是圖4中將處於待調頻向心渦輪的相鄰兩塊葉片之間參與振動的輪緣進行部分挖空處理的步驟的細化流程示意圖；

圖6是對待調頻向心渦輪進行部分挖空處理的結構示意圖；

圖7是圖4中對待調頻向心渦輪進行模態分析，確定待調頻向心渦輪進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸的步驟第一優選實施例的細化流程示意圖；

圖8是圖7中根據獲取的向心渦輪模型在該高階階次下的振型及高階固有頻率，確定向心渦輪模型進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸的步驟一優選實施例的細化流程示意圖；

圖9是圖4中對待調頻向心渦輪進行模態分析，確定待調頻向心渦輪進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸的步驟第二優選實施例的細化流程示意圖；

圖10是本發明向心渦輪調頻裝置中確定模塊第一優選實施例的功能模塊示意圖；

圖11是圖10中確認單元一優選實施例的功能模塊示意圖；

圖12是圖10中確定模塊第二優選實施例的功能模塊示意圖；

圖13是本發明向心渦輪優選實施例的結構示意圖。

附圖標號說明：

10、確定模塊；11、構建單元；12、模態計算單元；13、頻率獲取單元；14、確定單元；141、獲取子單元；142、判斷子單元；143、第一證明子單元；144、第二證明子單元；16、判斷單元；17、第一頻率處理單元；18、第二頻率處理單元；1、葉片；2、輪轂；3、輪緣；4、葉根倒圓；5、缺口；7、原始葉型；8、改進葉型。

具體實施方式

需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。

參見圖4，本發明的優選實施例提供了一種向心渦輪調頻方法，應用於待調頻向心渦輪中，如圖1所示，待調頻向心渦輪包括輪盤及設置於輪盤上的多個葉片1，多個葉片1均勻分布於輪盤的側壁上，輪盤包括設置於輪盤中央的輪轂2及設置於輪盤外周向上的輪緣3，葉片1與輪盤的連接處設置有葉根倒圓4，該向心渦輪調頻方法，包括步驟：

步驟s100、將處於待調頻向心渦輪的相鄰兩塊葉片之間參與振動的輪緣進行部分挖空處理，以對待調頻向心渦輪的高階固有頻率進行調整。

如圖3所示，圖3為向心渦輪在高階振動時的典型高階振型圖，從該高階振型圖可以看出，向心渦輪的高階振動主要表現為葉片和輪緣參與的耦合振動，因此，改變輪緣的形狀可以起到比較明顯的高階固有頻率調整的作用。在本實施例中，通過將處於待調頻向心渦輪的相鄰兩塊葉片之間參與振動的輪緣進行部分挖空處理，來調節待調頻向心渦輪的高階固有頻率。由於向心渦輪為徑向進氣、軸向排氣結構，氣流由高壓力區域流向低壓力區，通過試驗證明將處於待調頻向心渦輪的相鄰兩塊葉片之間參與振動的輪緣進行部分挖空處理後對向心渦輪的性能影響不大。其中，將處於待調頻向心渦輪的相鄰兩塊葉片之間參與振動的輪緣進行部分挖空處理時，可對任意相鄰兩塊葉片之間的輪緣進行部分挖空處理，也可以對間隔設置的處於相鄰兩塊葉片之間的輪緣進行挖空處理，還可以全部對設置在相鄰兩塊葉片之間的輪緣進行部分挖空處理。部分挖空處理的形狀可以是圓弧形、矩形或是梯形等，均在本專利的保護範圍之內。

本實施例提供的向心渦輪調頻方法，通過對待調頻向心渦輪的輪緣進行部分挖空處理，以調整待調頻向心渦輪的高階固有頻率，使調整後的高階固有頻率與激振頻率形成一定的頻率差，從而有效避免向心渦輪發生共振危險，同時減輕渦輪的重量、減少離心載荷以及氣動軸向力，並且對向心渦輪的性能影響較小。本實施例提供的向心渦輪調頻方法，可有效避免共振的發生、減少離心載荷及氣動軸向力、且重量輕、性能影響小。

