CN109635496B - 设计导叶的方法、装置及导叶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设计导叶的方法、装置及导叶，涉及多级离心泵技术领域，主要目的在于能够解决现有技术中低温液体多级离心泵在工作中易变形问题。所述方法包括：确定泵的级数；根据叶轮的出口直径和出口宽度，分别确定轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度；根据所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度，得到所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果；在三维设计模块中，根据所述轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度以及满足设定扬程和效率的结构设计需要，修正反导叶子午型线；根据所述轴向正导叶和反导叶的三维粘性计算结果及流场，对修改后的反导叶子午型线、所述轴向正导叶和反导叶的叶片角和叶片厚度进行修正。本发明适用于导叶的设计。

Description

设计导叶的方法、装置及导叶

技术领域

本发明涉及多级离心泵技术领域，尤其是涉及一种设计导叶的方法、装置及导叶。

背景技术

随着我国经济的快速发展，石油化工、煤化工装置中的低温泵用量日益增加，而目前低温泵市场几乎被国外垄断，进口一台低温泵价格昂贵，急需开发此类低温泵产品，打破国外对低温泵技术的垄断，实现低温泵的国产化。

低温液体多级离心泵输送的低温介质主要为液化天然气、液态烃、液氩、液氧、液氮等，离心泵是依靠叶轮转动对液体作功，将电动机输出的机械能传递给液体，当离心泵内充满液体运转时，由于叶轮高速转动，液体在叶轮作用下产生离心力，驱使液体在从叶轮进口向出口流动的过程中，压力能和速度能均增加，继而在导叶内又将速度能进一步转化成压力能后输出。液体从与离心泵进口相连的管道流入，依次经过泵内部的吸水室和多组叶轮导叶之后，从离心泵的压水室流出到出口管道，然而，为了保证离心泵的结构紧凑，离心泵内部每组叶轮导叶沿离心泵轴向方向的长度与导叶外径的比值较小，即级间距相对较小，从而造成低温液体多级离心泵在工作中易变形，降低液体输送效率。

发明内容

本发明提供了一种设计导叶的方法、装置及导叶，主要在于能够解决现有技术中低温液体多级离心泵在工作中易变形问题。

根据本发明的第一个方面，提供一种设计导叶的方法，包括：

确定泵的级数；

根据叶轮的出口直径和出口宽度，分别确定轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度；

根据所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度，在预设的一维设计模块中设计轴向正导叶和反导叶，得到所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果；

将所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果导入预设的三维设计模块，根据所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度以及满足设定扬程和效率的结构设计需要，修正反导叶子午型线；

根据所述轴向正导叶和反导叶的三维粘性计算结果及流场，对修改后的反导叶子午型线、所述轴向正导叶和反导叶的叶片角，以及所述轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正。

根据本发明的第二个方面，提供一种设计导叶的装置，包括：

第一确定单元，用于确定泵的级数；

第二确定单元，用于根据叶轮的出口直径和出口宽度，分别确定轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度；

设计单元，用于根据所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度，在预设的一维设计模块中设计轴向正导叶和反导叶，得到所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果；

第一修正单元，用于将所述轴向正导叶和所述反导叶的一维设计结果导入预设的三维设计模块，根据所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度以及满足设定扬程和效率的结构设计需要，修正反导叶子午型线；

第二修正单元，用于根据所述轴向正导叶和反导叶的三维粘性计算结果及流场，对修改后的反导叶子午型线、所述轴向正导叶和反导叶的叶片角，以及所述轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正。

根据本发明的第三个方面，提供一种导叶，包括：

应用设计导叶的方法制作的导叶；或应用设计导叶的装置制作的导叶。

根据本发明的第四个方面，提供一种导叶，包括：进口弯道，轴向正导叶，一次弯道，反导叶以及二次弯道，叶轮出口与所述进口弯道的一端连接，所述进口弯道的另一端与所述轴向正导叶一端连接，所述轴向正导叶的另一端与所述一次弯道的一端连接，所述一次弯道的另一端与所述反导叶的一端连接，所述反导叶的另一端与所述二次弯道的一端连接，所述二次弯道的另一端与下一级叶轮连接，所述间距导叶满足设定的扬程和效率。

