[发明专利]斜式轴流泵导叶域环量衰减度估算方法

说明书

本发明涉及灌溉排水工程技术领域，公开了一种斜式轴流泵在不同工况下的导叶域环量衰减度的估算方法，包括：斜式轴流泵设计参数和工作流量确定、导叶域特征断面位置指定、导叶域进口母环量计算、不同空间位置处环量沿展向分布曲线和环量衰减度沿流向变化曲线绘制。针对给定的斜式轴流泵站，本发明能快速估算斜式轴流泵在不同工况下导叶域内不同空间位置处的环量分布及环量衰减度沿流向的分布，简便而高效，可避免实验测试所面临的难度大、成本高、精确度低的问题，有利于指导斜式轴流泵的优化设计和流动控制。

技术领域

本发明属于灌溉排水工程技术领域，尤其涉及一种斜式轴流泵在不同工况下的导叶域环量衰减度估算方法。

背景技术

斜式轴流泵简称斜轴泵，是我国灌溉排水工程领域使用的一种低扬程、大流量水泵，通常情况下其叶轮直径大于3m、流量大于30m³/s，具有进水流道水力损失小、叶轮进口流动均匀、泵段效率高等优点。然而，受出水流道前段双弯曲几何结构的影响，斜轴泵导叶域内环量沿流向的衰变过程较为复杂，导叶出口剩余环量呈现强非线性分布，会对水泵的优化设计和流动控制带来一定的困扰。截至目前，国内外对斜轴泵导叶域内环量衰减度的定量估算方法尚未见报道。

针对这一问题，本发明在深入分析斜轴泵导叶域环量衰变过程的基础上定量给出了环量衰减度的估算方法，可为斜轴泵的优化设计和流动控制提供更明确的分析手段。

发明内容

本发明提供一种斜式轴流泵导叶域环量衰减度的估算方法，目的是针对给定的斜式轴流泵站，快速估算斜式轴流泵在不同工况下导叶域内不同空间位置处的环量分布及环量沿流向的衰减度分布，从而指导斜式轴流泵的优化设计和流动控制。

本发明的技术方案为：一种斜式轴流泵导叶域环量衰减度的估算方法，包括以下步骤：

步骤一、确定斜式轴流泵的叶轮直径D₂、叶轮旋转角速度ω、设计流量Q_d、设计扬程H_d、实际工作流量Q，在导叶域内沿流向指定断面I、II、III，...，XI的位置；

步骤二、按下式引入轴流泵导叶进口母环量Γ_O以表征不同工况下水流的旋转特性：

式中，H_d为轴流泵设计扬程；g为重力加速度；ω为叶轮旋转角速度；β为叶片安放角度；h₁、h₂、h₃、h₄和h₅均为旋流修正因子；

步骤三、按下式计算所述步骤一中导叶域内各指定断面位置处的环量分布：

Γ_G＝(L_I·R_I+L_M·R_M+L_O·R_O)·Γ_O

式中，L_I、L_M和L_O为环量流向衰变函数，其计算式依次为：

R_I、R_M和R_O为环量展向拓变函数，其计算式依次为：

式中，l为所述各指定断面沿中轴线的流向相对坐标，r为各指定断面上的展向相对坐标；

步骤四、按下式引入并计算所述步骤一中导叶域内沿流向各指定断面位置处的环量衰减度C_a以描述不同工况下导叶域内环量的衰变过程：