優選地，如圖6所示，本實施例提供的向心渦輪調頻方法，對周向分布的相鄰兩塊葉片1之間參與振動的輪緣3均進行部分挖空處理，使部分挖空處理後的輪緣3上形成鋸齒形輪緣，從而使部分挖空處理後的待調頻向心渦輪轉動平衡，同時減輕渦輪的重量、減少了離心載荷以及氣動軸向力，並且對向心渦輪的性能影響較小。

優選地，如圖6所示，本實施例提供的向心渦輪調頻方法，對輪緣3進行部分挖空處理，使部分挖空處理的挖空區域的兩端邊緣分別到相鄰的葉根倒圓4的距離相等，且該距離大於葉根倒圓的半徑，從而減小對向心渦輪葉根處靜強度的影響。並且為了防止挖空後的輪盤出現應力集中，在挖空區域的底部設置有一定的弧度，在挖空時讓該挖空區域的底部不可以為尖角。

具體地，如圖5所示，本實施例提出的向心渦輪調頻方法，步驟s100包括：

步驟s110、以輪盤的中心點作為扇形的圓心、相鄰兩塊葉片的葉根作為扇形的兩邊，將輪盤劃分為多個扇形區域。

參見圖6，對待調頻向心渦輪的輪緣進行部分挖空處理時，首先將整個輪盤劃分為多個扇形區域。具體地，以輪盤的中心點作為扇形的圓心、相鄰兩塊葉片的葉根作為扇形的兩邊。

步驟s120、以扇形區域的中心線作為對稱軸，對每個位於扇形區域內的輪緣進行部分挖空處理。

然後對劃分的各個扇形區域內的輪緣進行部分挖空處理。具體地，參見圖6，以扇形區域的中心線作為對稱軸，對每個位於扇形區域內且處於相鄰兩塊葉片之間的輪緣進行部分挖空處理，使部分挖空處理後的待調頻向心渦輪的輪緣形成鋸齒形輪緣。

本實施例提供的向心渦輪調頻方法，通過對待調頻向心渦輪的輪緣進行部分挖空處理，以輪盤的中心點作為扇形的圓心、相鄰兩塊葉片的葉根作為扇形的兩邊，將輪盤劃分為多個扇形區域；以扇形區域的中心線作為對稱軸，對每個位於扇形區域內且處於相鄰的葉片之間的輪緣進行挖空處理，從而調整待調頻向心渦輪的高階固有頻率，使調整後的高階固有頻率與激振頻率形成一定的頻率差，從而有效避免向心渦輪發生共振危險，同時減輕了渦輪的重量、減小了離心載荷以及氣動軸向力，並且對向心渦輪的性能影響較小。本實施例提供的向心渦輪調頻方法，可有效避免共振的發生、且重量輕、性能影響小。

優選地，請見圖4，本實施例提出的向心渦輪調頻方法，步驟s100之前包括：

步驟s100a、對待調頻向心渦輪進行模態分析，確定待調頻向心渦輪進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸。

對待調頻向心渦輪進行模態分析，確定待調頻向心渦輪是否需要進行部分挖空處理以及對待調頻向心渦輪進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸。其中，模態分析包括模態計算和分析的過程，首先對待調頻向心渦輪進行模態計算，根據模態計算的結果，判斷待調頻向心渦輪的向心渦輪模型是否需要調頻，若待調頻向心渦輪的向心渦輪模型不需要調頻，則整個流程結束。若待調頻向心渦輪的向心渦輪模型需要調頻，則確定待調頻向心渦輪的向心渦輪模型需要調頻的高階固有頻率和振型，根據確定的待調頻向心渦輪的向心渦輪模型的高階固有頻率和振型，設計向心渦輪模型進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸，再次對部分挖空處理後的向心渦輪模型進行模態分析，獲取進行部分挖空處理後的向心渦輪模型的共振頻率裕度以及預設在資料庫中的共振評定標準要求，其中，共振頻率是指向心渦輪發生共振時的頻率，是向心渦輪以最大振幅做振動的情形。共振頻率裕度是在共振頻率的基礎上再留有一定餘地的程度，即允許存在的固有高階頻率與激振頻率之間的頻率差值。若待調頻向心渦輪的共振頻率裕度滿足共振評定標準要求，則證明進行部分挖空處理後的向心渦輪模型可以採用，根據該向心渦輪模型，即可確定待調頻向心渦輪進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸；若待調頻向心渦輪的共振頻率裕度不滿足共振評定標準要求，則證明進行部分挖空處理後的向心渦輪模型不可以採用，則需要重新對該向心渦輪模型進行部分挖空處理。