本发明提供的一种设计导叶的方法、装置及导叶，与传统多级离心泵的导叶设计方法相比，本发明能够确定泵的级数；并根据叶轮的出口直径和出口宽度，分别确定轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度；同时，根据轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度，得到轴向正导叶和反导叶的一维设计结果；此外，将轴向正导叶和反导叶的一维设计结果导入预设的三维设计模块，修正反导叶子午型线；与此同时，根据轴向正导叶和反导叶的三维粘性计算结果及流场，对修改后的反导叶子午型线、轴向正导叶和反导叶的叶片角，以及轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正，从而增大了每组叶轮导叶沿离心泵轴向方向的长度与与导叶外径的比值，即增大了级间距，使结构上能够满足定子件壁厚均匀的要求，保证了零件在低温条件下冷缩变形均匀，避免了低温液体多级离心泵在工作中发生变形，提高低温液体输送效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的一种设计导叶的方法流程图；

图2示出了本发明实施例提供的另一种设计导叶的方法流程图；

图3示出了本发明实施例提供的一种设计导叶的装置的结构示意图；

图4示出了本发明实施例提供的另一种设计导叶的装置的结构示意图；

图5示出了本发明实施例提供的一种低温多级离心泵剖面示意图。

图6示出了本发明实施例导叶的子午流道二维图；

图7示出了本发明实施例三维设计模块中轴向正导叶改进前后的叶片角分布曲线对比图；

图8示出了本发明实施例三维设计模块中轴向正导叶的叶片厚度分布曲线图；

图9示出了本发明实施例三维设计模块中轴向正导叶的叶片间通道面积变化曲线对比图；

图10示出了本发明实施例性能分析结果中叶片前缘速度矢量分布图。

图中标号含义如下：

1-进口弯道；2-轴向正导叶；3-一次弯道；4-反导叶；5-二次弯道。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如背景技术，目前，传统方法设计的导叶，为了保证离心泵的结构紧凑，离心泵内部每组叶轮导叶沿离心泵轴向方向的长度与导叶外径的比值较小，即级间距相对较小，从而造成低温液体多级离心泵在工作中易变形，降低液体输送效率。

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种设计导叶的方法，如图1所示，所述方法包括：

101、确定泵的级数；

对于本发明实施例，泵的级数通常取值为15以内的正数，多级泵的单级扬程等于设定的整泵扬程除以级数，将泵的流量、单级扬程以及用户要求的泵的转速代入比转速公式，可以计算出比转速，比转速公式如下：

其中，n为设定的转速，Q为泵的流量，H为单级扬程，根据计算出的比转速n s，计算在预设的比转速区间内的若干级数，该若干级数中的最小值为泵的级数。

102、根据叶轮的出口直径和出口宽度，分别确定轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度；

对于本发明实施例，导叶包括轴向正导叶2和反导叶4，按照一维水力设计方法，即速度系数法确定叶轮和导叶的初步几何尺寸，根据已有的叶轮出口直径，计算轴向正导叶内径，同时根据已有的叶轮出口宽度，计算轴向正导叶进口宽度，具体按照如下公式计算：

D3＝(1.03～1.08)D2

b3＝b2+0.05D2

其中，D2为叶轮的出口直径，D3为轴向正导叶内径，b2为叶轮出口宽度，b3为轴向正导叶进口宽度。

103、根据所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度，在预设的一维设计模块中设计轴向正导叶和反导叶，得到所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果；

