[发明专利]一种包括局部台阶状叶片的叶轮及其设计方法

权利要求书

1.一种包括局部台阶状叶片的叶轮的设计方法，其特征在于，所述叶轮包括若干个均匀分布的弧形状后向叶片，所述叶片进、出口直径分别为ΦD1和ΦD2，所述叶片母线的端点为c点和a点，叶片包角为φ；

相邻叶片的流道入口宽度为W，W为c点至相邻叶片非工作面的最小距离，最小距离对应所述相邻叶片非工作面c’点，cc’延长线与所述相邻叶片工作面的交点为c’’点；

所述设计方法包括：

1）以c’’点与叶轮中心的连线为半径做第一圆，所述第一圆直径为ΦD_W；以所述叶轮中心为圆点，沿所述叶片弧线上直径小于ΦD_W的部分为内端弧线，大于ΦD_W的部分为外端弧线；

2）选取直径ΦD_n，ΦD_n=（1.015～1.045）×ΦD_w；

3）沿叶轮径向方向，将直径ΦD_n和ΦD₂之间的叶片外端弧线分为n段弧线；

4）以叶轮中心为旋转中心，将所述n段弧线各自以一定的旋转角度向外旋转，将旋转后得到的相邻的弧线段依次连接，从而在叶片表面形成一系列台阶；

其中，所述叶片的工作面包括平滑段和台阶段；所述台阶段靠近叶片外缘；所述台阶段包括n个连续的逐渐向叶轮旋转方向凸出的台阶；所述叶片工作面弧线的进、出口分别对应的叶片母线的c点和a点，所述台阶段位于直径ΦD_n和ΦD₂之间。

2.根据权利要求1所述的包括局部台阶状叶片的叶轮的设计方法，其特征在于，所述叶片母线上与直径ΦD_n相对应的点为a_n ，所述n段弧线的划分方式为：D_i=D₂-(D₂-D_n)×i/n，其中i=[1,n]，n=[3,20]，从直径ΦD₂到ΦD_n的每一同心圆与叶片母线上的交点依次为：a₁,…，a_i,…，a_(n-1),a_n，即叶片外端母线上从a点到a_n点的母线段被划分为：aa₁,a₁a₂,…，a_(i-1)a_i，…，a_(n-1)a_n共n段。

3.根据权利要求2所述的包括局部台阶状叶片的叶轮的设计方法，其特征在于，所述aa₁,a₁a₂,…，a_(i-1)a_i，…，a_(n-1)a_n的n段弧线分别旋转到新的位置，aa₁旋转为bb₁，a₁a₂旋转为c₁b₂,…，a_(i-1)a_i旋转为c_(i-1)b_i，…，a_(n-1)a_n旋转为c_(n-1)b_n ；a_(n-1)a_n段的旋转角度为θ_n=θ，a_(n-2)a_(n-1)段的旋转角度为θ_(n-1)=2×θ，…，a_(i-1)a_i段的旋转角度为θ_i= (n-i+1) ×θ，…，a₁a₂段的旋转角度为θ₂= (n-1)×θ，aa₁段的旋转角度为θ₁=n×θ；经过上述各弧线分别旋转，叶片的包角φ减小为φ₁，φ₁=φ-n×θ。