本實施例提供的向心渦輪調頻方法，在待調頻向心渦輪進行挖空處理前對待調頻向心渦輪進行模態計算，從而提前確認待調頻向心渦輪的向心渦輪模型，並根據向心渦輪模型中輪緣形狀和尺寸，一次就可對待調頻向心渦輪進行部分挖空處理，從而節省人力和物力。

具體地，如圖7所示，本實施例提出的向心渦輪調頻方法，步驟s100a包括：

步驟s110a、構建與待調頻向心渦輪相對應的向心渦輪模型。

構建與待調頻向心渦輪相對應的三維虛擬向心渦輪模型。

步驟s120a、對向心渦輪模型進行模態計算。

對構建的向心渦輪模型進行模態計算，分析向心渦輪模型的機械結構振動特性。在本實施例中，通過分析向心渦輪模型的機械結構振動特性，建立已知激勵頻率條件下的響應預測模型，進而預測向心渦輪模型在實際工作狀態下的動力學特性。

步驟s130a、根據模態計算的結果，獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率。

根據預測向心渦輪模型在實際工作狀態下的動力學特性，得到向心渦輪模型在不同轉速條件下的一系列的模態頻率值和對應的模態，對向心渦輪模型進行模態形狀的比較得到模態頻率和形狀隨轉速變化的關係，成功畫出坎貝爾圖(campbell)。結合畫出的向心渦輪模型的坎貝爾圖，獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率。

步驟s140a、根據獲取的向心渦輪模型在該高階階次下的振型及高階固有頻率，確定向心渦輪模型進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸。

根據獲取的向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率，獲取在該高階階次下的向心渦輪模型的振型及高階固有頻率，確定向心渦輪模型部分挖空處理時所需的輪緣形狀和大小。

本實施例提供的向心渦輪調頻方法，通過構建與待調頻向心渦輪相對應的向心渦輪模型；對向心渦輪模型進行模態計算；根據模態計算的結果，獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率；根據獲取的向心渦輪模型在該高階階次下的振型及高階固有頻率，確定向心渦輪模型進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸，以獲取待調頻向心渦輪進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸，以調整待調頻向心渦輪的高階固有頻率，使調整後的高階固有頻率與激振頻率形成一定的頻率差，從而有效避免向心渦輪發生共振危險，同時減輕了渦輪的重量、減少了離心載荷以及氣動軸向力，並且對向心渦輪的性能影響較小。本發明提供的向心渦輪調頻方法，可有效避免共振的發生、減少離心載荷及氣動軸向力、且重量輕、性能影響小。

具體地，如圖8所示，本實施例提出的向心渦輪調頻方法，步驟s140a包括：

步驟s141a、對部分挖空處理後的向心渦輪模型進行模態計算，獲取部分挖空處理後的向心渦輪模型的共振頻率裕度。

對向心渦輪模型的挖空區域的形狀和大小的確定過程，是一個不斷迭代優化的過程。在本實施例中，對向心渦輪模型的輪緣進行部分挖空處理需要結合模態計算來確定。首先逐次分階段對向心渦輪模型的輪緣進行部分挖空處理和模態計算，然後再獲取部分挖空處理後的向心渦輪模型在各個階段中的共振頻率裕度。其中，各個階段可分為粗挖空階段、半精挖空階段和精挖空階段。其中，共振頻率是指向心渦輪發生共振時的頻率，是向心渦輪以最大振幅做振動的情形。共振發生時向心渦輪的固有頻率與激振頻率接近。共振頻率裕度是在共振頻率的基礎上再留有一定餘地的程度，即允許存在的差值，共振頻率裕度越大，越不易發生共振。