对于本发明实施例，将按照一维水力设计方法计算出的轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度输入设计软件包的一维设计模块，叶轮的尺寸结构已知，根据计算的轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度设计导叶，在叶轮上配置导叶，初步规划流道，并对配置好的叶轮和导叶进行性能预测，预估泵的扬程和效率，并通过调整导叶的几何参数，使泵的扬程和效率满足设定的要求，如图6所示，导叶的几何参数包括轴向正导叶内径D3、轴向正导叶外径D4，反导叶进口直径D5，反导叶出口直径D6，轴向正导叶进口宽度b3，轴向正导叶出口宽度b4，反导叶进口宽度b5，反导叶出口宽度b6以及反导叶后盖板与垂直线的夹角θ等，将满足设定扬程和效率的几何参数确定为一维设计结果。

104、将所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果导入预设的三维设计模块，根据所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度以及满足设定扬程和效率的结构设计需要，修正反导叶子午型线；

对于本发明实施例，预设的三维设计模块可以采用CFD软件中的三维设计模块，本发明不做具体限定，将导叶的一维设计结果导入三维设计模块中，根据计算出的轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度对反导叶的子午型线，即反导叶后盖板与垂直线的夹角θ进行修正，修正时，基于计算出的轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度的初步几何尺寸，在此基础上，根据设定的扬程和效率初步修正反导叶的子午型线，修正后的反导叶子午型线满足设定的扬程和效率。

105、根据所述轴向正导叶和反导叶的三维粘性计算结果及流场，对修改后的反导叶子午型线、所述轴向正导叶和反导叶的叶片角，以及所述轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正；

对于本发明实施例，对轴向正导叶和初步修正的反导叶进行性能分析，根据粘性计算结果及流场，在三维设计模块中详细修改反导叶的子午型线，轴向正导叶和反导叶的叶片角以及轴向正导叶和反导叶的叶片厚度，通过观察流场中的子午平均流线，以流线在整个流道内均匀分布为原则，修改子午型线，轴向正导叶和反导叶的叶片角包括进口角和出口角，叶片的进口角为叶片进口处与切线的夹角，叶片的出口角为叶片出口处与切线的夹角，通过观察包裹叶片的速度矢量图判断轴向正导叶和反导叶的进口角与上游来流的匹配情况，调整轴向正导叶和反导叶的进口角，此外，通过调整轴向正导叶和反导叶的出口角可以改变下游叶片的来流情况，在图7中，横坐标代表从轴向正导叶的叶片进口到叶片出口的长度百分比，纵坐标代表轴向正导叶叶片角的角度，最上方的曲线代表修正后的轴向正导叶内径侧叶片，中间的曲线为代表修正后的轴向正导叶外径侧叶片，最下方曲线代表修正前的轴向正导叶叶片，从图7中可知，轴向正导叶的叶片角从叶片入口至叶片出口逐渐增大，由此可见，修正后的叶片角从叶片入口至叶片出口的增长速度大于修正前的叶片角增长速度，即修正后的叶片角与液体的来流情况更匹配，更够提升液体的传输效率，同时为了减小轴向正导叶和反导叶的叶片弯曲情况，需要考虑叶片转折角不宜过大，如图7中所示，叶片角在轴向正导叶的出口处有减小趋势，以免轴向正导叶的进口角与出口角差值过大，即轴向正导叶叶片转折角过大，使轴向正导叶的叶片弯曲过大，造成脱离。与此同时，通过修改轴向正导叶和反导叶的叶片角分布和叶片厚度分布，调整相连叶片间通道面积变化，直至预估的扬程和效率满足设定的要求。

