专利名称：厚叶片离心叶轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及离心式流体机械的叶轮，尤其是厚叶片离心叶轮。
在现有技术领域中，离心泵、离心式压缩机及离心式鼓风机等离心式流体机械，其叶轮效率较低，其原因是首先从附在旋转叶轮上的相对坐标上观察，流经叶轮流道内的流场是强烈有旋的;其次是由于常规设计的叶片较薄，叶片间的流道从进口处开始在大部流道区域内都是扩张的，因此叶片压力面一侧必然会出现大片的流动分离区或回流区，这些流动区域消耗了许多能量，它是叶轮效率低的关键所在。以离心水泵为例，叶轮效率一般不超过80%，从而使泵整体效率难以超过70%。
为了克服现有技术领域中的不足，提高叶轮效率，现设计出一种厚叶片离心叶轮，特出本发明。
为了说明本设计的方法，首先提出堵塞函数的概念，如图1所示，堵塞函数K(r)定义如下K(r)= (l(r)·m)/((r-r1)·2π) (1)式中l(r)-叶片在不同半径r处的周向宽度;
m-叶片数;
r1-叶片前缘处的极座标半径。
流道在半径r处的周向宽度S(r)定义为S(r)＝ (2πr)/(m) -l(r)(2)
所以堵塞函数也可表示为K(r)= (2πr-s(r)m)/(2πr-2πr1) (3)若K(r)恒为1，则由(3)式可看出S(r)≡r1(2π)/(m) (4)即流道的周向宽度不变，也就是说流道不会是扩张形的。
而传统的离心叶轮设计的出发点是叶片的厚度与流道宽度相比很小，即l(r)远小于S(r)，由(2)式得出S(r)≈ (2πr)/(m) (5)再由(3)式得出K(r)≈0 (6)从(5)式看出，传统离心叶轮的流道基本上是随半径增大而呈扩张形的。
本发明的厚叶片离心叶轮，至少由二片以上的叶片组成，叶轮上的叶片厚度增加到使堵塞函数K(r)在 r1≤r≤0.8(r2-r1)+r1(7)的范围内为 K(r)≥min[1, (r)/(2(r-r1)) ] (8)在作以上定义时，要求r2/r1＞1.7 (9)(8)式中min的含义为取最小值。r2-叶片后缘处极座标半径。
在流道的前半段即满足 r,≤r≤rm(10)时，适当选取K(r)使流道不为扩张形状。比如对常用的后弯形叶轮，只要让K(r)＝1时就可以保证这一点。式中rm＝0.5(r1+r2)
图1、厚叶片离心叶轮中叶片的设计原理图;
图2、流体机械离心叶轮的轴面投影图。
本发明的叶轮设计步骤(如图1所示)(1)用常规的设计方法确定r1、r2及叶轮流道轴向高度变化规律，并要求r2/r1＞1.7。
(2)确定叶轮堵塞函数K(r)，一般可用下式确定
式中K2＝K(r2)为出口处的堵塞函数，选取时一般要求其足够大以保证由(7)、(8)式所表示的条件得到满足，但K2不宜大于1。
(3)有了堵塞函数，加上选定的流道轴向高度及设计流量，设计扬程或出口能量头，就可得出进出口的相对速度三角形和相对流动角β1和β2。
(4)由相对流动角β1和β2，用常规的设计方法得出叶型参考线AB，使A、B两点的切线大致等于β1、β2。
(5)定义吸力面AE与设计叶型参考线AB在不同半径处的周向距离为吸力面增厚量△l(r)，它是r的函数，一般可取△l(r)= (r·l2(r-r1))/(2r2(r2-r1))式中l2-半径为r2处叶片周向宽度，即l2＝K2(r2-r1) (2π)/(m)
从而由设计叶型参考线AB为基准得出吸力面型线AE。
(6)不同半径处的叶片周向宽度l(r)＝K(r)(r-r1) (2π)/(m)由此可以由吸力面型线
为基准，得出压力面型线
(7)由于
在F点以及
在A点均为折线，必须在F及A点处作为适当光滑，即可得出最后叶片型线。
上述设计方法中的叶型是用极座标描述的二维几何形状。对因轴向进水(或进气)等原因而造成的非二维叶型的离心叶轮而言，如图2所示，本设计方法中的叶型是指轴面设计流线
旋成面上的叶型在以转轴中心线
为中心的极座标平面上的投影。同理，本设计方法中提及的叶片前缘处半径r1，一般是指任一轴面设计流线旋成面上的叶片前缘处A点的极座标半径值。但当该轴面设计流线在叶片前缘A点处与转轴中心线
的轴面夹角γ1小于45°时，则把该轴设计流线与转轴中心线
的轴面夹角γ等于45°处的极座标半径定义为r1，在这种情况下，本设计只用于半径≥r1的叶型部份。
本发明与现有技术领域中的离心式流体机械的叶轮相比，其优点如下(1)效率高。由于流道在前半段基本上是不扩张的，后半段减少了扩张量，可以减少和消除叶片压力面附近的流动分离区和回流区，从而减少能量的内部消耗，使效率明显提高，叶轮的设计效率可达90%以上。
(2)由于叶轮的叶片从前缘开始迅速增厚，以及流道在入口处无扩张，并有收敛段。叶轮对进口处由于流量改变而造成的速度三角区的变化较为适应，所以在偏离设计点时仍能维持较宽广的高效工作区。
(3)对水泵来说汽蚀状况得到改善。由于本设计通过加厚叶片，而不是通过减少r2/r1的比值来降低流道的扩张，所以可以在维持由设计扬程决定的r2时，适当减少r1，使叶片前缘工作在较低的周向速度环境中，这将有利于汽蚀的改善。
权利要求
1.一种厚叶片离心叶轮，至少由二片以上的叶片组成，本发明的特征是使叶片厚度增加到使不同半径的堵塞函数K(r)必须在r1≤r≤0.8(r2-r1)+r1的半径范围内为K(r)≥min[1，r/2(r-r1)]，并要求r2/r1＞1.7，流道的前半段应满足r1≤r≤rm，选取K(r)使流道不为扩张形状，流道在不同半径r处的周向宽度S(r)=2πr/m-l(r)，叶片在不同半径r处的周向宽度l(r)=K(r)·2π(r-r1)/m，式中r1-叶片前缘处的极座标半径，r2-叶片后缘处的极座标半径，m-叶片数，rm-为r1、r2的平均半径。
2.根据权利要求1所述的厚叶片离心叶轮，其特征是对非二维叶型的离心叶轮，其叶型是指轴面设计流线
旋成面上的叶型在以转轴中心线
为中心的极座标平面上的投影，叶片前缘处半径r1是指某一轴面设计流线旋成面上的叶片前缘A点处的极座标半径值。
3.根据权利要求1或2所述的厚叶片离心叶轮，其特征是当轴面设计流线
在叶片前缘A点处与转轴中心线
的轴面夹角γ1小于45°时，则把该轴设计流线
与转轴中心线
的轴面夹角γ等于45°处的极座标半径定义为r1，且只用于半径r≥r1的叶型部份。
全文摘要
一种厚叶片离心叶轮，至少由二片以上的叶片组成，叶片厚度增加到使不同半径r处的堵塞函数K(r)必须在r
文档编号F04D29/30GK1061080SQ9010879
公开日1992年5月13日 申请日期1990年10月27日 优先权日1990年10月27日
发明者泮华辰, 盛敬超 申请人:浙江大学