CN101629583A - 一种轴流泵叶轮叶片型线计算及加厚方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种主要在高比转数工况即大流量低扬程工况使用的轴流式叶片的型线计算及翼型厚度加厚方法。其特征是在设计轴流式叶轮时，根据不同流面的流线进出口安放角和圆弧型型线的几何关系计算出叶片工作面流线的型线，然后根据翼型厚度变化规律对叶片工作面不同的流线进行加厚。通过实践应用，用本发明设计的叶轮几何参数不仅满足水泵设计工况的扬程和流量要求，而且效率高，汽蚀性能好，设计过程简单，具有一定的推广价值。

Description

一种轴流泵叶轮叶片型线计算及加厚方法

技术领域

本发明涉及一种轴流泵轴流式叶轮工作面型线的确定及翼型加厚方法。根据流线特性确定叶片不同流面上的工作面型线，并根据翼型厚度变化规律加厚型线。该方法尤其可供设计大流量低扬程叶轮水力模型使用。

背景技术

目前升力法是主要用来设计轴流泵叶轮叶片的方法。升力法是最早用来设计轴流泵叶轮叶片的方法。升力法设计叶片的假定是：叶轮叶片数很少，在叶轮叶片栅中的流体绕流接近于绕单个机翼的绕流，因而叶轮叶片栅中翼型互相作用对绕流特性影响不大。根据该假定，可以把轴流式叶轮叶片栅中的每一个翼型看作是孤立的，并应用在风洞中进行单个翼型的试验结果来设计叶片。由于上述假定具有一定的近似性，为此在设计中，需要对流体绕流叶栅与单独机翼的差别进行修正，因此导致不确定性。并且升力法直接参考的现有的航空动力翼型，进口部位肥厚，不适宜用于来流方向变化不大的轴流式水泵的叶片。先有的专利技术96119277专利号轴流式叶轮提出了一种结构紧凑的用于搅拌轴流叶轮，没有提出适合轴流泵叶轮流动的叶片翼型。200710079869申请号轴流式叶轮机械的设计方法及叶片中仅确定了轴流式叶轮机械的流动模型和流动参数，没有发明型线计算方法和叶片加厚方式。

发明内容

为了克服轴流泵设计过程中参考航空翼型设计叶轮型线的不足，本发明中的轴流泵轴流式叶轮进出口安放角根据欧拉方程来确定，也可根据不同的流动规律对其进行修正。

本发明的技术方案是：

一种轴流泵叶轮叶片的型线计算及加厚方法，其中

1)型线计算：

根据不同流面上流线的进口安放角和出口安放角及圆弧流线的几何关系确定出圆弧型线的半径R，

$R=\frac{l}{2\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}}=\frac{l}{2\sin \left(\frac{{\mathrm{\β}}_2-{\mathrm{\β}}_1}{2}\right)}=\frac{H}{\cos {\mathrm{\β}}_1-\cos {\mathrm{\β}}_2}$

式中R-工作面型线半径；β₁-流线进口安放角；β₂-流线出口安放角；θ-型线中心角；H-翼型高度；l-弦线长度

2)型线加厚：

根据下式翼型的厚度变化规律，分别对工作面各条型线从工作面向背面加厚。

δ/δ_max＝2.1437(x/l)³-6.9947(x/l)²+4.8445(x/l)+0.052

式中l-弦线长度；δ-翼型厚度；δ_max-最大翼型厚度，x-翼型吸力面到进口边的距离。

本发明根据叶片不同流面的进口安放角β₁和出口安放角β₂，确定翼弦角β_L，计算工作面型线半径R，并根据翼型加厚规律进行加厚，是一种创新的设计方法，简单实用。设计的叶片曲面光滑，该设计方法在通过实践证明，不仅可以满足设计参数的要求，且效率高，综合性能好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明方法设计轴流泵叶轮工作面型线的计算示意图。

