專利名稱：：一種軸流泵葉輪葉片型線計(jì)算及加厚方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種軸流泵軸流式葉輪工作面型線的確定及翼型加厚方法。根據(jù)流線特性確定葉片不同流面上的工作面型線，并根據(jù)翼型厚度變化規(guī)律加厚型線。該方法尤其可供設(shè)計(jì)大流量低揚(yáng)程葉輪水力模型使用。
背景技術(shù)：
：目前升力法是主要用來設(shè)計(jì)軸流泵葉輪葉片的方法。升力法是最早用來設(shè)計(jì)軸流泵葉輪葉片的方法。升力法設(shè)計(jì)葉片的假定是葉輪葉片數(shù)很少，在葉輪葉片柵中的流體繞流接近于繞單個(gè)機(jī)翼的繞流，因而葉輪葉片柵中翼型互相作用對(duì)繞流特性影響不大。根據(jù)該假定，可以把軸流式葉輪葉片柵中的每一個(gè)翼型看作是孤立的，并應(yīng)用在風(fēng)洞中進(jìn)行單個(gè)翼型的試驗(yàn)結(jié)果來設(shè)計(jì)葉片。由于上述假定具有一定的近似性，為此在設(shè)計(jì)中，需要對(duì)流體繞流葉柵與單獨(dú)機(jī)翼的差別進(jìn)行修正，因此導(dǎo)致不確定性。并且升力法直接參考的現(xiàn)有的航空動(dòng)力翼型，進(jìn)口部位肥厚，不適宜用于來流方向變化不大的軸流式水泵的葉片。先有的專利技術(shù)96119277專利號(hào)軸流式葉輪提出了一種結(jié)構(gòu)緊湊的用于攪拌軸流葉輪，沒有提出適合軸流泵葉輪流動(dòng)的葉片翼型。200710079869申請(qǐng)?zhí)栞S流式葉輪機(jī)械的設(shè)計(jì)方法及葉片中僅確定了軸流式葉輪機(jī)械的流動(dòng)模型和流動(dòng)參數(shù)，沒有發(fā)明型線計(jì)算方法和葉片加厚方式。
發(fā)明內(nèi)容為了克服軸流泵設(shè)計(jì)過程中參考航空翼型設(shè)計(jì)葉輪型線的不足，本發(fā)明中的軸流泵軸流式葉輪進(jìn)出口安放角根據(jù)歐拉方程來確定，也可根據(jù)不同的流動(dòng)規(guī)律對(duì)其進(jìn)行修正。本發(fā)明的技術(shù)方案是-一種軸流泵葉輪葉片的型線計(jì)算及加厚方法，其中1)型線計(jì)算-根據(jù)不同流面上流線的進(jìn)口安放角和出口安放角及圓弧流線的幾何關(guān)系確定出圓弧型線的半徑及，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中及一工作面型線半徑；A—流線進(jìn)口安放角；A—流線出口安放角；^一型線中心角;//—翼型高度；/—弦線長(zhǎng)度2)型線加厚根據(jù)下式翼型的厚度變化規(guī)律，分別對(duì)工作面各條型線從工作面向背面加厚。3/3max=2.1437(x//)3-6.9947(W/)2+4.8445(jc〃)+0.052式中/一弦線長(zhǎng)度；《一翼型厚度；最大翼型厚度，x—翼型吸力面到進(jìn)口邊的距離。本發(fā)明根據(jù)葉片不同流面的進(jìn)口安放角A和出口安放角A，確定翼弦角y^，計(jì)算工作面型線半徑仏并根據(jù)翼型加厚規(guī)律進(jìn)行加厚，是一種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方法，簡(jiǎn)單實(shí)用。設(shè)計(jì)的葉片曲面光滑，該設(shè)計(jì)方法在通過實(shí)踐證明，不僅可以滿足設(shè)計(jì)參數(shù)的要求，且效率高，綜合性能好。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖l是本發(fā)明方法設(shè)計(jì)軸流泵葉輪工作面型線的計(jì)算示意圖。圖2是工作面型線加厚規(guī)律的示意圖。圖3是實(shí)施例中型線及加厚結(jié)果圖。圖中，A、型線進(jìn)、出口角；^一型線曲率角；e—型線中心角；A—翼型拱度；/—弦線長(zhǎng)度；《一翼型厚度；3_—最大翼型厚度；Z—節(jié)距、i一圓弧型線半徑、翼型安放角、x_翼型吸力面到進(jìn)口邊的距離。具體實(shí)施例方式實(shí)施例的軸流式葉輪的比轉(zhuǎn)速為1000、葉輪直徑Z>2=300,n=1450r/min。具體過程可以參照表l，流面一般分57個(gè)，在本實(shí)施中分5個(gè)，是分流面l、2、3、4、5,流面間距相等，如圖1。計(jì)算各流面上流線的進(jìn)口液流角A'，分別為15.37°，18.28°，22.39°，28.06°，36.86°，選擇沖角AA，A^的選用范圍為(0°3°)，確定葉片進(jìn)口角A=A'+AA，分別為16.97°，19.48°，23.19°，28.46°，36.86°。計(jì)算各流線出口液流角^，分別為17.18°,21.11°,27.27°，37.51°，58.54°。考慮有限葉片數(shù)等因素影響，Ay^的選用范圍為(O。3°)，本實(shí)施例中每條流線加沖角確定1°，則葉片出口角/2-A+AA,分別為18.18°，22.11°，28.27°，38.51°，59.54°。選擇不同流線的弦線長(zhǎng)度/,分別4為188.50mm,176.24mm,160.54mm,139.96mm,116.87mm。根據(jù)工作面型線半徑及的計(jì)算式及=~^=^^~^計(jì)算出圓弧形線半徑i，計(jì)算結(jié)果分別為8943mm，3831mm,2sir^2sinf^A)2L2J1811mm，799mm,297mm。根據(jù)工作面的進(jìn)口安放角y^和出口安放角/2和型線半徑畫翼型展開圖，如圖2所示。