本发明提供的一种设计导叶的方法，与传统多级离心泵的导叶设计方法相比，本发明能够确定泵的级数；并根据叶轮的出口直径和出口宽度，分别确定轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度；同时，根据轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度，得到轴向正导叶和反导叶的一维设计结果；此外，将轴向正导叶和反导叶的一维设计结果导入预设的三维设计模块，修正反导叶子午型线；与此同时，根据轴向正导叶和反导叶的三维粘性计算结果及流场，对修改后的反导叶子午型线、轴向正导叶和反导叶的叶片角，以及轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正，从而增大了每组叶轮导叶沿离心泵轴向方向的长度与导叶外径的比值，即增大了级间距，使结构上能够满足定子件壁厚均匀的要求，保证了零件在低温条件下冷缩变形均匀，避免了低温液体多级离心泵在工作中发生变形，提高低温液体输送效率。

进一步地，为了更好的说明导叶的设计过程，作为对上述实施例的细化和扩展，本发明实施例提供了另一种设计导叶的方法，如图2所示，所述方法包括：

201、根据设定的扬程和比转速，确定不同泵的级数所对应的比转速；

对于本发明实施例，由于多级泵从进口到出口一级一级依次串联，所以单级的流量等于整泵的流量，多级泵的单级扬程等于设定的整泵扬程除以级数，在比转速公式中，代入流量、多级泵的单级扬程、代入设定的泵的转速，可以计算出比转速，比转速的具体公式如步骤101中所述，此外，分别代入不同多级泵的级数后，可以得到不同级数对应的比转速。

202、确定在预设的比转速区间内的若干级数，确定所述若干级数中的最小值为泵的级数；

对于本发明实施例，在得到不同泵的级数对应的比转速之后，确定比转速值在70至120之间所对应的泵的级数，得到比转速值在70至120之间所对应的不同的泵的级数，并确定所得不同泵的级数中的最小值为多级泵的级数。

203、根据叶轮的出口直径和出口宽度，分别确定轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度；

需要说明的是，轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度的计算过程与步骤102相同，在此不再赘述。

204、将所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度输入预设的一维设计模块，设计轴向正导叶和反导叶的几何参数；

对于本发明实施例，在设计软件包的一维设计模块中输入计算得到的径轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度，根据已知的叶轮尺寸，在叶轮上配置导叶，对导叶的关键几何参数进行初步设计。

205、根据一维性能预测结果，调整所述轴向正导叶和反导叶的几何参数，得到所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果；

对于本发明实施例，在一维设计模块中完成对导叶的关键几何参数的初步设计后，对叶轮和导叶进行性能预测，根据预测的性能结果对设计的导叶的关键几何参数进行调整，性能预测主要包括对叶轮和导叶组合后的扬程和效率进行预测，根据设定的扬程和效率，不断调整叶轮的关键几何参数，例如，设定的扬程为60米，则在一维设计模块中设计的导叶与叶轮组合的预估扬程至少为70米，以便后续对导叶的参数调整过程中，保证预估的扬程在设定的范围内。

206、将所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果导入预设的三维设计模块，根据所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度以及满足设定扬程和效率的结构设计需要，修正反导叶子午型线；

对于本发明实施例，为了将初步设计的导叶导入三维设计模块中进行参数调整和性能预测，在步骤206之后，还包括：延长所述反导叶出口，将反导叶的出口延长以便于后续计算的稳定；根据所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果，圆整所述轴向正导叶的连接点尺寸和所述反导叶连接点尺寸，轴向正导叶和反导叶的一维设计结果中精确到小数，为了便于在三维设计模块中将叶片进行连接，因此将轴向正导叶连接点和反导叶连接点处的尺寸分别进行圆整；将三个无叶段合并成弯道并修改所述弯道的子午型线，，以便于在三维设计模块中对导叶进行计算；

207、根据修改后的反导叶和轴向正导叶的叶型，设置计算网格拓扑结构；

对于本发明实施例，根据反导叶和轴向正导叶的叶型，设计计算网格的拓扑结构，由于本实施例中轴向正导叶和反导叶的前缘和尾缘均为圆头，因此可以选用软件中默认的两侧H网格和叶片I网格组合的拓扑结构。