图2是工作面型线加厚规律的示意图。

图3是实施例中型线及加厚结果图。

图中，β₁、β₂-型线进、出口角；γ-型线曲率角；θ-型线中心角；h-翼型拱度；l-弦线长度；δ-翼型厚度；δ_max-最大翼型厚度；t-节距、R-圆弧型线半径、β_L-翼型安放角、x-翼型吸力面到进口边的距离。

具体实施方式

实施例的轴流式叶轮的比转速为1000、叶轮直径D₂＝300，n＝1450r/min。具体过程可以参照表1，流面一般分5～7个，在本实施中分5个，是分流面1、2、3、4、5，流面间距相等，如图1。计算各流面上流线的进口液流角β′₁，分别为15.37°，18.28°，22.39°，28.06°，36.86°，选择冲角Δβ₁，Δβ₁的选用范围为(0°～3°)，确定叶片进口角β₁＝β′₁+Δβ₁，分别为16.97°，19.48°，23.19°，28.46°，36.86°。计算各流线出口液流角β′₂，分别为17.18°，21.11°，27.27°，37.51°，58.54°。考虑有限叶片数等因素影响，Δβ₂的选用范围为(0°～3°)，本实施例中每条流线加冲角确定1°，则叶片出口角β₂＝β′₂+Δβ₂，分别为18.18°，22.11°，28.27°，38.51°，59.54°。选择不同流线的弦线长度l，分别为188.50mm，176.24mm，160.54mm，139.96mm，116.87mm。根据工作面型线半径R的计算式 $R=\frac{l}{2\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}}=\frac{l}{2\sin \left(\frac{{\mathrm{\β}}_2-{\mathrm{\β}}_1}{2}\right)}$ 计算出圆弧形线半径R，计算结果分别为8943mm，3831mm，1811mm，799mm，297mm。根据工作面的进口安放角β₁和出口安放角β₂和型线半径画翼型展开图，如图2所示。

表1比转速1000的轴流式叶轮计算过程

轮毂处的翼型最大厚度按公式 ${\mathrm{\δ}}_{\max }=(0.012~0.015)D_2\sqrt{H}$ 估算，通常对于直径为300的轴流泵模型，叶片外缘侧最大厚度取5mm，轮毂侧最大厚度取14mm，从轮毂到轮缘的厚度按照线性规律变化。确定叶片从轮缘到轮毂的翼型5、4、3、2、1最大厚度分别为5.2mm，6.9mm，8.6mm，10.3mm，12mm，根据公式δ/δ_max＝2.1437(x/l)³-6.9947(x/l)²+4.8445(x/l)+0.052计算得到翼型厚度加厚规律如下表2：

表2翼型的厚度变化规律

按照翼型厚度加厚规律，对工作面型线进行加厚，如图3所示。最后作叶片的平面投影图、轴面投影图，如图4所示。

该叶轮通过试验，最优效率点如下表3。

表3比转速1000的叶轮最优效率点参数表

Claims (1)

1、一种轴流泵叶轮叶片的型线计算及加厚方法，其特征在于，

1)型线计算：

根据不同流面上流线的进口安放角和出口安放角及圆弧流线的几何关系确定出圆弧型线的半径R，圆弧型线半径R的计算公式为 $R=\frac{l}{2\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}}=\frac{l}{2\sin \left(\frac{{\mathrm{\β}}_2-{\mathrm{\β}}_1}{2}\right)}$

式中R-工作面型线半径；

β₁-流线进口安放角；

β₂-流线出口安放角；

θ-型线中心角；

l-弦线长度；

2)型线加厚：

根据下式中翼型厚度随长度位置不同的变化规律计算出翼型厚度，对工作面各条型线从工作面向背面加厚，

δ/δ_max＝2.1437(x/l)³-6.9947(x/l)²+4.8445(x/l)+0.052

式中l-弦线长度；δ-翼型厚度；δ_max-最大翼型厚度，x-翼型吸力面到进口边的距离。

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