CN103104544A

CN103104544A - 一种长短叶片诱导轮的变螺距设计方法

Info

Publication number: CN103104544A
Application number: CN2013100764561A
Authority: CN
Inventors: 朱荣生; 龙云; 付强; 王秀礼
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2013-05-15

Abstract

本发明涉及一种长短叶片诱导轮的变螺距设计方法。在圆锥变螺距诱导轮设计的基础上，将诱导轮的叶片设计为长短叶片相间的形式，且使长短叶片的出口在同一径向面上，本设计方法可以避免诱导轮叶片出口附近产生脱流和边界层分离，改善出口流场，提高诱导轮的效率和抗气蚀性能。

Description

一种长短叶片诱导轮的变螺距设计方法

技术领域：

本发明涉及一种诱导轮设计方法，特别涉及一种长短叶片诱导轮的变螺距设计方法，用于改善诱导轮出口流场，提高其抗气蚀性能。

背景技术：

目前，诱导轮已广泛应用于提高泵的抗气蚀性能。诱导轮属于轴流式叶轮，具有轴流式叶轮的几何特性和气蚀特性，在诱导轮外缘产生的气泡，在沿轴向向前运动的过程中，由于轮毂侧的液体在离心力的作用下，向外压作用，使气泡被压控在外缘的局部并在诱导轮内凝结，因此不易造成整个流道的堵塞。其外特性表现是，在气蚀过程中性能下降缓慢，无明显的突然下降阶段。诱导轮本身负荷不大、功率较小，只要和主叶轮配合得当，就能改变叶轮进口的流动情况，而不明显降低泵的效率。常用的诱导轮是螺旋诱导轮，其中的平板式等螺距诱导轮用得最多。因为螺距从进口到出口不变，也就是叶片角β从进口到出口不变，尽管加工简单，但水力性能不够理想。为此最好采用变螺距诱导轮，可用精密铸造制作。在采用变螺距诱导轮时，相邻叶片出口边距变大，易造成诱导轮叶片出口附近产生脱流和边界层分离，严重降低诱导轮的效率和抗气蚀性能。因此，提出一种用于改善诱导轮出口流场的方法十分必要。

