CN114673683A - 一种改进的s型双向贯流泵叶轮 - Google Patents

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赵旭涛
潘强
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Abstract

本发明提供了一种改进的S型双向贯流泵叶轮，本发明基于对称形与传统S形双向泵叶轮的特点，优化拟合了初始S形基础翼型骨线、工作面型线以及各翼型截面0.5l弦长处的厚度与该翼型截面弦长的变化规律。根据初始S形基础翼型的变化规律，可由各翼型截面弦长变换得到各翼型截面骨线、工作面与背面型线。通过与原双向对称叶轮对比，本发明的S型双向贯流泵叶轮的正反向性能均有所提高。

Description

一种改进的S型双向贯流泵叶轮
技术领域
本发明涉及一种改进的S型双向贯流泵叶轮，属于流体机械技术领域。
背景技术
贯流泵装置具有扬程低、流量大、结构简单、装置效率高等特点，是大型低扬程泵站的首选泵型。对于内外河水位相差不大，且旱涝交替频繁的泵站，具有双向运行特点的贯流泵站实现了灌排结合双重功能。作为泵装置的“动力心脏”，双向贯流泵叶轮的优化设计就显得尤为重要，直接影响了双向泵的水力性能和气蚀性能。
为满足双向泵正反向运行特点，且保证双向运行效率，双向叶轮结构均为中心对称结构。目前，双向叶轮主要分为骨线为直线的对称翼型和骨线为S形的双向翼型。基于升力法、流线法、线性或非线性环量等方法设计的贯流泵叶轮，其性能得到了很大的提高。
发明内容
本发明提出的一种改进的S型双向贯流泵叶轮，其叶片为满足双向运行的S型翼型，其目的在于改善竖井贯流泵装置双向运行时的内部流态，进一步提高叶轮与装置等水力结构的匹配性。
一种改进的S型双向贯流泵叶轮，其特征在于，包括轮毂和叶片，所述叶片的基础翼型为S型，基于骨线为直线的双向对称翼型的初始翼型改进而成，所述初始翼型的弦长为L＝100mm，骨线型线、工作面型线、背面型线均为“S”型；叶片进口工作面为凸面，叶片进口背面为凹面。
进一步地，骨线型线随弦长系数的变化规律如式(1)所示：
y＝98.13x5-245.32x4+192.15x3-42.907x2-2.0386x-0.0071 (1)
式中：y为骨线型线的纵向坐标值；x为弦长系数，取值为0～1；
叶片工作面型线随弦长系数的变化规律如式(2)所示：
y＝98.13x5-249.94x4+201.38x3-67.594x2+18.035x+0.22 (2)
背面型线与工作面型线绕基础翼型中心点呈中心对称。
进一步地，所述叶片的翼型截面0.5l弦长处的厚度与该翼型截面弦长的变化规律如式(3)所示
δmax＝-27.105l3+123.77l2-193.27l+111.95 (3)
式中：δmax为叶片不同截面型线最大厚度；l为叶片不同截面的型线弦长；
进一步地，叶片各截面翼型的骨线、工作面型线、背面型线根据该截面的最大厚度δmax与基础翼型的最大厚度的比例，等比例变换获得。
进一步地，叶片各截面翼型进出口安放角的取值范围是19°-48°。
本发明提供了一种改进的S型双向贯流泵叶轮，设计方法明确，通过计算发现：相比于原双向对称叶片，其正反向效率均有所提高，说明了该设计方法是可行的。
本发明所述的改进形的S形双向泵叶片借鉴了对称形与传统S形双向泵叶片的特点，优化设计了一条叶片的初始基础翼型，基于初始基础翼型设计了一种改进的S型双向贯流泵叶片。通过性能对比，本发明明显提高了双向贯流泵装置的正反向性能。
本发明结合对称翼型和S形翼型的结构特点，设计了一条叶片初始基础翼型，拟合了翼型骨线、弦长与最大厚度的变化规律，提出了叶片工作面及背面型线设计方法。
附图说明
图1是双向对称叶片单个叶片示意图；
图2是传统S形双向叶片单个叶片示意图；
图3是叶片初始S型基础翼型拟合曲线；
图4是对称叶片翼型改进为S型叶片翼型示意图；
图5是双向对称叶片及本发明叶片在R＝62.5mm处翼型型线对比图；
图6是双向对称叶片及本发明叶片在R＝146.5mm处翼型型线对比图；
图7是本发明所述的改进的S形双向叶片单个叶片示意图；
图8是本发明所述的S形双向泵叶轮结构示意图；
图9是三种双向贯流泵叶轮正反向性能对比图。
图中：1-工作面型线，2-骨线型线，3-背面型线，δmax-翼型最大厚度，δi-不同弦长系数处的翼型厚度，β-叶片翼型安放角。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明以某个双向对称叶片单个叶片为例，如图1所示。叶片的外径为300mm，转速为1450r/min，正向运行额定工况流量为400L/s，扬程为3.0m；反向运行额定工况流量为353L/s，扬程为2.8m。
图1、图2和图7为对称形、传统S形及改进的S形双向泵单个叶片示意图。图1所示的对称形叶片呈梭形，其工作面与背面均为凸面；图2所示的传统S形叶片，其工作面为凹面，背面为凸面，与单向轴流泵叶片相似。而本发明所述的改进形的S形双向泵叶片借鉴的对称形与传统S形双向泵叶片的特点，其最大区别是其进水工作面为凸面，背面为凹面，如图7所示。本发明所述的S形双向泵叶片结构示意图如图8所示。
改进的S型双向叶片的基础翼型设计如图3所示，骨线型线、工作面型线、背面型线均为“S”型。其骨线型线随弦长系数的变化规律如式(1)所示：
y＝98.13x5-245.32x4+192.15x3-42.907x2-2.0386x-0.0071 (1)
式中：y为骨线型线的纵向坐标值；x为弦长系数，取值为0～1。
基础翼型的工作面型线随弦长系数的变化规律如式(2)所示：
y＝98.13x5-249.94x4+201.38x3-67.594x2+18.035x+0.22 (2)
背面型线与工作面型线绕基础翼型中心点呈中心对称，叶片背面型线可通过工作面型线绕翼型中心点呈中心对称旋转得到。
当通过双向对称叶片翼型改进为本发明的所设计S形双向贯流泵叶片时，可根据双向对称叶片翼型各翼型截面的最大厚度与基础翼型截面的最大厚度的比值，缩放各翼型截面在各弦长系数下的骨线、工作面的尺寸，进而得到各翼型截面的骨线型线、工作面型线及背面型线。
所述叶片的翼型截面0.5倍弦长处的厚度与该翼型截面弦长的变化规律如式(3)所示：
δmax＝-27.105l3+123.77l2-193.27l+111.95 (3)
式中：δmax为叶片不同截面型线最大厚度；l为叶片不同截面的型线弦长。
当l取值为L时，即获得基础翼型截面的最大厚度，而叶片不同截面处的最大厚度根据叶片该截面处的型线弦长l计算获得。
图4给出对称叶片翼型改进为S型叶片翼型示意图，最大厚度比值为1，即不同弦长系数处的翼型厚度均相同。各截面翼型的叶片安放角由骨线端点处的切线与水平距离的夹角确定，由于各翼型均为中心对称翼型，则翼型的进出口安放角均相等。双向对称叶片及本发明叶片在R＝62.5mm和R＝146.5mm翼型型线对比图如图5和图6所示。
对于本发明设计的S形双向贯流泵叶片，可通过环量分布方法确定各翼型截面的直径、节距及叶栅稠密度，进而得到各翼型截面的弦长、进出口安放角β。然后通过式(3)计算各翼型的最大厚度；最后通过等比例变换得到新型S形翼型骨线、工作面及背面型线。
叶片各截面翼型的叶片安放角由骨线端点处的切线与水平距离的夹角确定，各翼型型线的进出口安放角均相等，且与骨线为直线的对称翼型的叶片安放角β相同，各翼型进出口安放角的取值范围是19°-48°。
图9给出了三种双向贯流泵叶片正反向性能对比图，可以看出：相比于双向对称叶片，本发明S型叶片最高效率点对应的流量偏小，而正、反向最高效率点分别提高了0.96％和1.28％；相比于传统S型叶片，本发明S型叶片正、反向最高效率点分别提高了2.08％和1.03％。
本发明技术方案的具体说明，但是本发明专利并不局限于上述实施例，所有由本领域技术人员在本发明技术方案的基础上所作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 (5)