表1比轉(zhuǎn)速1000的軸流式葉輪計(jì)算過程比轉(zhuǎn)速1000給定初始參數(shù)流量2(L/s)揚(yáng)程)轉(zhuǎn)速n(r/min)輪轂A(mm)葉片數(shù):z葉輪直徑3504.5814501203300項(xiàng)目公式單位流線l流線2流線3流線4流線5截面mm120165210255300節(jié)距mm125.66172.79219.91267.04314.16給定〃r0.930.810.730.660.60弦長(zhǎng)/證116.87139.96■54176.24188.50軸面速度V"11m/s6.01(77v=0.98)排擠系數(shù)0.880.900.920.940.96實(shí)際軸面速度vralm/s6.836.686.576.396.26圓周速度"Z)鼎w=-60m/s9.1112.5315.9419.3622.78水力效率0.900.890.880.870.86圓周分速度V"2"嗎m/s5.484.033.202.672.29修正V"2、2=々:2m/s4.933.833.202.802.52進(jìn)口液流角A36.86°28.06°22.39°18.28°15.37°進(jìn)口沖角△A0a0.4°0.8°1.2°1.6°進(jìn)口安放角^36.86°28.46°23.19°19.48°16.97°出口液流角A58.54°37.51°27.27°21.11°17.18°5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>輪轂處的翼型最大厚度按公式S^=(0.012~0.015)/)2#估算，通常對(duì)于直徑為300的軸流泵模型，葉片外緣側(cè)最大厚度取5mm,輪轂側(cè)最大厚度取14mm,從輪轂到輪緣的厚度按照線性規(guī)律變化。確定葉片從輪緣到輪轂的翼型5、4、3、2、l最大厚度分別為5.2mm,6.9mm,8.6mm'10.3咖，12mm,根據(jù)公式<5/<5,=2.1437(x〃)3-6.9947(;c//)2+4.84450〃)+0.052計(jì)算得到翼型厚度加厚規(guī)律如下表2:表2翼型的厚度變化規(guī)律<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、一種軸流泵葉輪葉片的型線計(jì)算及加厚方法，其特征在于，1)型線計(jì)算根據(jù)不同流面上流線的進(jìn)口安放角和出口安放角及圓弧流線的幾何關(guān)系確定出圓弧型線的半徑R，圓弧型線半徑R的計(jì)算公式為<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mi>R</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>l</mi><mrow><mn>2</mn><mi>sin</mi><mfrac><mi>θ</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mi>l</mi><mrow><mn>2</mn><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><msub><mi>β</mi><mn>2</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>β</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>]]></math>id="icf0001"file="A2009100325600002C1.tif"wi="50"he="16"top="50"left="98"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>式中R-工作面型線半徑；β1-流線進(jìn)口安放角；β2-流線出口安放角；θ-型線中心角；l-弦線長(zhǎng)度；2)型線加厚根據(jù)下式中翼型厚度隨長(zhǎng)度位置不同的變化規(guī)律計(jì)算出翼型厚度，對(duì)工作面各條型線從工作面向背面加厚，δ/δmax＝2.1437(x/l)3-6.9947(x/l)2+4.8445(x/l)+0.052式中l(wèi)-弦線長(zhǎng)度；δ-翼型厚度；δmax-最大翼型厚度，x-翼型吸力面到進(jìn)口邊的距離。全文摘要本發(fā)明是一種主要在高比轉(zhuǎn)數(shù)工況即大流量低揚(yáng)程工況使用的軸流式葉片的型線計(jì)算及翼型厚度加厚方法。其特征是在設(shè)計(jì)軸流式葉輪時(shí)，根據(jù)不同流面的流線進(jìn)出口安放角和圓弧型型線的幾何關(guān)系計(jì)算出葉片工作面流線的型線，然后根據(jù)翼型厚度變化規(guī)律對(duì)葉片工作面不同的流線進(jìn)行加厚。通過實(shí)踐應(yīng)用，用本發(fā)明設(shè)計(jì)的葉輪幾何參數(shù)不僅滿足水泵設(shè)計(jì)工況的揚(yáng)程和流量要求，而且效率高，汽蝕性能好，設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)單，具有一定的推廣價(jià)值。文檔編號(hào)F04D29/38GK101629583SQ200910032560公開日2010年1月20日申請(qǐng)日期2009年6月23日優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日發(fā)明者關(guān)醒凡,張德勝,施衛(wèi)東,曹衛(wèi)東,陸偉剛申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)