[发明专利]一种不等出口环量分布的轴流泵叶轮设计方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种不等出口环量分布的轴流泵叶轮设计方法，具体的说，涉及一种具有流量大、效率高和高效区宽的轴流泵叶轮设计方法。

背景技术

轴流泵作为一种流量大、扬程低和效率高的泵产品，其在城市给排水、农田灌溉、冷却水循环系统、喷水推进和大型水利工程等方面获得广泛应用。常规的轴流泵叶轮一般采用等出口环量设计方法，该方法设计的叶轮轮毂处的叶片安放角较大，从轴流泵叶片的轮毂到其外缘，整个叶片扭曲十分严重，流体介质在通过叶轮时，容易产生排挤等现象。尤其是随着设计工况点流量和叶轮比转速的增大，采用该方法设计的轴流泵效率较低，高效区范围较窄，无法适应工况变化的场合，在实际工程应用中，该轴流泵的机组效率较低，并容易出现流动分离、回流和转子振动等现象，严重限制了轴流泵机组的运行范围，成为影响泵机组和系统稳定性的不利因素。

因此，为了解决常规轴流泵叶轮等出口环量设计方法所存在的问题，提高轴流泵叶轮的水力性能，本发明提出一种不等出口环量分布的轴流泵叶轮设计方法。本发明设计的轴流泵叶轮采用球型流道型式，叶轮轮毂为圆柱形结构，该结构型式有利于减轻轮毂侧的流体排挤现象，增加叶轮的过流能力和汽蚀性能。本发明设计的不等出口环量轴流泵叶轮，通过关系，其轮毂处的叶轮出口轴向速度和圆周速度较常规等出口环量轴流泵叶轮相应速度值小，而叶轮外缘处的叶轮出口轴向速度和圆周速度较常规等出口环量轴流泵叶轮相应速度值大，该轴流泵叶轮具有效率高、高效区宽和必需汽蚀余量小的特点，有利于提高轴流泵机组的效率和稳定性，尤其适用于轴流泵机组的系统运行工况不稳定时的条件。此外，由于采用了球形的叶轮转轮室结构，本发明设计的轴流泵叶轮还适用于可调节叶片的轴流泵机组，从而增大了该轴流泵的可运行范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不等出口环量分布的轴流泵叶轮设计方法，以改善叶轮出口的流动排挤情况，提高轴流泵的效率和高效区宽度，降低泵的必需汽蚀余量，以适用于流量大的可调节叶片型轴流泵机组，同时适用于泵机组运行工况不稳定时的条件，并提高轴流泵机组的运行稳定性。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种不等出口环量分布的轴流泵叶轮设计方法，其特征在于：根据叶轮设计工况点的流量Q、设计工况点的扬程H、叶轮旋转角速度ω和翼型所在流面半径r设计计算不同翼型所在流面半径r处的叶轮出口环量Γ和叶轮翼型出口液流角β₂，通过二阶多项式拟合获得各参数的分布函数，并通过翼型出口液流角β₂的数值来控制叶轮出口环量Γ的分布，从而实现叶轮不等出口环量Γ的设计目标；叶轮的几何尺寸参数、设计工况点性能参数及叶轮出口环量之间适合以下关系：

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