1.一种改进的S型双向贯流泵叶轮，其特征在于，包括轮毂和叶片，所述叶片的基础翼型为S型，基于骨线为直线的双向对称翼型的初始翼型改进而成，所述初始翼型的弦长为L＝100mm，骨线型线、工作面型线、背面型线均为“S”型；叶片进口工作面为凸面，叶片进口背面为凹面。
2.根据权利要求1所述的改进的S型双向贯流泵叶轮，其特征在于，基础翼型的骨线型线随弦长系数的变化规律如式(1)所示：
y＝98.13x5-245.32x4+192.15x3-42.907x2-2.0386x-0.0071 (1)
式中：y为骨线型线的纵向坐标值；x为弦长系数，取值为0～1；
基础翼型的工作面型线随弦长系数的变化规律如式(2)所示：
y＝98.13x5-249.94x4+201.38x3-67.594x2+18.035x+0.22 (2)
背面型线与工作面型线绕基础翼型中心点呈中心对称。
3.根据权利要求2所述的改进的S型双向贯流泵叶轮，其特征在于，所述叶片的翼型截面0.5l弦长处的厚度与该翼型截面弦长的变化规律如式(3)所示
δmax＝-27.105l3+123.77l2-193.27l+111.95 (3)
式中：δmax为叶片不同截面型线最大厚度；l为叶片不同截面的型线弦长。
4.根据权利要求2所述的改进的S型双向贯流泵叶轮，其特征在于，叶片各截面翼型的骨线、工作面型线、背面型线根据该截面的最大厚度δmax与基础翼型的最大厚度的比例，等比例变换获得。
5.根据权利要求2所述的改进的S型双向贯流泵叶轮，其特征在于，叶片各截面翼型进出口安放角的取值范围是19°-48°。
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