一种斜流泵叶轮水力设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种斜流累的主要零件的设计方法，特别设及一种斜流累叶轮水力设 计方法。该斜流累叶轮适用于水力效率高和稳定性能好的农业排灌、市政给排水、火电、核 电、石油化工企业等用于循环供水、工艺供水和区域性调水等领域。
【背景技术】
[0002] 斜流累又叫做导叶式混流累，具有占地面积少、外径小、易启动W及效率高等特 性，是一种性能和结构介于离屯、累和轴流累之间的水累，补偿了两者的缺点同时具有两者 的优点。斜流累的比转数在290?590,目前其应用范围也开始逐渐向其他累类产品的领域 拓展。
[0003] 斜流累主要适用于农业排灌、市政给排水、火电、核电、石油化工企业等用于循环 供水、工艺供水和区域性调水等领域，因此，斜流累叶轮的水力设计就关系到斜流累的性 能。斜流累主要由累壳、叶轮、导叶、电机等部件组成，而叶轮是斜流累最核屯、的水力部件， 也是唯一的动元件，叶轮的几何参数对斜流累性能影响很大，因此叶轮对斜流累的水力效 率和水力性能具有重要影响。
[0004] 现有技术的斜流累叶轮的水力设计方法没有给出系统的设计方法，很大程度上仍 主要依赖于经验公式，可操作性不强，在实际设计中仍然过分依赖工程技术人员的经验。很 难满足斜流累的水力效率高和稳定性能好的要求，而且很难做到计算机编程应用和计算机 辅助设计。如今斜流累是流体机械中的一个热口领域，仅仅依靠改造叶轮形状有时不能满 足提高其稳定性和水力效率的要求，需要对斜流累叶轮的水力设计方法做进一步完善。 [00化]专利号为201410091278. 4号的中国发明专利中公开了一种"混流式双吸累叶轮 水力设计方法"，该种设计方法只给出了叶轮进口直径Dj.、叶轮出口直径〇2、叶片出口宽度b2 =个参数的具体实施办法，其他参数还是依赖工程技术人员的经验，没有给出系统的、精确 的设计方法，而且很难做到计算机编程应用和计算机辅助设计。专利号为200910072255. 8 号的中国发明专利公开了一种"混流累叶轮"，在该发明专利中，发明人给出了混流累叶轮 的结构设计方法，此设计方法不仅增强了混流累叶轮的刚强度和可靠性，还确保了机组稳 定安全的运行。但是此专利并没有设及混流累叶轮的水力设计，更没有给出具体参数的设 计。专利号为201110266687. X号的中国发明专利公开了一种"一种斜流累叶轮切割性能 设计方法"，发明人在该专利中采用叶片斜切或与出口平行切割的方式，建立了叶轮出口直 径、叶轮比转数与水累性能的关系式。该种设计方法不仅使斜流累叶轮标准化和系统化，还 满足水利和市政工程对斜流累多参数工况的要求。但是，发明人在该专利中也没有给出斜 流累叶轮的基本参数的系统的、精确的设计方法，很大程度上还是依赖原来的相似设计法 和速度系数法。
[0006] 针对上述存在的缺陷，本发明人发明了 "一种斜流累叶轮水力设计方法"，不仅给 出了斜流累叶轮参数系统的、精确的设计方法，还解决了斜流累性能失稳的问题，增强了斜 流累的可靠性，提高斜流累的水力效率，延长累的使用寿命和维修周期，最重要的是有助于 计算机编程应用和计算机辅助设计，能很大程度上取代斜流累原来的相似设计法和速度系 数法。
[0007] 发明目的
[000引随着我国经济的快速发展和全球能源的日益减少，如何节约能源已成为人们越来 越关注的问题。目前国内对于累类产品的需求量很大，每年发电量的20%?25%都会消耗 在累类产品上。如何实现斜流累在保证水利效率高的同时，进一步拓宽高效区，并能稳定运 行，已经成为当前斜流累发展的紧迫问题。现有设计方法，理论设计与实际模型出入较大， 很难达到预想效果。本发明的目的在于避免斜流累性能失稳，增强斜流累的可靠性，提高斜 流累水力效率，增长累的寿命和维修周期，W减少检修人员的工作量。还有助于计算机编程 应用和计算机辅助设计，能很大程度上取代斜流累原来相似设计法和速度系数法，而且计 算更精确，使理论设计与实际模型更符合。
【发明内容】
[0009] 为了解决上述问题，本发明提供了一种斜流累叶轮水力设计方法。通过改善叶轮 的几个重要参数的设计方法，改善流动情况，提高斜流累水力效率和稳定性能。
[0010] 实现上述目的所采用的技术方案是：
[0011] (1)叶轮出口直径化
