CN105205339B - 叶片内、外缘流线高匹配的多级离心泵导叶水力设计方法 - Google Patents
叶片内、外缘流线高匹配的多级离心泵导叶水力设计方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于流体机械设计领域，具体公开了一种叶片内、外缘流线高匹配的多级离心泵导叶水力设计方法。本发明的过程为：确定多级离心泵导叶的主要几何参数；将过渡段的内、外缘流线设计成同心圆；对外缘流线的过渡段进行同原点、等角度射线平分，分别测量出对应的外缘型线过渡段上每一段弧长及外缘流线过渡段上每一段的平均半径，并计算出外缘流线过渡段上每一段弧长对应的包角；采用包角两翼变换方法设计叶片内缘流线；引入平均偏移系数λ计算内缘流线进口段和出口段的理论长度；绘制多级离心泵导叶叶片轴面图。本发明不仅以数学理论为支撑，提高了多级离心泵导叶叶片内、外缘流线的匹配效果，还可以有效降低其内部水力损失，进而提高其运行效率。
Description
技术领域
本发明属于流体机械设计领域，特指涉及一种叶片内、外缘流线高匹配的多级离心泵导叶水力设计方法。
背景技术
导叶是为连接水力机械上下级叶轮所设计的，也可以布置在进口或出口用来改善水力机械内部流态。因此，无论哪种水力机械都可以通过导叶改善其内部流态、减少水力损失。但是传统的多级离心泵设计过程中，并没有考虑导叶叶片的内、外缘流线的匹配问题，导叶叶片的内、外缘流线均是单独设计的，常会出现偏移、扭曲等问题，而且设计时往往只是以圆顺导叶叶片的内、外缘流线为目标，没有科学的数学理论与数学模型为支撑。
迄今为止，尚未见匹配叶片内、外缘流线的多级离心泵导叶水力设计方法的公开报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种叶片内、外缘流线高匹配的多级离心泵导叶水力设计方法，设计出的多级离心泵导叶内、外缘流线匹配精确，有效地避免叶片偏移、扭曲等问题的出现。
为达到以上目的，采用如下技术方案：
采用包角两翼变换方法设计多级离心泵的导叶叶片内缘流线，并以导叶叶片的外缘流线为匹配目标、导叶叶片的内缘流线为匹配对象，对多级离心泵导叶叶片内、外缘流线进行设计。
其具体步骤如下：
(1)确定多级离心泵导叶的主要几何参数：进口直径Dd1、出口直径Dd2、最大外径Ddmax、进出口安放角和叶片数。
(2)多级离心泵导叶的叶片轴面图由外缘流线和内缘流线构成，其中内缘流线和外缘流线都包含进口段、过渡段、出口段三部分，将过渡段的内、外缘流线设计成同心圆，即两端圆弧共享原点，进口段和出口段的内、外缘流线相平行。
(3)对外缘流线的过渡段进行同原点、等角度射线平分，分别测量出对应的外缘型线过渡段上每一段弧长Li及外缘流线过渡段上每一段的平均半径Ri，并计算出外缘流线过渡段上每一段弧长对应的包角其中i＝1、2、…、n，n为弧长的段数。
(4)采用包角两翼变换方法设计导叶叶片内缘流线。
将外缘流线过渡段上每一段弧长对应的包角值，映射到同一扇面的内缘流线过渡段上；根据内缘流线过渡段上每一段弧长对应的平均半径R′i，求出对应的内缘型线过渡段的理论弧长其中θ′i为内缘流线过渡段上每一段弧长对应的包角值。
(5)引入平均偏移系数λ计算内缘流线进口段、出口段的理论长度。
计算内缘流线过渡段的平均偏移系数其中L′i为内缘型线过渡段上实际弧长；将内缘流线过渡段的平均偏移系数λ与内缘型线进口段、出口段的实际长度相乘，得到内缘流线进口段和出口段的理论长度；求出内缘流线进口段和出口段上每一段长度对应的包角。
(6)根据上述步骤，绘制多级离心泵导叶叶片轴面图。
本发明的有益效果为：
(1)多级离心泵导叶中内缘流线的每段包角值皆是计算得到，有数学理论支撑，提高了设计效率，节约设计时间。
(2)以外缘流线和外缘型线为匹配目标绘制内缘流线和内缘型线，这就使得内缘流线上每段包角值都与外缘流线的包角相匹配，从而达到了内、外缘流线的高匹配性效果。
(3)有效降低了多级离心泵导叶内水力损失，从而进一步提高了多级离心泵的运行效率。
附图说明
图1为一种叶片内、外缘流线高匹配的多级离心泵导叶叶片轴面图；
图2为多级离心泵导叶内、外缘流线中的过渡段分段示意图；
图3为多级离心泵导叶的外缘型线；
图4为多级离心泵导叶内、外缘流线中的进、出口段分段示意图；
图5本发明实施例的多级离心泵导叶叶片；
附图标记说明：1.外缘流线，2.内缘流线，3.进口段，4.过渡段，5.出口段，6.过渡段上的分段线，7.外缘型线上的一段弧长，8.外缘流线进口段上的分段线，9.内缘流线出口段上的分段线。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例：
