[发明专利]一种具有长短叶片特征的不可调轴流泵叶轮的设计方法

摘要

本发明公开了一种具有长短叶片特征的不可调轴流泵叶轮的设计方法，具体包括以下步骤根据流线法设计不可调轴流泵叶轮长叶片的三维叶型；根据设计出的长叶片三维叶型的各参数设计不可调轴流泵叶轮短叶片的三维叶型；将设计出的每个短叶片间隔布置在相邻两个设计的长叶片组成的流道中间，即得到具有长短叶片特征的不可调轴流泵叶轮。解决了轴流泵叶轮运转过程中轴流泵叶轮出口附近叶片吸力面与轮毂相交处出现脱流和旋涡，导致流体输送不稳定的问题。

主权项

一种具有长短叶片特征的不可调轴流泵叶轮的设计方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1，根据流线法设计不可调轴流泵叶轮长叶片(1)的三维叶型；步骤2，根据步骤1设计出的长叶片(1)三维叶型的各参数设计不可调轴流泵叶轮短叶片(2)的三维叶型；步骤3，将步骤2设计出的每个短叶片(2)间隔布置在相邻两个步骤1设计的长叶片(1)组成的流道中间，即得到具有长短叶片特征的不可调轴流泵叶轮(7)；所述步骤1中具有长短叶片特征的不可调轴流泵叶轮(7)的长叶片(1)三维叶型的设计步骤如下：步骤1.1，根据给定的不可调轴流泵中的设计扬程H，单位为m，设计流量Q，单位为m3/s和转速n，单位为r/min，按如下公式(1)计算不可调轴流泵叶轮的比转速ns：步骤1.2，根据步骤1.1所得的叶轮的比转速ns确定轴流泵叶轮的轮毂比dh/D及轴流泵叶轮的长叶片数目ZL；步骤1.3，计算不可调轴流泵叶轮的轮毂直径dh，单位m；步骤1.4，从不可调轴流泵叶轮的轮毂到轮缘按相等的流面间距分为n个设计流面开展流面翼型设计，计算从不可调轴流泵叶轮的轮毂到轮缘间的各设计流面的叶栅稠密度值(l/t)i，i＝1，2……n；步骤1.5，依据步骤1.4所得的各设计流面的叶栅稠密度(l/t)i，按照如下公式(7)获得各设计流面上翼型的弦长li：li＝(Diπ/ZL)(l/t)i，i＝1，2……n    (7)；步骤1.6，计算不可调轴流泵叶轮中长叶片的最大厚度dLmax，在不可调轴流泵叶轮的轮毂处翼型使用最大厚度值dLmax，计算过程如公式(8)所示：根据所得的不可调轴流泵叶轮中长叶片的最大厚度dLmax确定不可调轴流泵叶轮长叶片轮缘处翼型的最大厚度值d0max，d0max＝(1/5～1/3)dLmax   (9)；步骤1.7，根据步骤1.6所得计算结果求不可调轴流泵叶轮长叶片(1)的轮毂到轮缘间各流面翼型的最大厚度dimax，i＝1，2……n，计算过程如公式(10)所示：其中，Di为各设计流面的直径，i＝1，2……n，单位m；dh为不可调轴流泵叶轮的轮毂直径，单位m；步骤1.8，分别计算编号为i的各流面处的翼型型线进口角βi1，i＝1，2……n、翼型型线出口角βi2，i＝1，2……n、叶弦安放角βiL，i＝1，2……n以及翼型型线半径Ri，i＝1，2……n，采用单圆弧型线法绘制各流面翼型型线；步骤1.9，根据791翼型的相对厚度分布规律与步骤1.7所得的各流面最大翼型厚度值dimax对步骤1.8绘制完成的各流面翼型型线进行加厚，获得长叶片(1)各流面上的有厚翼型，将各流面有厚翼型以翼型型线中点为基点进行组合后获得不可调轴流泵叶轮的长叶片(1)三维叶型；所述步骤1.3不可调轴流泵叶轮的轮毂直径dh的具体计算过程如下：步骤1.3.1，根据鲁德涅夫推荐公式计算不可调轴流泵叶轮进口处的流体轴面速度vm，计算过程如公式(2)所示：步骤1.3.2，根据步骤1.3.1所得的流体轴面速度vm和步骤1.2确定的轴流泵叶轮的轮毂比dh/D计算轴流泵叶轮长叶片的外径D，计算过程如公式(3)所示：步骤