步驟s142a、將共振頻率裕度與預設的共振評定標準進行比較，判斷共振頻率裕度是否滿足共振評定標準要求。

將獲取的部分挖空處理後的向心渦輪模型的共振頻率裕度與預設在資料庫中的共振評定標準要求進行比較，判斷共振頻率裕度是否滿足共振評定標準要求。

步驟s143a、若共振頻率裕度滿足共振評定標準要求，則證明挖空時所需的輪緣形狀和尺寸可採用。

將獲取的部分挖空處理的向心渦輪模型的共振頻率裕度和預設在資料庫中的共振評定標準要求進行比較，若獲取的部分挖空處理的向心渦輪模型的共振頻率裕度滿足共振評定標準要求，則證明部分挖空處理的向心渦輪可以採用，不必要再對向心渦輪模型的輪緣進行部分挖空處理，整個模態分析過程結束。

步驟s144a、若共振頻率裕度不滿足共振評定標準要求，則證明挖空時所需的輪緣形狀和尺寸不可採用，需重新調整挖空的輪緣形狀和尺寸，直至部分挖空處理後的向心渦輪模型的共振頻率裕度滿足共振評定標準要求。

將獲取的部分挖空處理的向心渦輪模型的共振頻率裕度和預設在資料庫中的共振評定標準要求進行比較，若獲取的部分挖空處理的向心渦輪模型的共振頻率裕度不滿足共振評定標準要求，則證明部分挖空處理的向心渦輪模型的挖空區域的形狀和大小不可以採用，此時需重新調整部分挖空處理的挖空區域的形狀和大小，並重新對調整部分挖空處理的挖空區域的形狀和大小進行模態分析，直至調整的部分挖空處理後的向心渦輪模型的共振頻率裕度滿足共振評定標準要求。

本實施例提供的向心渦輪調頻方法，對部分挖空處理後的向心渦輪模型進行模態計算，獲取部分挖空處理後的向心渦輪模型的共振頻率裕度；將共振頻率裕度與預設的共振評定標準進行比較，判斷共振頻率裕度是否滿足共振評定標準要求；若共振頻率裕度滿足共振評定標準要求，則證明挖空時所需的輪緣形狀和尺寸可採用；若共振頻率裕度不滿足共振評定標準要求，則證明挖空時所需的輪緣形狀和尺寸不可採用，需重新調整挖空的輪緣形狀和尺寸，直至部分挖空處理後的向心渦輪模型的共振頻率裕度滿足共振評定標準要求，從而通過計算機仿真技術最終獲取挖空時所需的輪緣形狀和尺寸，並根據獲取的輪緣形狀和尺寸以調整待調頻向心渦輪的高階固有頻率，使調整後的高階固有頻率與激振頻率形成一定的頻率差，從而有效避免向心渦輪發生共振危險，同時減輕渦輪的重量、減少離心載荷以及氣動軸向力，並且對向心渦輪的性能影響較小。

進一步地，如圖9所示，本實施例提供的向心渦輪調頻方法，在步驟s120a之後、步驟s130a之前還包括步驟：

s131a、根據模態計算的結果，判斷向心渦輪模型是否需要調頻。

s132a、若向心渦輪模型不需要調頻時，則不需要獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率。

s133a、若向心渦輪模型需要高階調頻時，則結合待調頻向心渦輪的坎貝爾圖，獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率。

本實施例提供的向心渦輪調頻方法，根據模態計算的結果，判斷向心渦輪模型是否需要調頻；若向心渦輪模型不需要調頻時，則不需要獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率；若向心渦輪模型需要高階調頻時，則結合待調頻向心渦輪的坎貝爾圖，獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率。本實施例提供的向心渦輪調頻方法，在待調頻向心渦輪進行挖空處理前對待調頻向心渦輪進行模態計算，判斷向心渦輪模型是否需要調頻處理，若不需要調頻處理，則可相應可節省人力和時間；若需要調頻處理，則獲取心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率，設計向心渦輪模型部分挖空處理時的形狀和大小，有效避免向心渦輪發生共振危險。

