CN1414248A - 轴流泵叶轮叶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型轴流泵叶轮叶片，该叶轮叶片建立了正确合理的流动模型，运用该流动模型及基本方程式(1)、(2)、(3)设计计算得出的基本数据，设计出叶端及叶根部分采用了加长前倾的扭曲形状的叶轮叶片，叶轮叶片能有效地控制外壳和轮毂表面上的环状边界层的发展及叶片负压面上边界层的分离，同时减少叶片端部载荷，降低间隙流动的影响，使叶片的形状更好地与实际流动相符。

Description

轴流泵叶轮叶片

技术领域：本发明涉及一种轴流泵叶轮叶片，属于流体机械领域。

背景技术：泵是使用最广泛的通用机械之一，耗电量约占全国总电量的25％，其中轴流泵又占有相当大的比例，其大中型水利工程及众多的机电排灌站中，大部分都使用了轴流泵机组，但我国轴流泵叶轮水力模型的效率，从总体上比国外先进水平低1～3％，主要原因是对轴流泵内真实流动现象研究不够深入。如专利号为：ZL95103466.9的《前导轮立式轴流泵》、专利号为：ZL92106090.4的《多用异步电机轴流泵》、专利申请号为：01109652.7的《内置式对旋轴流泵》，轴流泵的叶轮叶片是轴流泵关键部件，他们对轴流泵叶轮叶片都是采用现有通常的升力法或奇点分布法进行设计，这些设计方法均未考虑到叶片端部靠近外壳和轮毂等区域，静止的外壳壁面上的环状边界层与转动叶片表面上的边界层以及通过叶片端部和外壳之间的间隙流动相互干涉，以及叶片之间的二次流，形成包括分离在内的复杂的非定常流动，产生马蹄形涡、泄露涡及尾涡等各种旋涡，上述这些复杂流动因素，造成现有轴流泵水力模型效率偏低，水力损失很大。

发明内容：本发明的目的是建立正确合理的流动模型，运用该流动模型设计出新型轴流泵叶轮叶片，叶轮叶片能有效地控制外壳和轮毂表面上的环状边界层的发展及叶片负压面上边界层的分离，同时减少叶片端部载荷，降低间隙流动的影响，使叶片的形状更好地与实际流动相符，以提高轴流泵的效率。

本发明的设计方法是考虑到叶轮外缘及叶轮轮毂处的边界层及间隙的影响，建立正确合理的流动模型，运用该流动模型提出如下新的设计方法，其设计基本方程式为： $C_y\frac{l}{t}=A(R,\mathrm{\δ})\·\frac{2\mathrm{\Δ}{V}_u}{W_{\∞}}\·\frac{1}{1+\mathrm{tg\λ}/\mathrm{tg}{\mathrm{\β}}_{\∞}}----\left(1\right)$

式中，C_y为升力系数，

为叶栅稠密度，其余为流动参数，A(R，δ)为考虑到叶轮外缘及叶轮轮毂处的边界层及间隙影响的修正系数，由下式确定。其中，R为计算断面半径，δ_h为叶轮轮毂断面处的边界层的厚度，δ₂为叶轮轮缘断面处的边界层的厚度。δ_h、δ₂由下式确定， $\mathrm{\δ}\left(x\right)={\left[\frac{(3n+1)(2n+1)}{2n}{\mathrm{\β}}_0\right]}^{\frac{n+1}{3n+1}}{\left(\frac{W_{\∞,i}x}{\mathrm{\μ}/\mathrm{\ρ}}\right)}^{\frac{2n}{3n+1}}\·x---i=h,2---\left(3\right)$

x取为叶片出口处的大小。其中n为实验确定的轴流泵边界层内速度分布规律的指数次方，在这里n＝7.8。

根据上述流动模型及基本方程式(1)、(2)、(3)设计计算得出的基本数据，设计出叶轮叶片，该叶轮叶片其叶端及叶根部分为加长前倾的扭曲形状。叶轮叶片骨线从叶轮叶片端部及根部向入口方向倾斜45°，并使叶轮叶片骨线加长25％，构成如图3所示的加长翼型的叶轮叶片骨线。叶轮叶片骨线从A端端部逐渐过渡到中间翼型B端，再从中间翼型B端过渡到叶轮叶片的根部C端。

结合附图对本发明做进一步说明。

图1轴流泵常规叶轮叶片翼型结构图

图2新型轴流泵叶轮叶片骨线示意图

图3加长翼型叶轮叶片结构图

如图1所示，该图为用现有技术做出的叶轮叶片常规翼型结构图。如图2所示，为根据本发明的流动模型及基本方程式(1)、(2)、(3)设计计算得出的基本数据，骨线从叶轮叶片的根部A端逐渐过渡到中间翼型B端，并从中间翼型B端向入口方向倾斜，45°，再过渡到叶轮叶片的端部C。BC段骨线长度为AB段骨线长度的25％，也就是说骨线AC的长度是骨线AB的长度的125％。在做出前倾扭曲骨线AC的基础上完成如图3所示的加长前倾扭曲形状的翼型叶轮叶片结构设计图。

本发明的优点是：根据本发明提出的流动模型设计方法设计的新型轴流泵叶轮叶片，即叶端及叶根部分采用了加长前倾的扭曲形状。能有效地控制外壳和轮毂表面上的环状边界层的发展及叶片负压面上边界层的分离，同时减少叶片端部载荷，降低间隙流动的影响，使叶片的形状更好地与实际流动相符。

Claims (4)

1、本发明涉及一种新型轴流泵叶轮叶片，其特征在于建立正确合理的流动模型，运用该流动模型提出如下新的设计方法，其设计基本方程式为： $C_y\frac{l}{t}=A(R,\mathrm{\δ})\·\frac{2\mathrm{\Δ}{V}_u}{W_{\∞}}\·\frac{1}{1+\mathrm{tg\λ}/\mathrm{tg}{\mathrm{\β}}_{\∞}}----\left(1\right)$ 式中，C_y为升力系数，

为叶栅稠密度，其余为流动参数，A(R，δ)为考虑到叶轮外缘及叶轮轮毂处的边界层及间隙影响的修正系数，由下式确定。其中，R为计算断面半径，δ_h为叶轮轮毂断面处的边界层的厚度，δ₂为叶轮轮缘断面处的边界层的厚度。δ_h、δ₂由下式确定。 $\mathrm{\δ}\left(x\right)={\left[\frac{(3n+1)(2n+1)}{2n}{\mathrm{\β}}_0\right]}^{\frac{n+1}{3n+1}}{\left(\frac{W_{\∞,i}x}{\mathrm{\μ}/\mathrm{\ρ}}\right)}^{\frac{2n}{3n+1}}\·x---i=h,2---\left(3\right)$ x取为叶片出口处的大小。其中n为实验确定的轴流泵边界层内速度分布规律的指数次方，在这里n＝7.8。

2、根据权利要求1所述的新型轴流泵叶轮叶片，其特征在于叶轮叶片其叶端及叶根部分为加长前倾的扭曲形状。

3、根据权利要求1所述的新型轴流泵叶轮叶片，其特征在于叶轮叶片骨线从叶轮叶片端部及根部向入口方向倾斜45°，并使叶轮叶片骨线加长25％。

4、根据权利要求1所述的新型轴流泵叶轮叶片，其特征在于叶轮叶片骨线从A端端部逐渐过渡到中间翼型B端，再从中间翼型B端过渡到叶轮叶片的根部C端。