CN109236726B - 一种高比转速轴流泵叶轮出口角和厚度设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高比转速(特指比转速为1500)轴流泵叶轮出口角和厚度的设计方法。其特征是在设计轴流泵叶轮叶片时，首先划分流面，将叶片分成多个翼型，根据叶片出口轴面速度和环量修正公式计算出每个翼型的出口角，然后根据给定的厚度分布沿翼型工作面型线向背面加厚形成背面型线。实践证明：本发明提出的叶片出口环量、轴面速度和厚度分布方法在比转速为1500的轴流泵叶轮叶片的设计中取得很好的效果，不仅能满足轴流泵流量、扬程等使用要求，还具备效率高、运行稳定性好、设计简单等特点，在泵站工程中具备广泛的应用前景。

Description

一种高比转速轴流泵叶轮出口角和厚度设计方法
技术领域
本发明涉及一种高比转速轴流泵叶轮出口角和厚度设计方法，特指比转速为1500的轴流泵叶轮叶片出口角和厚度分布的设计方法。
背景技术
轴流泵作为一种大流量、低扬程泵产品，在洪涝排水、农田灌溉、跨流域调水、喷水推进和大型水利工程等方面获得广泛的应用。我国对轴流泵水力模型的研制起步较晚，当时主要仿制前苏联水力模型，虽然研制了一批性能优良的水力模型，且总结出了如升力法、流线法等水力设计方法，但与目前国外的轴流泵技术相比，我国在三维流动理论研究轴流泵水力模型设计、水力安全稳定性、各部件精确匹配优化等方面还存在差距。因此，我国研制的轴流泵模型普遍存在效率偏低、高效区窄等问题，且目前的常规设计方法不够成熟，导致研发周期较长。
目前先关机构对国内已有优秀的轴流泵水力模型进行了试验统计，主要统计了轴流泵叶片出口轴面速度、环量分布以及厚度分布，为设计者提供参考；但目前，比转速为1500的轴流泵国内尚未有优秀的水力模型供统计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高比转速轴流泵叶轮出口角和厚度设计方法，特指比转速为1500的轴流泵叶轮叶片出口角和厚度分布的设计方法，给高比转速轴流泵叶轮出口角和厚度设计提供方法指导。
为了解决以上技术问题，本发明采取如下方案：首先将叶片(2)按等距原理划分流面，其次根据叶片出口轴面速度和环量分布修正模型计算出各流面翼型的出口安放角β2，最后根据厚度分布规律由翼型工作面型线(3)向背面加厚得出背面型线(4)，最终设计出完整的翼型和叶片。
具体设计步骤如下：
(1)划分流面：
按照等距里原则划分5个不同流面，每个流面所在半径为
Figure GDA0002503110330000021
其中i-流面编号，1代表轮毂流面，5代表轮缘流面
Rh-轮毂半径
Rt-叶轮半径
(2)计算翼型出口角：
叶片出口轴面速度和环量分布修正公式为：
Km＝1.4960(r*)3-2.7876(r*)2+1.6520(r*)+0.7898
Kr＝-0.1589(r*)3+0.3017(r*)2-0.1809(r*)+0.2138
其中Km-轴面速度修正系数
Kr-环量分布修正系数
r*-无量纲半径：
Figure GDA0002503110330000022
根据设计流量Q(m3/h)、扬程H(m)和转速n(r/min)计算翼型出口角β2：
Figure GDA0002503110330000023
Figure GDA0002503110330000031
Figure GDA0002503110330000032
Figure GDA0002503110330000033
其中：ηv-容积效率，取0.98
Figure GDA0002503110330000034
-排挤系数，取0.90
(3)厚度分布计算：
翼型在不同位置的厚度按一下分布规律计算：
δ/δmax＝-3.9425(x/l)4+10.025(x/l)3-11.942(x/l)2+5.8574(x/l)+0.0156
其中：δmax为翼型的最大厚度，l为翼型弦长，x为翼型工作面型线(3)上某一点到翼型进口距离。
本发明提供了比转速为1500的轴流泵叶轮出口角和厚度分布设计，为比转速为1500的轴流泵叶轮提供了新的设计方法，该方法通过实践证明，取得了较好的综合效果。
附图说明
下面结合附图和实施列对本发明做进一步说明
图1为轴流泵叶轮结构图
图2为翼型形状示意图
图3实施例叶轮设计结果图
图中1—轮毂，2—叶片，3—工作面型线，4—背面型线。
具体实施方式
实施列的轴流泵比转速为1500，设计流量Q＝1476m3/h，扬程H＝3m，转速n＝1450r/min，叶轮直径300mm，轮毂直径92mm。
(1)划分流面：
如图1所示，按照等距里原则对叶片(2)划分5个不同流面，每个流面所在半径为:
Figure GDA0002503110330000041
其中i-流面编号，1代表轮毂流面，5代表轮缘流面
Rh-轮毂半径
Rt-叶轮半径
具体划分结果如表1所示：
表1流面划分
流面编号 1 2 3 4 5
半径R<sub>i</sub> 46mm 72mm 98mm 124mm 150mm
(2)计算翼型出口角：
叶片出口轴面速度和环量分布修正公式为：
Km＝1.4960(r*)3-2.7876(r*)2+1.6520(r*)+0.7898
Kr＝-0.1589(r*)3+0.3017(r*)2-0.1809(r*)+0.2138
其中Km-轴面速度修正系数
Kr-环量分布修正系数
r*-无量纲半径：
Figure GDA0002503110330000042
如图2所示，根据设计流量Q(m3/h)、扬程H(m)和转速n(r/min)计算翼型出口角β2：
Figure GDA0002503110330000051
Figure GDA0002503110330000052
Figure GDA0002503110330000053
Figure GDA0002503110330000054
其中：ηv-容积效率，取0.98
Figure GDA0002503110330000055
-排挤系数，取0.90
vm-轴面速度
vu2-叶轮出口速度在圆周方向的分量
u2-叶轮出口圆周速度
计算结果如表2所示：
表2翼型出口角
翼型编号 1 2 3 4 5
出口角 14.29° 18.71° 21.59° 23.37° 26.32°
(3)厚度分布计算：
如图2所示，翼型在不同位置的厚度按一下分布规律计算：
δ/δmax＝-3.9425(x/l)4+10.025(x/l)3-11.942(x/l)2+5.8574(x/l)+0.0156
其中：δmax为翼型的最大厚度，l为翼型弦长，x为翼型工作面型线(3)上某一点到翼型进口距离。
本实施例每个翼型的最大厚度如表3所示
表3翼型最大厚度
翼型编号 1 2 3 4 5
δ<sub>max</sub> 13.2 11.4 8.8 7.4 5.6
最后绘制叶片的水力图纸，如图3所示。最终通过试验，各角度下最高效率点的性能如表4所示，综合性能较好。
表4试验结果
Figure GDA0002503110330000061
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (1)