一比转数为154的三级离心泵，其设计流量为Q＝850m3/h，H＝131m，n＝1475r/min。
(1)确定多级离心泵导叶的主要几何参数：进口直径Dd1、出口直径Dd2、最大外径Ddmax、进出口安放角和叶片数。
(2)多级离心泵导叶的叶片轴面图由外缘流线和内缘流线构成，其中内缘流线和外缘流线都包含进口段、过渡段、出口段三部分。对导叶叶片轴面图进行简化处理，将过渡段的内、外缘流线设计成同心圆，即两端圆弧共享原点，进口段和出口段的内、外缘流线相平行，出口边平行于轴线，如图1所示。
(3)对外缘流线的过渡段进行同原点、等角度射线平分，在顶端处可以适当加密，将过渡段分为12段，如图2所示。外缘流线的外缘型线如图3所示。分别测量出对应的外缘型线过渡段上每一段弧长Li及外缘流线过渡段上每一段的平均半径Ri，并计算出外缘流线过渡段上每一段弧长对应的包角其中i＝1、2、…、n，n为弧长的段数。
以第一段弧长为例，计算外缘流线过渡段上第一段弧长对应的包角
外缘流线过渡段上12段弧长对应的包角计算结果如表1所示。
表1外缘流线过渡段上12段弧长对应的包角计算值
(4)采用包角两翼变换方法设计导叶叶片内缘流线，即将外缘流线过渡段上每一段弧长对应的包角值，映射到同一扇面的内缘流线过渡段上，然后根据内缘流线过渡段上每一段弧长对应的平均半径R′i计算出对应的内缘型线过渡段的理论弧长其中θ′i为内缘流线过渡段上每一段弧长对应的包角值。
以第一段弧长为例，对应的内缘型线过渡段上第一段弧长的理论弧长为
对应的内缘型线过渡段上12段弧长的理论弧长计算结果如表2所示。
表2 12段弧长的理论弧长计算值
(5)引入平均偏移系数λ计算内缘流线进口段、出口段的理论长度。
计算内缘流线过渡段的平均偏移系数其中L′i为内缘型线过渡段的实际弧长。内缘型线过渡段上12段弧长的偏移系数计算结果如表3所示。内缘流线过渡段的平均偏移系数λ为4.61。
表3偏移系数计算结果
同时将内缘流线过渡段的平均偏移系数λ与内缘型线进口段、出口段的实际长度相乘，得到内缘流线进口段和出口段的理论长度(见图4)。
求出内缘流线进口段和出口段上每一段长度对应的包角，最终内、外缘流线上每一段包角值如表4所示。
表4最终内、外缘流线上每一段包角值
(6)根据上述步骤，绘制三级离心泵导叶叶片轴面图。最终设计出的三级离心泵导叶导叶叶片如图5所示。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.叶片内、外缘流线高匹配的多级离心泵导叶水力设计方法，其特征在于：包含如下步骤：
(1)确定多级离心泵导叶的主要几何参数：进口直径Dd1、出口直径Dd2、最大外径Ddmax、进出口安放角和叶片数；
(2)多级离心泵导叶的叶片轴面图由外缘流线和内缘流线构成，其中内缘流线和外缘流线都包含进口段、过渡段、出口段三部分，将过渡段的内、外缘流线设计成同心圆，进口段和出口段的内、外缘流线相平行；
(3)对外缘流线的过渡段进行同原点、等角度射线平分，分别测量出对应的外缘型线过渡段上每一段弧长Li及外缘流线过渡段上每一段的平均半径Ri，并计算出外缘流线过渡段上每一段弧长对应的包角其中i＝1、2、…、n，n为弧长的段数；
(4)采用包角两翼变换方法设计导叶叶片内缘流线；
(5)引入平均偏移系数λ计算内缘流线进口段、出口段的理论长度；
(6)根据上述步骤，绘制多级离心泵导叶叶片轴面图。
2.根据权利要求1所述的叶片内、外缘流线高匹配的多级离心泵导叶水力设计方法，所述步骤(4)中，其特征在于：其采用包角两翼变换方法设计导叶叶片内缘流线的具体步骤如下：
(A)将外缘流线过渡段上每一段弧长对应的包角值，映射到同一扇面的内缘流线过渡段上；
(B)根据内缘流线过渡段上每一段弧长对应的平均半径R'i，求出对应的内缘型线过渡段的理论弧长其中θ'i为内缘流线过渡段上每一段弧长对应的包角值。
3.根据权利要求1所述的叶片内、外缘流线高匹配的多级离心泵导叶水力设计方法，所述步骤(5)中，其特征在于：引入平均偏移系数λ计算内缘流线进口段、出口段的理论长度的步骤如下：
(A)计算内缘流线过渡段的平均偏移系数其中L'i为内缘型线过渡段上实际弧长；
(B)将内缘流线过渡段的平均偏移系数λ与内缘型线进口段、出口段的实际长度相乘，得到内缘流线进口段和出口段的理论长度；
(C)求出内缘流线进口段和出口段上每一段长度对应的包角。
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