優選地，如圖10所示，本發明還提供一種向心渦輪調頻裝置，應用於終端設備中，終端設備可以為桌上型電腦、手機或筆記本電腦等，該向心渦輪調頻裝置包括：

確定模塊10，用於對待調頻向心渦輪進行模態分析，確定待調頻向心渦輪進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸，以對待調頻向心渦輪的高階固有頻率進行調整。

對待調頻向心渦輪進行振型模型，獲取向心渦輪在高階振動時的振型圖，如圖3所示，圖3為向心渦輪高階振動時的典型高階振型圖，從該高階振型圖可以看出，向心渦輪的高階振動主要表現為葉片和輪緣參與的耦合振動，因此，改變輪緣的形狀可以起到比較明顯的高階固有頻率調整的作用。在本實施例中，通過確定模塊10對待調頻向心渦輪進行模態分析，確定待調頻向心渦輪進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸。其中，模態分析包括模態計算和分析的過程，首先對待調頻向心渦輪進行模態計算，根據模態計算的結果，判斷待調頻向心渦輪的向心渦輪模型是否需要調頻，若待調頻向心渦輪的向心渦輪模型不需要調頻，則整個流程結束。若待調頻向心渦輪的向心渦輪模型需要調頻，則確定待調頻向心渦輪的向心渦輪模型需要調頻的高階固有頻率和振型，根據確定的待調頻向心渦輪的向心渦輪模型的高階固有頻率和振型，設計向心渦輪模型進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸，再次對部分挖空處理後的向心渦輪模型進行模態分析，獲取進行部分挖空處理後的向心渦輪模型的共振頻率裕度以及預設在資料庫中的共振評定標準要求，其中，共振頻率是指向心渦輪發生共振時的頻率，是向心渦輪以最大振幅做振動的情形。共振頻率裕度是在共振頻率的基礎上再留有一定餘地的程度，即允許存在的固有高階頻率與激振頻率之間的頻率差值。若待調頻向心渦輪的共振頻率裕度滿足共振評定標準要求，則證明進行部分挖空處理後的向心渦輪模型可以採用，根據該向心渦輪模型，即可確定待調頻向心渦輪進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸；若待調頻向心渦輪的共振頻率裕度不滿足共振評定標準要求，則證明進行部分挖空處理後的向心渦輪模型不可以採用，則需要重新對該向心渦輪模型進行部分挖空處理。

本實施例提供的向心渦輪調頻裝置，在待調頻向心渦輪進行挖空處理前對待調頻向心渦輪進行模態計算，從而提前確認待調頻向心渦輪的向心渦輪模型，並根據向心渦輪模型中輪緣形狀和尺寸，一次就可對待調頻向心渦輪進行部分挖空處理，從而節省人力和物力。

進一步地，請見圖10，本實施例提供的向心渦輪調頻裝置，確定模塊10包括：

構建單元11，用於構建與待調頻向心渦輪相對應的向心渦輪模型；

模態計算單元12，用於對向心渦輪模型進行模態計算；

頻率獲取單元13，用於根據模態計算的結果，獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率；

確定單元14，用於根據獲取的向心渦輪模型在該高階階次下的振型及高階固有頻率，確定向心渦輪模型進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸。

構建單元11構建與待調頻向心渦輪相對應的三維虛擬向心渦輪模型。

模態計算單元12對構建的向心渦輪模型進行模態計算，分析向心渦輪模型的機械結構振動特性。在本實施例中，通過分析向心渦輪模型的機械結構振動特性，建立已知激勵頻率條件下的響應預測模型，進而預測向心渦輪模型在實際工作狀態下的動力學特性。

頻率獲取單元13根據預測向心渦輪模型在實際工作狀態下的動力學特性，得到向心渦輪模型在不同轉速條件下的一系列的模態頻率值和對應的模態，對向心渦輪模型進行模態形狀的比較得到模態頻率和形狀隨轉速變化的關係，成功畫出坎貝爾圖campbell。結合畫出的向心渦輪模型的坎貝爾圖，獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率。

