专利名称：：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及，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中及一工作面型线半径；A—流线进口安放角；A—流线出口安放角；^一型线中心角;//—翼型高度；/—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。3/3max=2.1437(x//)3-6.9947(W/)2+4.8445(jc〃)+0.052式中/一弦线长度；《一翼型厚度；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A和出口安放角A，确定翼弦角y^，计算工作面型线半径仏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。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图l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，A、型线进、出口角；^一型线曲率角；e—型线中心角；A—翼型拱度；/—弦线长度；《一翼型厚度；3_—最大翼型厚度；Z—节距、i一圆弧型线半径、翼型安放角、x_翼型吸力面到进口边的距离。具体实施例方式实施例的轴流式叶轮的比转速为1000、叶轮直径Z>2=300,n=1450r/min。具体过程可以参照表l，流面一般分57个，在本实施中分5个，是分流面l、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A'，分别为15.37°，18.28°，22.39°，28.06°，36.86°，选择冲角AA，A^的选用范围为(0°3°)，确定叶片进口角A=A'+AA，分别为16.97°，19.48°，23.19°，28.46°，36.86°。计算各流线出口液流角^，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，Ay^的选用范围为(O。3°)，本实施例中每条流线加冲角确定1°，则叶片出口角/2-A+AA,分别为18.18°，22.11°，28.27°，38.51°，59.54°。选择不同流线的弦线长度/,分别4为188.50mm,176.24mm,160.54mm,139.96mm,116.87mm。根据工作面型线半径及的计算式及=~^=^^~^计算出圆弧形线半径i，计算结果分别为8943mm，3831mm,2sir^2sinf^A)2L2J1811mm，799mm,297mm。根据工作面的进口安放角y^和出口安放角/2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比转速1000给定初始参数流量2(L/s)扬程)转速n(r/min)轮毂A(mm)叶片数:z叶轮直径3504.5814501203300项目公式单位流线l流线2流线3流线4流线5截面mm120165210255300节距mm125.66172.79219.91267.04314.16给定〃r0.930.810.730.660.60弦长/證116.87139.96■54176.24188.50轴面速度V"11m/s6.01(77v=0.98)排挤系数0.880.900.920.940.96实际轴面速度vralm/s6.836.686.576.396.26圆周速度"Z)鼎w=-60m/s9.1112.5315.9419.3622.78水力效率0.900.890.880.870.86圆周分速度V"2"吗m/s5.484.033.202.672.29修正V"2、2=々:2m/s4.933.833.202.802.52进口液流角A36.86°28.06°22.39°18.28°15.37°进口冲角△A0a0.4°0.8°1.2°1.6°进口安放角^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>轮毂处的翼型最大厚度按公式S^=(0.012~0.015)/)2#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、l最大厚度分别为5.2mm,6.9mm,8.6mm'10.3咖，12mm,根据公式<5/<5,=2.1437(x〃)3-6.9947(;c//)2+4.84450〃)+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<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求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<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/δmax＝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；δmax-最大翼型厚度，x-翼型吸力面到进口边的距离。全文摘要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。文档编号F04D29/38GK101629583SQ200910032560公开日2010年1月20日申请日期2009年6月23日优先权日2009年6月23日发明者关醒凡,张德胜,施卫东,曹卫东,陆伟刚申请人:江苏大学