208、通过网格加密因子改变所述修改后的反导叶和所述轴向正导叶不同位置的网格点数以满足设定的网格质量；

对于本发明实施例，设定的计算网格的正交性大于20°，长宽比小于1000，延展比小于3，通过改变网格的加密因子，在软件中设置反导叶和轴向正导叶不同位置的网格点数，使划分的网格质量满足正交性、长宽比和延展比的设定要求，在确实计算网格数量时，首先对单级模型进行性能预测，确定叶轮和导叶的单通道网格数量，在保证效率变化不超过1.5％、扬程变化不超过3％的情况下，尽可能减少网格数量，最终确定的计算网格数量既可满足设定的计算要求又可节约计算资源。

此外，采用CFD软件对叶轮和导叶进行性能分析之前，应用CFD计算软件包求解雷诺平均的N-S方程，空间离散采用中心差分格式辅助人工二阶和四阶粘性项，选取四阶Rung-Kutta法进行时间推进迭代求解，采用全多重网格法、局部时间步法、隐式残差光顺的方法加速迭代收敛，湍流模型选择低雷诺数S-A方程模型。

209、根据流场中的子午平均流线，对所述修改后的反导叶子午型线进行修正；

210、根据所述轴向正导叶和反导叶的进口角与上游来流的匹配情况，对所述轴向正导叶和反导叶的进口角进行修正；

例如，如图10所示，通过观察包裹轴向正导叶的叶片的速度矢量图中总体矢量箭头的角度与叶片进口处切线方向的夹角，判断叶片进口角与上游来流的匹配情况，保证夹角在15°以内，以此来调整与进口弯道1相接的轴向正导叶的叶片进口角。

211、根据下游叶片的来流情况，对所述轴向正导叶和反导叶的出口角进行修正；

例如，可以通过调整与一次弯道3相连的轴向正导叶的叶片出口角改变反导叶片的叶片来流情况。与此同时，为了减小叶片弯曲，叶片的转折角不宜过大，通常不超过30°，叶片的转折角为叶片的出口角与叶片的进口角之差。

212、根据相邻叶片间通道面积，对所述轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正；

对于本发明实施例，通过修改轴向正导叶和反导叶的叶片角分布和叶片厚度分布，调整相连叶片间通道面积变化，图8为轴向正导叶的叶片厚度分布曲线图，横坐标代表从轴向正导叶叶片进口到叶片出口的长度百分比，纵坐标代表轴向正导叶的叶片厚度，在图8中，由于轴向正导叶的上侧和下侧等厚度变换，所以轴向正导叶的外径侧叶片厚度分布曲线与轴向正导叶内径侧叶片厚度分布曲线相重合，且轴向正导叶的进口处叶片厚度与出口处叶片厚度相同，与此同时，根据轴向正导叶和反导叶的叶片角与叶片厚度，可以计算出叶片间通道面积，根据叶片间通道面积，得到预估泵的扬程，将预估的泵的扬程与设定的泵的扬程比较，并调整叶片角与叶片厚度直到达到设定的泵的扬程，例如，叶片的厚度增加，叶片间的通道面积会变小，叶片角变化，叶片间的通道面积也会变化，由此影响液体的流动速度，造成泵的扬程变化。图9为轴向正导叶的叶片间通道面积变化曲线对比图，其横坐标代表从轴向正导叶叶片进口到叶片出口的长度百分比，其纵坐标代表叶片间通道面积，最上方曲线代表轴向正导叶修正后叶片间的通道面积，最下方曲线代表轴向正导叶修正前叶片间的通道面积，如图9所示，相邻叶片间通道面积从叶片入口至出口不断增大，且修正后的叶片间的通道面积大于修正前叶片间的通道面积，由此提高了液体的传输效率。

