[发明专利]一种离心式叶轮分流叶片的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于流体机械中的离心式叶轮技术，具体涉及离心式叶轮中分流叶片的设计方法。

背景技术

离心式叶轮是流体机械中应用最为广泛的一种叶轮，如离心泵、离心式风机、离心式制冷压缩机等的叶轮均为离心式的叶轮。离心式叶轮的叶片由长叶片和分流叶片组成，分流叶片布置在相邻两个长叶片之间，在相邻两个长叶片间加设分流叶片（即短叶片）有着以下重要意义：分流叶片不仅能冲刷尾流、有效防止尾流产生和发展、有效防止长叶片负压面（长叶片的背面）上流体的分离和脱流，还可以减小离心式叶轮进口的排挤系数、提高泵的扬程；其次，分流叶片可以改善叶轮内的速度分布、减小叶轮内部的水力损失、提高泵的水力性能，使泵在实际工作过程中有一个最佳工作效率。然而，现有的分流叶片的骨线形状都是圆弧柱形，径向截面是圆弧状，轴向截面是柱形，在设计过程中，分流叶片的长度、进口偏置角大小、出口偏置角大小都是依据经验公式给出，缺乏成熟的理论支持；其次，由于相邻两个长叶片间的流道为复杂的三维流道，这种圆弧柱形的分流叶片对流道的分割不符合叶轮内流场分布规律，无法真正将流道内的水流均分成流量相等的两半。因此，现有分流叶片的结构形式和设计方法皆存在严重不足。

发明内容

本发明的目的是为改进现有离心式叶轮分流叶片的结构形式和设计方法存在的问题，提出一种三维扭曲型的分流叶片的设计方法，所设计的分流叶片的骨线呈现扭曲型，能将相邻两个长叶片间的空间流道严格按照流量相等的原则分割成两半，提高分流叶片的工作效率，增强分流叶片的作用。

本发明一种离心式叶轮分流叶片的设计方法采用的技术方案是是依次包括以下步骤：

A、确定叶轮的三个横截面，分别是在叶轮出口的轴向正中间的中间横截面，在前盖板和叶片相接处的前盖板横截面，在后盖板和叶片相接处的后盖板横截面；

B、在三个横截面上，以叶轮中心为圆心，分别作半径R₁=0.45R、半径R₂=0.75R的两个圆，两个圆在相邻两个长叶片之间的流道内划过的圆弧分别为L₁、L₂，三个横截面上的最大外圆在相邻两个长叶片之间所占的圆弧均为L₃，R为叶轮的半径；

C、依据分流点两边流量相等原则，分别确定出三个横截面上的圆弧L₁、L₂、L₃上的三个分流点，分别将同一横截面上的三个分流点M₁、M₂、M₃用圆弧相连，得到中间横截面上的骨线M₁M₂M₃、前盖板横截面上的骨线A₁A₂A₃和后盖板横截面上的骨线C₁C₂C₃；

D、将三条骨线A₁A₂A₃、M₁M₂M₃、C₁C₂C₃混合扫描成曲面，将该曲面向叶轮的前盖板和后盖板延伸直至分别与前盖板和后盖板相交，得到分流叶片的工作面，将该工作面增加厚度尺寸得到分流叶片的背面。

进一步地，步骤C中，将同一横截面上的三个分流点M₁、M₂、M₃用圆弧相连的方法是：先分别作点M₁、M₂的连接线a、点M₂、M₃的连接线b，再分别作线段a、b的中心垂线c、d，以垂线c、d的交点O为圆心，以该圆心O到M₁点的距离为半径作圆，该圆通过三个分流点M₁、M₂、M₃划过的圆弧即骨线。