確定單元14根據獲取的向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率，獲取在該高階階次下的向心渦輪模型的振型及高階固有頻率，確定向心渦輪模型部分挖空處理時所需的輪緣形狀和大小。

本實施例提供的向心渦輪調頻裝置，通過構建與待調頻向心渦輪相對應的向心渦輪模型；對向心渦輪模型進行模態計算；根據模態計算的結果，獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率；根據獲取的向心渦輪模型在該高階階次下的振型及高階固有頻率，確定向心渦輪模型進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸，以獲取待調頻向心渦輪進行部分挖空處理時所需的輪緣形狀和尺寸，以調整待調頻向心渦輪的高階固有頻率，使調整後的高階固有頻率與激振頻率形成一定的頻率差，從而有效避免向心渦輪發生共振危險，同時減輕了渦輪的重量、減少了離心載荷以及氣動軸向力，並且對向心渦輪的性能影響較小。本發明提供的向心渦輪調頻裝置，可有效避免共振的發生、減少離心載荷及氣動軸向力、且重量輕、性能影響小。

具體地，如圖11所示，本實施例提供的向心渦輪調頻裝置，確定單元14包括：

獲取子單元141，用於對部分挖空處理後的向心渦輪模型進行模態計算，獲取向心渦輪模型的共振頻率裕度；

判斷子單元142，用於將共振頻率裕度與預設的共振評定標準進行比較，判斷共振頻率裕度是否滿足共振評定標準要求；

第一證明子單元143，用於若共振頻率裕度滿足共振評定標準要求，則證明挖空時所需的輪緣形狀和尺寸可採用；

第二證明子單元144，用於若共振頻率裕度不滿足共振評定標準要求，則證明挖空時所需的輪緣形狀和尺寸不可採用，需重新調整挖空的輪緣形狀和尺寸，直至部分挖空處理後的向心渦輪模型的共振頻率裕度滿足共振評定標準要求。

對向心渦輪模型的挖空區域的形狀和大小的確定過程，是一個不斷迭代優化的過程。在本實施例中，對向心渦輪模型的輪緣進行部分挖空處理需要結合模態計算來確定。獲取子單元141首先逐次分階段對向心渦輪模型的輪緣進行部分挖空處理和模態計算，然後再獲取部分挖空處理後的向心渦輪模型在各個階段中的共振頻率裕度。其中，各個階段可分為粗挖空階段、半精挖空階段和精挖空階段。其中，共振頻率是指向心渦輪發生共振時的頻率，是向心渦輪以最大振幅做振動的情形。共振發生時向心渦輪的固有頻率與激振頻率接近。共振頻率裕度是在共振頻率的基礎上再留有一定餘地的程度，即允許存在的差值，共振頻率裕度越大，越不易發生共振。

判斷子單元142將獲取的部分挖空處理後的向心渦輪模型的共振頻率裕度與預設在資料庫中的共振評定標準要求進行比較，判斷共振頻率裕度是否滿足共振評定標準要求。

第一證明子單元143將獲取的部分挖空處理的向心渦輪模型的共振頻率裕度和預設在資料庫中的共振評定標準要求進行比較，若獲取的部分挖空處理的向心渦輪模型的共振頻率裕度滿足共振評定標準要求，則證明部分挖空處理的向心渦輪可以採用，不必要再對向心渦輪模型的輪緣進行部分挖空處理，整個模態分析過程結束。

第二證明子單元144將獲取的部分挖空處理的向心渦輪模型的共振頻率裕度和預設在資料庫中的共振評定標準要求進行比較，若獲取的部分挖空處理的向心渦輪模型的共振頻率裕度不滿足共振評定標準要求，則證明部分挖空處理的向心渦輪模型的挖空區域的形狀和大小不可以採用，此時需重新調整部分挖空處理的挖空區域的形狀和大小，並重新對調整部分挖空處理的挖空區域的形狀和大小進行模態分析，直至調整的部分挖空處理後的向心渦輪模型的共振頻率裕度滿足共振評定標準要求。