[0012]
【主权项】
1. 一种斜流泵的叶轮水力设计方法，提供叶轮的主要几何参数，包括斜流泵叶轮出口 与水平夹角α、叶片每点真实厚度δ、叶片包角心叶轮后盖板进口圆角半径R ts、叶轮叶片 数ζ、叶轮出口直径D2、叶片出口宽度b2、叶轮进口当量直径D tl、叶轮出口直径系数Md2、叶片 出口宽度系数Mb2、叶轮进口当量直径系数M dci、叶轮前盖板叶片进口处与前盖板出口的距离 Ze、进口边距前盖板曲线开始端距离gl、叶轮前盖板进口圆角半径Rdb、叶轮圆螺母半径R a、 叶轮圆螺母高度Rb、叶片安放角β、叶片进口安放角P1、叶片出口安放角β 2、滑移系数P、 叶片进口轴面速度Vml、叶片出口轴面速度vm2、叶片出口圆周速度U 2、水力效率n h等，其特 征在于：叶轮几何参数与泵设计工况点性能参数之间适合以下关系：
式中： α-斜流泵叶轮出口与水平夹角，度； D2-叶轮出口直径，米； b2_叶片出口宽度，米； η-设计工况的转速，转/分； ns_比转数； H-设计工况扬程，米； g-重力加速度，米/秒2; δ-叶片每点真实厚度，米； Sk-叶片名义厚度修正值，米； Ms-叶片厚度系数； L-叶片长度，米； Z-叶轮叶片数； -叶片包角，度。
2. 叶轮后盖板进口圆角半径Rts的设计公式：
式中： Rts-叶轮后盖板进口圆角半径，米； Rdb-叶轮前盖板进口圆角半径，米； Dtl-叶轮进口当量直径，米； Mkts-叶轮后盖板进口圆角半径系数； Ra-叶轮圆螺母半径，米。
3. 根据权利（1)要求，叶轮叶片数z设计公式：
式中： -叶片进口安放角，度； β2-叶片出口安放角，度； Dj-叶轮进口直径
，其中dh为轮毂直径；对于单级斜流泵d h= 0。
4. 根据权利（1)要求，叶轮出口直径D2、叶片出口宽度匕、叶轮出口直径系数Md2、叶片 出口宽度系数M b2设计公式：
式中： D2tl-叶轮最小出口直径，米； D2h-叶轮最大出口直径，米； Md2-叶轮出口直径系数； Mb2-叶片出口宽度系数。
5. 叶轮前盖板叶片进口处与前盖板出口的距离Ze、进口边距前盖板曲线开始端距离gi 的设计公式：
式中： Ze-叶轮前盖板叶片进口处与前盖板出口的距离，米； gl-进口边距前盖板曲线开始端距离，米； Mkdb-叶轮前盖板进口圆角半径系数。
6. 根据权利（2)要求，叶轮进口当量直径D ^、叶轮进口当量直径系数Mdci、叶轮前盖板进 口圆角半径Rdb、叶轮圆螺母半径R a、叶轮圆螺母高度Rb的设计公式：
式中： Mdci-叶轮进口当量直径系数。 Rb-叶轮圆螺母高度，米。
7. 叶片安放角β的设计公式：
式中： β-叶片安放角，度； -叶片进口安放角，度； β2-叶片出口安放角，度。
8. 根据权利（3)要求，叶片进口安放角β i、叶片出口安放角02设计公式：
式中： P-滑移系数； Vml_叶片进口轴面速度，米/秒； Vmf叶片出口轴面速度，米/秒； U2-叶轮出口圆周速度，米/秒； n h-水力效率。
9. 根据权利（8)要求，滑移系数P设计公式：
10. 根据权利（8)要求，叶片进口轴面速度Vml、叶片出口轴面速度Vm2、叶片出口圆周速 度U 2、水力效率nh设计公式：
【专利摘要】本发明涉及一种斜流泵叶轮水力设计方法。它给出了叶轮主要几何参数的设计公式，包括斜流泵叶轮出口与水平夹角α、叶片每点真实厚度δ、叶片包角叶轮后盖板进口圆角半径RTS、叶轮叶片数z、叶轮出口直径D2、叶片出口宽度b2、叶轮进口当量直径D0、叶轮前盖板叶片进口处与前盖板出口的距离ZE、进口边距前盖板曲线开始端距离g1、叶轮前盖板进口圆角半径RDB、叶轮圆螺母半径Ra、叶轮圆螺母高度Rb、叶片安放角β、叶片进口安放角β1、叶片出口安放角β2、滑移系数ρ、水力效率ηh等。采用本发明设计的斜流泵的叶轮不仅提高了叶轮的水力效率和斜流泵的稳定性能。而且有助于计算机编程，能很大程度上取代斜流泵原来相似设计法和速度系数法。
【IPC分类】F04D29-18
【公开号】CN104533829
【申请号】CN201410711980
【发明人】付强, 张本营, 朱荣生, 王秀礼, 王学吉, 刘永, 张帆
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月26日