213、根据组合的导叶与叶轮的三维粘性计算结果及流场，再次对所述导叶进行修正，得到满足单级性能要求的导叶结构；

对于本发明实施例，将修正后的导叶与叶轮组合，并导入所述的三维设计模块，进行性能分析，根据性能分析结果，即设定的扬程和效率，对修正后的导叶再次进行修正，通过若干次的改进和分析后，得到满足性能要求的导叶水力模型，由于在整泵计算时上下游其他元件会对性能造成影响，因此单级性能计算时要保留一定的裕量。

214、根据整泵的三维粘性计算结果及流场，通过调整叶轮，得到满足整泵性能要求的叶轮结构和导叶结构；

对于本发明实施例，在单级性能满足要求后，将整泵导入三维设计模块，完成整泵的性能分析，整泵计算域由吸水室、首级、次级和末级组成，通过整泵计算域全通道的性能分析结果，判断整泵的性能，整泵的性能偏差可以通过微调叶轮完成，直至满足整泵的性能要求，确定最终的叶轮和导叶结构。

本发明提供的另一种设计导叶的方法，与传统多级离心泵的导叶设计方法相比，本发明能够确定泵的级数；并根据叶轮的出口直径和出口宽度，分别确定轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度；同时，根据轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度，得到轴向正导叶和反导叶的一维设计结果；此外，将轴向正导叶和反导叶的一维设计结果导入预设的三维设计模块，修正反导叶子午型线；与此同时，根据轴向正导叶和反导叶的三维粘性计算结果及流场，对修改后的反导叶子午型线、轴向正导叶和反导叶的叶片角，以及轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正，从而增大了每组叶轮导叶沿离心泵轴向方向的长度与与导叶外径的比值，即增大了级间距，使结构上能够满足定子件壁厚均匀的要求，保证了零件在低温条件下冷缩变形均匀，避免了低温液体多级离心泵在工作中发生变形，提高低温液体输送效率。

进一步地，作为图1的具体实现，本发明实施例提供了一种设计导叶的装置，如图3所示，所述装置包括：

第一确定单元31，可以用于确定泵的级数；

第二确定单元32，可以用于根据叶轮的出口直径和出口宽度，分别确定轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度；

设计单元33，可以用于根据所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度，在预设的一维设计模块中设计轴向正导叶和反导叶，得到所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果；

第一修正单元34，可以用于将所述轴向正导叶和所述反导叶的一维设计结果导入预设的三维设计模块，根据所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度以及满足设定扬程和效率的结构设计需要，修正反导叶子午型线；

第二修正单元35，可以用于根据所述轴向正导叶和反导叶的三维粘性计算结果及流场，对修改后的反导叶子午型线、所述轴向正导叶和反导叶的叶片角，以及所述轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正。

对于本发明实施例，如图4所示，所述第一确定单元31可以包括：

第一确定模块311，可以用于根据设定的扬程和比转速，确定不同泵的级数所对应的比转速；

第二确定模块312，可以用于确定在预设的比转速区间内的若干级数，确定所述若干级数中的最小值为泵的级数。

此外，为了获取所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果，所述设计单元33，包括：

输入模块331，可以用于将所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度输入预设的一维设计模块，设计轴向正导叶和反导叶的几何参数；

调整模块332，可以用于根据一维性能预测结果，调整所述轴向正导叶和反导叶的几何参数，得到所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果。

进一步地，为了分析导叶和叶片的性能，所述装置还包括：

延长单元，可以用于延长所述反导叶出口；

圆整单元，可以用于根据所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果，圆整所述轴向正导叶的连接点尺寸和所述反导叶连接点尺寸；