1.3.3，根据步骤1.3.2计算所得的不可调轴流泵叶轮长叶片(1)的外径D与步骤1.2确定的轴流泵叶轮的轮毂比dh/D计算轴流泵叶轮的轮毂直径dh；所述步骤1.4从不可调轴流泵叶轮的轮毂到轮缘间的各设计流面的叶栅稠密度值(l/t)i，i＝1，2……n的计算过程如下：步骤1.4.1，由于各设计流面间距相等，故按照如下公式(4)计算各设计流面的直径Di，单位m：其中，n为设计流面的个数，n＝4～7；i为流面编号，i＝1时代表轮毂流面，i＝n时代表轮缘流面，i从轮毂到轮缘逐渐增大；步骤1.4.2，根据步骤1.2确定的长叶片数ZL选择不可调轴流泵叶轮长叶片(1)轮缘处叶栅稠密度(l/t)0；步骤1.4.3，已知轴流泵叶轮轮毂处的叶栅稠密度(l/t)h的值为(l/t)h＝(1.3～1.4)(l/t)0    (5)；按线性规律插值计算不可调轴流泵叶轮中长叶片的轮毂到轮缘间的各设计流面的叶栅稠密度值(l/t)i，计算过程如公式(6)所示：所述步骤2中不可调轴流泵叶轮的短叶片三维叶型的具体设计过程如下：步骤2.1，计算短叶片(2)的轮缘直径Dss，计算过程如公式(15)所示：其中，D为不可调轴流泵叶轮长叶片(1)外径，单位为m；dh为不可调轴流泵叶轮的轮毂直径，单位为m；步骤2.2.从短叶片(2)的轮毂到轮缘按相等的流面间距分为nsl个流面开展短叶片翼型设计，根据步骤2.1所得短叶片的轮缘直径Dss，通过如下公式(16)计算各流面的直径Dsj，j＝1，2……nsl为：其中，nsl为短叶片设计流面的个数，nsl＝3或4；j为流面编号，j＝1时代表轮毂流面，j＝nsl时代表轮缘流面，j从轮毂到轮缘逐渐增大；步骤2.3，依据步骤2.2所得的各流面的直径Dsj计算各流面叶栅稠密度(l/t)j，计算过程如公式(17)所示：其中，(l/t)h为不可调轴流泵叶轮长叶片(1)轮毂处的叶栅稠密度；(l/t)0为不可调轴流泵叶轮长叶片轮缘处的叶栅稠密度；步骤2.4，根据步骤2.3计算出的各流面叶栅稠密度(l/t)j，通过如下公式(18)计算各设计流面上翼型型线弦长lj为：lj＝(Dsjπ/ZL)(l/t)j，j＝1，2……nsl      (18)；其中，ZL为不可调轴流泵叶轮长叶片的叶片数；步骤2.5，计算不可调轴流泵叶轮短叶片轮毂处翼型最大厚度dsmax，计算过程如公式(19)所示：其中，dLmax为不可调轴流泵叶轮长叶片轮毂处翼型的最大厚度值；步骤2.6，计算不可调轴流泵叶轮短叶片轮缘处翼型最大厚度ds0max，求解过程如公式(20)所示：其中，d0max为不可调轴流泵叶轮长叶片轮缘处翼型的最大厚度值，dh为轴流泵叶轮的轮毂直径；步骤2.7，根据步骤2.5所得的不可调轴流泵叶轮短叶片轮毂处翼型最大厚度dsmax与步骤2.6所得的不可调轴流泵叶轮短叶片轮缘处翼型最大厚度ds0max，计算短叶片轮毂到轮缘间各流面翼型的最大厚度djmax，计算过程如公式(21)所示：步骤2.8，分别计算各流面处翼型型线进口角βj1、翼型型线出口角βj2、叶弦安放角βjL以及翼型型线半径Rj，然后采用单圆弧型线法绘制各流面翼型型线；步骤2.9，采用相同的方法对步骤2.8绘制的短叶片(2)各流面上的翼型型线进行修改，获得不可调轴流泵的短叶片翼型型线；步骤2.10，根据791翼型的相对厚度分布规律与步骤2.5计算出的短叶片轮毂处翼型最大厚度dsmax、步骤2.6计算出的短叶片轮缘处翼型最大厚度ds0max及步骤2.7计算出的短叶片轮毂到轮缘间各流面翼型的最大厚度djmax对各流面上的短叶片翼型型线进行加厚，获得各流面上的短叶片有厚翼型，将各流面上的短叶片有厚翼型以翼型型线中点为基点进行组合后获得不可调轴流泵叶轮的短叶片(2)三维叶型。