[发明专利]静压向心叶轮及其设计方法

权利要求书

1.一种静压向心叶轮，其特征在于：叶轮的流体工作部分包括外盖板、叶片、内盖板三部分；从外盖板外缘和叶片的交点向旋转轴做垂线，垂线与内盖板的交点处半径为R1，叶轮内盖板外缘与叶片交点处半径为R2,所述的R1/R2大于等于0.5；从叶片进口到叶片出口，叶轮径向过流面积保持恒定不变或者小幅度均匀减小；叶片为后弯式，在轴截面投影图上的型线由微分公式ds＝[(u-vy)/vr]dr积分计算得出，式中s指流体质点相对于叶轮上的同一点沿圆周移动的弧线距离，u指叶轮上的点圆周运动速度，vy指叶轮内流体质点运动速度的圆周方向分速度，vr指叶轮内流体质点运动速度的径向分速度，r指流体质点所处位置对旋转轴的半径；叶轮其它过流部分光滑顺畅。

2.根据权利要求1所述的一种静压向心叶轮，其特征在于：外盖板轴面投影线与旋转轴成夹角θ，内盖板与外盖板轴面投影线成角度△θ，形成叶轮轴面流道；从叶片进口到叶片出口，θ值和△θ值无需保持恒定，可以是变化的。

3.根据权利要求1或2所述的一种静压向心叶轮，其特征在于：叶轮出口流道比较宽时，或者R1/R2小于0.5时，在叶轮出口外盖板和内盖板之间增加中间隔板，中间隔板符合该处流线，从中间隔板外缘与叶片交点处向旋转轴做垂线，垂线与内盖板的交点处半径为R3，所述的R3/R2大于等于0.5；从外盖板外缘与叶片交点处向轴做的垂线与中间隔板的交点处的半径为R4，同时中间隔板内缘半径R5小于等于R4；如果一个中间隔板不能满足所有要求，增加中间隔板数量。

4.一种如权利要求1所述的一种静压向心叶轮的设计方法，其特征在于：当叶轮对流体做功时，确定叶轮扬程H和流量Q；确定外盖板与轴的夹角θ，按公式σ＝[(1+cosθ)/2]^0.5计算滑移系数σ；按公式H＝v_y2²/g计算叶轮出口流体圆周方向分速度v_y2，按公式r＝v_y/(σ*ω)计算叶轮外径，式中v_y指叶轮内半径r处流体质点速度的圆周分速度，ω指叶轮旋转角速度；确定流体径向分速度加速系数c和v_r1，按公式v_r＝v_r1*[1+(r-r₁)/(cr₁)]计算流体径向分速度v_r，根据v_r计算叶轮径向过流面积，确定内盖板位置，式中r₁指叶片进口半径，v_r1指叶片进口流体径向分速度；按公式s＝(1-σ)ωcr₁{r-r₁-(c-1)r₁[ln(r+(c-1)r₁)-ln(cr₁)]}/v_r1确定叶片在轴截面上的型线，式中s指叶轮内半径r处流体质点相对于叶轮上的同一点在圆周上运动的弧线距离，轴截面指垂直旋转轴的面。

5.根据权利要求4所述的一种静压向心叶轮的设计方法，其特征在于：当外盖板与旋转轴的夹角θ值比较小甚至是0度时，或者叶轮出口宽度很大，在叶轮轴面投影图上从外盖板到内盖板分流线，各流线出口处r差距大，在流体圆周方向充分加速的情况下各流线出口圆周分速度差距很大，在这种情况下完全使用前面给出的滑移系数公式来设计将导致效率低下；此情况下的设计方法是保持各流线在叶轮出口处的扬程一致，即圆周分速度v_y2一样，确定叶轮流量Q、扬程H，按公式H＝v_y2²/g计算出叶片出口处v_y2值；确定内外盖板直径、叶轮旋转速度参数，计算流体轴向流速v_z值，计算流体圆周方向加速力F_j，按公式F_j＝F*sinβ从内向外分点计算每条流线的叶片安放角β和叶片长度，保证叶片形状光滑顺畅，F为计算点的流体向心力；此情况下叶轮轴截面投影图上的叶片型线是一段以旋转轴为圆心的圆弧，或者非常接近圆弧。

6.根据权利要求4或5所述的一种静压向心叶轮的设计方法，其特征在于：当流体对叶轮做功时，确定叶轮压头H和流量Q；确定内盖板与轴的夹角θ，按公式σ＝((1+cosθ)/2)^0.5计算滑移系数σ；按公式H＝v_y2²/g计算叶轮进口流体圆周方向分速度v_y2，按公式r＝v_y/(σ*ω)计算叶轮外径，式中v_y指叶轮内半径r处流体质点速度的圆周分速度，ω指叶轮旋转角速度；确定流体径向分速度加速系数c和v_r1，按公式v_r＝v_r1*[1+(r-r₁)/(cr₁)]计算流体径向分速度v_r，根据v_r计算叶轮径向过流面积，确定外盖板位置，式中r₁指叶片出口半径，v_r1指叶片出口流体径向分速度；按公式s＝(1-σ)ωcr₁{r-r₁-(c-1)r₁[ln(r+(c-1)r₁)-ln(cr₁)]}/v_r1确定叶片在轴截面上的型线。