合并单元，可以用于将三个无叶段合并成弯道并修改所述弯道的子午型线。

与此同时，为了进一步对导叶进行修正，所述装置还包括：

设置单元36，根据修改后的反导叶和轴向正导叶的叶型，设置计算网格拓扑结构；

改变单元37，通过网格加密因子改变所述修改后的反导叶和所述轴向正导叶不同位置的网格点数以满足设定的网格质量。

进一步地，为了修正反导叶子午型线，叶片角和叶片厚度，所述第二修正单元35，包括：

第一修正模块，可以用于根据流场中的子午平均流线，对所述修改后的反导叶子午型线进行修正；

第二修正模块，可以用于根据所述轴向正导叶和反导叶的进口角与上游来流的匹配情况，对所述轴向正导叶和反导叶的进口角进行修正；

第三修正模块，可以用于根据下游叶片的来流情况，对所述轴向正导叶和反导叶的出口角进行修正；

第四修正模块，可以用于根据相邻叶片间通道面积，对所述轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正。

进一步地，为了预估泵的单级性能，所述装置还包括：

第一导入单元，可以用于将修正后的导叶与叶轮组合，并导入所述的三维设计模块；

第三修正单元，可以用于根据组合的导叶与叶轮的三维粘性计算结果及流场，再次对所述导叶进行修正，得到满足单级性能要求的导叶结构。

进一步地，为了预估整泵性能，所述装置还包括：

第二导入单元，可以用于将整泵导入所述的三维设计模块；

调整单元，可以用于根据整泵的三维粘性计算结果及流场，通过调整叶轮，得到满足整泵性能要求的叶轮结构和导叶结构。

需要说明的是，本发明实施例提供的一种设计导叶的装置所涉及各功能模块的其他相应描述，可以参考图1所示方法的对应描述，在此不再赘述。

本发明还提供了一种导叶，如图6所示，包括：进口弯道1，轴向正导叶2，一次弯道3，反导叶4以及二次弯道5，叶轮出口与所述进口弯道的一端连接，所述进口弯道的另一端与所述轴向正导叶一端连接，所述轴向正导叶的另一端与所述一次弯道的一端连接，所述一次弯道的另一端与所述反导叶的一端连接，所述反导叶的另一端与所述二次弯道的一端连接，所述二次弯道的另一端与下一级叶轮连接，该导叶在结构设计方面满足运行条件要求，在水力方面的功能不仅要将叶轮出口的动能转化为压力能，而且可为下一级叶轮进口提供有利于下一级叶轮性能的来流。本发明提供的导叶，其轴向正导叶设有8枚叶片，反导叶设有7枚叶片，也可采用其他数量的叶片，本发明不进行具体限定。

通过本发明的技术方案，能够确定泵的级数；并根据叶轮的出口直径和出口宽度，分别确定轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度；同时，根据轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度，得到轴向正导叶和反导叶的一维设计结果；此外，将轴向正导叶和反导叶的一维设计结果导入预设的三维设计模块，修正反导叶子午型线；与此同时，根据轴向正导叶和反导叶的三维粘性计算结果及流场，对修改后的反导叶子午型线、轴向正导叶和反导叶的叶片角，以及轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正，从而增大了每组叶轮导叶沿离心泵轴向方向的长度与导叶外径的比值，即增大了级间距，使结构上能够满足定子件壁厚均匀的要求，保证了零件在低温条件下冷缩变形均匀，避免了低温液体多级离心泵在工作中发生变形，提高低温液体输送效率。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种设计导叶的方法，其特征在于，包括：

确定多级离心泵的级数；

根据所述多级离心泵的叶轮的出口直径和出口宽度，分别确定所述多级离心泵的轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度；

根据所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度，在预设的一维设计模块中设计轴向正导叶和反导叶，得到所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果；

将所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果导入预设的三维设计模块，根据所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度，修正反导叶子午型线，以使修正后的反导叶子午型线满足设定扬程和效率；

根据所述轴向正导叶和反导叶的三维粘性计算结果及流场，对修改后的反导叶子午型线、所述轴向正导叶和反导叶的叶片角，以及所述轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正；

所述轴向正导叶和反导叶的叶片角包括进口角和出口角，所述根据所述轴向正导叶和反导叶的三维粘性计算结果及流场，对修改后的反导叶子午型线、所述轴向正导叶和反导叶的叶片角，以及所述轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正，包括：