本實施例提供的向心渦輪調頻裝置，對部分挖空處理後的向心渦輪模型進行模態計算，獲取部分挖空處理後的向心渦輪模型的共振頻率裕度；將共振頻率裕度與預設的共振評定標準進行比較，判斷共振頻率裕度是否滿足共振評定標準要求；若共振頻率裕度滿足共振評定標準要求，則證明挖空時所需的輪緣形狀和尺寸可採用；若共振頻率裕度不滿足共振評定標準要求，則證明挖空時所需的輪緣形狀和尺寸不可採用，需重新調整挖空的輪緣形狀和尺寸，直至部分挖空處理後的向心渦輪模型的共振頻率裕度滿足共振評定標準要求，從而通過計算機仿真技術最終獲取挖空時所需的輪緣形狀和尺寸，並根據獲取的輪緣形狀和尺寸以調整待調頻向心渦輪的高階固有頻率，使調整後的高階固有頻率與激振頻率形成一定的頻率差，從而有效避免向心渦輪發生共振危險，同時減輕渦輪的重量、減少離心載荷以及氣動軸向力，並且對向心渦輪的性能影響較小。

具體地，如圖12所示，本實施例提供的向心渦輪調頻裝置，確定模塊10還包括：

判斷單元16，用於根據模態計算的結果，判斷向心渦輪模型是否需要調頻；

第一頻率處理單元17，用於若向心渦輪模型不需要調頻時，則不需要獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率；

第二頻率處理單元18，用於若向心渦輪模型需要高階調頻時，則結合待調頻向心渦輪的坎貝爾圖，獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率。

本實施例提供的向心渦輪調頻裝置，根據模態計算的結果，判斷向心渦輪模型是否需要調頻；若向心渦輪模型不需要調頻時，則不需要獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率；若向心渦輪模型需要高階調頻時，則結合待調頻向心渦輪的坎貝爾圖，獲取向心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率。本實施例提供的向心渦輪調頻裝置，在待調頻向心渦輪進行挖空處理前對待調頻向心渦輪進行模態計算，判斷向心渦輪模型是否需要調頻處理，若不需要調頻處理，則可相應可節省人力和時間；若需要調頻處理，則獲取心渦輪模型需要調頻的高階階次及高階固有頻率，設計向心渦輪模型部分挖空處理時的形狀和大小，有效避免向心渦輪發生共振危險。

優選地，如圖13所示，本發明還提供一種向心渦輪，該向心渦輪包括輪盤及設置於輪盤上的多個葉片1，多個葉片1均勻分布於輪盤的側壁上，輪盤包括設置於輪盤中央的輪轂2及設置於輪盤外周向上的輪緣3，處於相鄰兩塊葉片1之間的輪緣3上開設有用於調整向心渦輪高階固有頻率的缺口5。

本實施例提供的向心渦輪，通過在處於相鄰兩塊葉片之間的輪上開設用於調整向心渦輪高階固有頻率的缺口，以調整待調頻向心渦輪的高階固有頻率，從而使調整後的高階固有頻率與激振頻率形成一定的頻率差，有效避免向心渦輪發生共振危險，同時減輕了渦輪的重量、減少了離心載荷以及氣動軸向力，並且對向心渦輪的性能影響較小。本實施例提供的向心渦輪，可有效避免共振的發生、減少離心載荷及氣動軸向力、且重量輕、性能影響小。

進一步地，參見圖13，本實施例提供的向心渦輪，缺口5周向均勻分布於輪緣3上，使輪緣3形成鋸齒形輪緣。在本實施例中，通過鋸齒形輪緣使向心渦輪轉動平衡，同時減輕渦輪的重量、減少了離心載荷以及氣動軸向力，並且對向心渦輪的性能影響較小。

可選地，請見圖13，本實施例提供的向心渦輪，葉片1與輪盤的連接處設置有葉根倒圓4，缺口5的兩端邊緣分別到相鄰的葉根倒圓4的距離相等，且該距離大於葉根倒圓4的半徑，從而減小對向心渦輪葉根處靜強度的影響。並且為了防止挖空後的輪盤出現應力集中，在挖空區域的底部設置有一定的弧度，在挖空時讓該挖空區域的底部不可以為尖角。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。