[发明专利]一种双向轴流泵叶轮优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轴流泵叶轮优化设计方法，尤其适用于泵站双向抽水用的双向轴流泵叶轮的优化设计。

背景技术

双向轴流泵是一种通过正反转实现双向抽送介质的特殊的轴流泵形式，其大多用于双向泵站及火车轮渡等环境比较特殊的场合。然而就目前所研究的双向轴流泵而言，都是基于一般的轴流泵进行改造设计的，很多还是采用普通轴流泵的单向翼型。这样在反转时，叶轮的效率和汽蚀性能会大大下降，严重时叶片脱流引起剧烈的振动和噪声。

发明内容

为了克服现有双向轴流泵叶轮设计方法的不足，本发明在传统流线法设计轴流泵叶轮的基础上，通过对翼型和叶轮平面图的优化来改进双向轴流泵叶轮性能，达到同时提高双向轴流泵叶轮效率和抗汽蚀性能的目的。本发明专利可以保证双向轴流泵具有较高的效率和较宽的高效范围，以及较好的抗汽蚀性能，适用于比转速为600~2000的双向轴流泵。其特征在于：叶轮平面水力图采用中心对称方式进行水力设计；叶轮翼型工作面完全变成直线，背面进出口圆弧过渡，中间适当加厚，并改成对称结构；根据以下几个主要参数来设计叶轮，包括叶片包角φ,轮毂直径d_h，叶轮直径D，型线安放角β_L，弦长l，型线半径R_l。

实现上述目的所采用的技术方案是：

叶轮平面水力图采用中心对称方式进行水力设计，工作面各水平截线沿旋转中心完全对称，从轮毂到轮缘侧均匀分成五个流面，这样双向轴流式叶轮平面水力图的绘制过程将大大简化。对叶轮翼型图进行改进，翼型工作面完全变成直线，背面进出口圆弧过渡，中间适当加厚，并沿着与工作面直线中点垂直的中心线完全对称，这样简化了翼型图绘制过程，加厚的同时降低了铸造难度，提高了叶片强度，并且由于翼型结构对称，使得双向轴流泵在反转时更加稳定，降低了振动和噪声，提高了效率。

实现上述目的所采用的设计公式是：

                                                                                                                （1）

                                                                     （2）

                                                                  （3）

                                                    （4）

                                                                     （5）

                                                                （6）

式中：φ_{——包角，度；}

      d_h——轮毂直径，米；

      k₁——轮毂比，0.3~0.6，比转速大者取小值；

      D^{——叶轮直径，米；}

      k₂——叶轮系数，3~5，比转速大者取小值；

      Z——叶片数，3~5；

      n——叶轮转速，转/分；

      Q_{——设计工况点的流量，立方米/秒；}

          β_L——型线安放角，度；   

          H^{——设计工况点的扬程，米；}

          l_{——弦长，米；}

      k₃——叶栅稠密度，0.6~1.4，比转速大者取小值，由轮毂侧往轮缘侧逐渐减小；