发明内容：

为解决上述问题，本发明提供一种长短叶片诱导轮的变螺距设计方法，采用本方法设计出来的诱导轮能够大大的提高泵的抗汽蚀能力。

实现上述目的所采用的的技术方案：

1长叶片的设计

1.1诱导轮的进口直径：

D_{0} = K_{0} \sqrt[3]{\frac{Q}{n}} K_{0} = 3.5 ~ 5.1

D_{1 y} = \sqrt{{D_{0}}^{2} + {d_{h 1}}^{2}}

式中：D₀--进口当量直径，mm；

Q--流量，m³/h；

n--转速，r/min；

1.2选择进口轮毂比与轮毂锥角

d_{h 1} = \frac{d_{h}}{D_{1 y}}

诱导轮的轮毂比一般选取0.1～0.4，轮毂锥角一般取0°～13°

式中：

d_h--轮毂半径；

d_h1--进口轮毂比。

1.3确定诱导轮叶片的进出口角

\tan β_{y 1}^{'} = \frac{v_{m 1}}{u_{1}},

\tan β_{y 2}^{'} = \frac{v_{m 2}}{u_{2} - v_{u 2}}

β_y1＝β′_y1+Δβ₁，Δβ₁＝4°～10°

β_y2＝β′_y2+Δβ₂，Δβ₂＝1.5°～5.5°

式中：

β_y1--叶片进口角；

β_y2--外缘流线叶片出口角；

v_m1--进口轴面速度；

u--出口圆周速度；

v_m2--出口轴面速度；

u₂--出口圆周速度；

v_u2--圆周分速度。

1.4计算进出口螺距

进口螺距：S₁＝3.14D_1ytanβ_cy/Z，β_cy＝(β_y1+β_y2)/2

出口螺距：S₂＝3.14D_2ytanβ_cy/Z，D_2y＝1.0～1.25D_1y

式中Z一般选2，α₁、α₂分别为轮毂包角和轮缘包角，β_cy为轮缘断面翼型安放角。D_2y为诱导轮出口直径。

进出口螺距的变化规律：

S = S_{2}^{0.5} x^{0.5} + (1 {- S}_{2}^{- 0.5} x^{0.5}) S_{1}

1.5叶片轮缘包角、轮毂包角

α_{1} = 360 \frac{1}{t} \frac{\cos β_{cy}}{z}

α₂＝Δα+α₁

式中：

α₁--叶片轮缘包角；

α₂--叶片轮毂包角；

Δα--叶片后掠角(50°～150°)；

--翼型叶栅密度(1.2～3.6)；

2短叶片的设计

短叶片的设计过程和长叶片几乎一样，不同的是短叶片的导程为长叶片的一半，包角也要根据流道的通顺情况调整，短叶片的个数和长叶片的个数相等，短叶片放置在长叶片之间，使长短叶片交替排列。

本发明的有益效果是：避免诱导轮叶片出口附近产生脱流和边界层分离，提高诱导轮的效率和抗气蚀性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的一个实施例的诱导轮轴面投影图。

图2是同一个实施例的诱导轮结构示意图。

图中：1.长叶片，2.短叶片。

具体实施方式

图1和图2共同确定了这个实施例诱导轮的形状。它与大多数锥形诱导轮一样，具有锥形轮毂。诱导轮的叶片分为长叶片(1)1和短叶片(2)两种，长短叶片相间排列，诱导轮的长短叶片均为2个，短叶片大约从诱导轮的中部一直延续到出口处，其主要目的是避免诱导轮叶片出口附近产生脱流和边界层分离，改善出口流场，提高诱导轮的效率和抗气蚀性能。

Claims

1.一种长短叶片诱导轮的变螺距设计方法，主要包括长短叶片进出口角，进出口直径，进口轮毂比，轮毂锥角，进出口螺距，叶片轮缘包角和轮毂包角。其特征在于：短叶片的导程为长叶片的一半，短叶片包角也要根据流道的通顺情况调整，短叶片的个数和长叶片的个数相等，短叶片放置在长叶片之间，使长短叶片交替排列。长短叶片的几何参数满足以下关系

D_{0} = K_{0} \sqrt[3]{\frac{Q}{n}} K_{0} = 3.5 ~ 5.1

D_{1 y} = \sqrt{{D_{0}}^{2} + {d_{h 1}}^{2}}

d_{h 1} = \frac{d_{h}}{D_{1 y}}

\tan β_{y 1}^{'} = \frac{v_{m 1}}{u_{1}},

\tan β_{y 2}^{'} = \frac{v_{m 2}}{u_{2} - v_{u 2}}

β_y1＝β′_y1+Δβ₁，Δβ₁＝4°～10°

β_y2＝β′_y2+Δβ₂，Δβ₂＝1.5°～5.5°

S₁＝3.14D_1ytanβ_cy/Z，β_cy＝(β_y1+β_y2)/2

S₂＝3.14D_2ytanβ_cy/Z，D_2y＝1.0～1.25D_1y

S = S_{2}^{0.5} x^{0.5} + (1 {- S}_{2}^{- 0.5} x^{0.5}) S_{1}

α_{1} = 360 \frac{1}{t} \frac{\cos β_{cy}}{z}

α₂＝Δα+α₁

式中：D₀--进口当量直径，mm；

Q--流量，m³/h；

n--转速，r/min；

D_y1--长叶片进口直径，mm；

D_y2--长叶片出口直径，mm；

β_y1--叶片进口角，度；

β_y2--外缘流线叶片出口角，度；

v_m1--进口轴面速度；

u--出口圆周速度；

v_m2--出口轴面速度；

u₂--出口圆周速度；

v_u2--圆周分速度；

α₁--叶片轮缘包角；

α₂--叶片轮毂包角；

Δα--叶片后掠角(50°～150°)；

--翼型叶栅密度(1.2～3.6)。

2.权利要求1中所述的诱导轮的轮毂比一般选取0.1～0.4，轮毂锥角一般取0°～13°。

3.权利要求1中所述的冲角Δβ₁＝4°～10°，出口修正角Δβ₂＝1.5°～5.5°。

4.权利要求1中所述的出口边直径D_2y＝1.0～1.25D_1y。

5.权利要求1中所述的进出口螺距的变化规律：

6.权利要求1中所述的叶片后掠角Δα＝50°～150°。