1.一种高比转速轴流泵叶轮出口角和厚度设计方法，其特征在于其包括以下步骤：
(1)将叶片(2)按等距原理划分流面；
(2)根据叶片出口轴面速度和环量分布修正模型计算出各流面翼型的出口角β2；
(3)根据厚度分布规律由翼型工作面型线(3)向背面加厚得出背面型线(4)；
(4)最终设计出完整的翼型和叶片；
步骤(1)中，按照等距离原则划分5个不同流面，每个流面所在半径为
Figure FDA0002503110320000011
其中i-流面编号，1代表轮毂流面，5代表轮缘流面
Rh-轮毂半径
Rt-叶轮半径
步骤(2)中叶片出口轴面速度和环量分布修正公式为：
Km＝1.4960(r*)3-2.7876(r*)2+1.6520(r*)+0.7898
Kr＝-0.1589(r*)3+0.3017(r*)2-0.1809(r*)+0.2138
其中Km-轴面速度修正系数
Kr-环量分布修正系数
r*-无量纲半径：
Figure FDA0002503110320000012
根据设计流量Q(m3/h)、扬程H(m)和转速n(r/min)计算翼型出口角β2：
Figure FDA0002503110320000013
Figure FDA0002503110320000014
Figure FDA0002503110320000015
Figure FDA0002503110320000016
其中：ηv-容积效率，取0.98
-排挤系数，取0.90
vm-轴面速度
vu2-叶轮出口速度在圆周方向的分量
u2-叶轮出口圆周速度
步骤(3)中翼型在不同位置的厚度按以下分布规律计算：
δ/δmax＝-3.9425(x/l)4+10.025(x/l)3-11.942(x/l)2+5.8574(x/l)+0.0156
其中：δmax为翼型的最大厚度，l为翼型弦长，x为翼型工作面型线(3)上某一点到翼型进口距离。
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