[发明专利]叶片内、外缘流线高匹配的多级离心泵导叶水力设计方法

说明书

技术领域

本发明属于流体机械设计领域，特指涉及一种叶片内、外缘流线高匹配的多级离心泵导叶水力设计方法。

背景技术

导叶是为连接水力机械上下级叶轮所设计的，也可以布置在进口或出口用来改善水力机械内部流态。因此，无论哪种水力机械都可以通过导叶改善其内部流态、减少水力损失。但是传统的多级离心泵设计过程中，并没有考虑导叶叶片的内、外缘流线的匹配问题，导叶叶片的内、外缘流线均是单独设计的，常会出现偏移、扭曲等问题，而且设计时往往只是以圆顺导叶叶片的内、外缘流线为目标，没有科学的数学理论与数学模型为支撑。

迄今为止，尚未见匹配叶片内、外缘流线的多级离心泵导叶水力设计方法的公开报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种叶片内、外缘流线高匹配的多级离心泵导叶水力设计方法，设计出的多级离心泵导叶内、外缘流线匹配精确，有效地避免叶片偏移、扭曲等问题的出现。

为达到以上目的，采用如下技术方案：

采用包角两翼变换方法设计多级离心泵的导叶叶片内缘流线，并以导叶叶片的外缘流线为匹配目标、导叶叶片的内缘流线为匹配对象，对多级离心泵导叶叶片内、外缘流线进行设计。

其具体步骤如下：

(1)确定多级离心泵导叶的主要几何参数：进口直径D_d1、出口直径D_d2、最大外径D_dmax、进出口安放角、叶片数。

(2)多级离心泵导叶的叶片轴面图主要由外缘流线和内缘流线构成，其中内缘流线和外缘流线都包含进口段、过渡段、出口段三部分，将过渡段的内、外缘流线设计成同心圆，即两端圆弧共享原点，进口段和出口段的内、外缘流线相平行。

(3)对外缘流线的过渡段进行同原点、等角度射线平分，分别测量出对应的外缘型线过渡段上每一段弧长L_i及外缘流线过渡段上每一段的平均半径R_i，并计算出外缘流线过渡段上每一段弧长对应的包角其中i＝1、2、…、n，n为弧长的段数。

(4)采用包角两翼变换方法设计导叶叶片内缘流线。

将外缘流线过渡段上每一段弧长对应的包角值，映射到同一扇面的内缘流线过渡段上；根据内缘流线过渡段上每一段弧长对应的平均半径R′_i，求出对应的内缘型线过渡段的理论弧长其中θ′_i为内缘流线过渡段上每一段弧长对应的包角值。

(5)引入平均偏移系数λ计算内缘流线进口段、出口段的理论长度。

计算内缘流线过渡段的平均偏移系数其中L′_i为内缘型线过渡段上实际弧长；将内缘流线过渡段的平均偏移系数λ与内缘型线进口段、出口段的实际长度相乘，得到内缘流线进口段和出口段的理论长度；求出内缘流线进口段和出口段上每一段长度对应的包角。

(6)根据上述步骤，绘制多级离心泵导叶叶片轴面图。本发明的有益效果为：

(1)多级离心泵导叶中内缘流线的每段包角值皆是计算得到，有数学理论支撑，提高了设计效率，节约设计时间。

(2)以外缘流线和外缘型线为匹配目标绘制内缘流线和内缘型线，这就使得内缘流线上每段包角值都与外缘流线的包角相匹配，从而达到了内、外缘流线的高匹配性效果。

(3)有效降低了多级离心泵导叶内水力损失，从而进一步提高了多级离心泵的运行效率。

附图说明

图1为一种叶片内、外缘流线高匹配的多级离心泵导叶叶片轴面图；

图2为多级离心泵导叶内、外缘流线中的过渡段分段示意图；

图3为多级离心泵导叶的外缘型线；

图4为多级离心泵导叶内、外缘流线中的进、出口段分段示意图；

图5本发明实施例的多级离心泵导叶叶片；

附图标记说明：1.外缘流线，2.内缘流线，3.进口段，4.过渡段，5.出口段，6.过渡段上的分段线，7.外缘型线上的一段弧长，8.外缘流线进口段上的分段线，9.内缘流线出口段上的分段线。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例：

一比转数为154的三级离心泵，其设计流量为Q＝850m³/h，H＝131m，n＝1475r/min。