根据流场中的子午平均流线，对所述修改后的反导叶子午型线进行修正；

根据所述轴向正导叶和反导叶的进口角与上游来流的匹配情况，对所述轴向正导叶和反导叶的进口角进行修正；

根据下游叶片的来流情况，对所述轴向正导叶和反导叶的出口角进行修正；

根据相邻叶片间通道面积，对所述轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定多级离心泵的级数，包括：

根据设定的扬程和比转速，确定不同多级离心泵的级数所对应的比转速；

确定在预设的比转速区间内的若干级数，确定所述若干级数中的最小值为多级离心泵的级数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度，在预设的一维设计模块中设计轴向正导叶和反导叶，得到所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果，包括：

将所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度输入预设的一维设计模块，设计轴向正导叶和反导叶的几何参数；

根据一维性能预测结果，调整所述轴向正导叶和反导叶的几何参数，得到所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述轴向正导叶和反导叶的三维粘性计算结果及流场，对修改后的反导叶子午型线、所述轴向正导叶和反导叶的叶片角，以及所述轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正之前，所述方法还包括：

根据修改后的反导叶和轴向正导叶的叶型，设置计算网格拓扑结构；

通过网格加密因子改变所述修改后的反导叶和所述轴向正导叶不同位置的网格点数以满足设定的网格质量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述轴向正导叶和反导叶的三维粘性计算结果及流场，对修改后的反导叶子午型线、所述轴向正导叶和反导叶的叶片角，以及所述轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正之后，所述方法还包括：

将修正后的导叶与叶轮组合，并导入所述的三维设计模块；

根据组合的导叶与叶轮的三维粘性计算结果及流场，再次对所述导叶进行修正，得到满足单级性能要求的导叶结构。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述根据组合的导叶与叶轮的三维粘性计算结果及流场，再次对所述导叶进行修正，得到满足单级性能要求的导叶结构之后，所述方法还包括：

将整泵导入所述的三维设计模块；

根据整泵的三维粘性计算结果及流场，通过调整叶轮，得到满足整泵性能要求的叶轮结构和导叶结构。

7.一种设计导叶的装置，其特征在于，包括：

第一确定单元，用于确定多级离心泵的级数；

第二确定单元，用于根据所述多级离心泵的叶轮的出口直径和出口宽度，分别确定所述多级离心泵的轴向正导叶内径和轴向正导叶进口宽度；

设计单元，用于根据所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度，在预设的一维设计模块中设计轴向正导叶和反导叶，得到所述轴向正导叶和反导叶的一维设计结果；

第一修正单元，用于将所述轴向正导叶和所述反导叶的一维设计结果导入预设的三维设计模块，根据所述轴向正导叶内径和所述轴向正导叶进口宽度，修正反导叶子午型线，以使修正后的反导叶子午型线满足设定扬程和效率；

第二修正单元，用于根据所述轴向正导叶和反导叶的三维粘性计算结果及流场，对修改后的反导叶子午型线、所述轴向正导叶和反导叶的叶片角，以及所述轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正；

所述轴向正导叶和反导叶的叶片角包括进口角和出口角，所述第二修正单元，包括：

第一修正模块，用于根据流场中的子午平均流线，对所述修改后的反导叶子午型线进行修正；

第二修正模块，用于根据所述轴向正导叶和反导叶的进口角与上游来流的匹配情况，对所述轴向正导叶和反导叶的进口角进行修正；

第三修正模块，用于根据下游叶片的来流情况，对所述轴向正导叶和反导叶的出口角进行修正；

第四修正模块，用于根据相邻叶片间通道面积，对所述轴向正导叶和反导叶的叶片厚度进行修正。

8.一种导叶，其特征在于，所述导叶应用如权利要求1至6中任一项所述方法制作；或应用如权利要求7所述装置制作。

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