一种径向出水大型混流泵叶轮设计方法的公开与解析
wujiai
|主分类号：/17
分类编号：/17；/28；/00；/18；/08；/14
优先事项：
专利状态代码：有效-授权
法律状态：2023.02.07#授权；2019.11.05#实审生效；2019.10.11#公开
摘要：本发明公开了一种径向出水量大混流泵叶轮的设计方法，包括以下步骤：1）确定叶轮基本几何尺寸；2）初步确定叶轮进出口三角形关系；3）利用计算流体力学分析软件对叶轮进行流场分析，得到流量、扬程、效率之间的关系；4）调整叶轮进出口放置角度；5）建立叶轮与蜗壳的三维模型；6）利用计算流体力学分析软件进行联合分析；7）调整叶轮进出口放置角度，使之与蜗壳相匹配；8）得到不同的角度组合；9）利用计算流体力学分析软件进行联合分析；10）得到最终的叶轮几何参数。本发明设计原理简单，计算方便快捷，可以提高设计效率，使得设计的混流泵叶轮的运行效率提高，节约成本。
主权标题：1.一种径向排放大型混流泵叶轮的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1.确定叶轮的基本几何尺寸；2.初步确定叶轮进出口三角形之间的关系；3.利用计算流体力学分析软件对叶轮进行流场分析，得到流量、扬程与效率之间的关系；4.调整叶轮进出口放置角度；5.建立叶轮与蜗壳的三维模型；6.利用计算流体力学分析软件进行联合分析；7.调整叶轮进出口放置角度，使之与蜗壳相匹配；8.得到不同的角度组合；9.利用计算流体力学分析软件进行联合分析；10.得到最终的叶轮几何参数； 步骤2，首先计算水流绝对速度V1与圆周速度U1，得到叶轮入口速度的三角关系： 其中W1为相对速度，β1为入口放置角，D1为叶轮入口直径，n为叶轮转速。然后计算出口绝对速度V2与轴向分速度Vm2，得到叶轮出口速度的三角关系：vm2＝u2-β2 其中Vu2为圆周分速度，U2为出口圆周速度，β2为出口放置角。
全文数据：一种径向出水大型混流泵叶轮设计方法。技术领域本发明涉及一种混流泵叶轮设计方法，特别涉及一种径向出水大型混流泵叶轮设计方法。背景技术目前，大型混流泵主要用于输送大流量、低扬程的介质。叶轮设计方法有相似变换法、转速系数法等。其中相似变换法要求模型优良，由于混流泵应用条件不同，相似设计时很难找到合适、高效的叶轮模型。转速系数法设计叶轮，根据经验公式确定叶片进出口角，通过保角变换设计很难得到准确的叶片进出口角和叶片型线，叶轮效率不高。 发明内容本发明的目的是提供一种能够提高叶轮效率的径向出水大型混流泵叶轮设计方法。本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种径向出水大型混流泵叶轮设计方法，该方法包括以下步骤：1)确定叶轮的基本几何尺寸；2)初步确定叶轮进出口三角形之间的关系；3)利用计算流体力学分析软件对叶轮进行流动分析，得到流量、扬程和效率之间的关系；4)调整叶轮进出口放置角；5)建立叶轮与蜗壳的三维模型；6)利用计算流体力学分析软件进行联合分析；7)调整叶轮进出口放置角，使之与蜗壳相匹配；8)得到不同的角度组合；9)利用计算流体力学分析软件进行联合分析；10)得到最终的叶轮几何参数。
其中，在步骤1）中，由叶轮外形尺寸确定输入流量、扬程、速度参数，根据速度系数法计算叶轮进出口基本尺寸，校核流道截面积的变化规律。其中，在步骤2）中，先计算水流绝对速度V1与圆周速度U1，得到叶轮入口速度的三角关系： 其中，W1为相对速度，β1为入口放置角，D1为叶轮入口直径，n为叶轮转速。再计算出口绝对速度V2与轴向表面分速度Vm2，得到叶轮出口速度的三角关系： 其中，Vu2为圆周分速度，U2为出口圆周速度，β2为出口放置角。 其中，在步骤4)中，根据叶轮进出口速度的三角关系，调整计算叶片进出口缘的放置角β1、β2，得到不同工况下叶片不同轴向流线上的进出口缘放置角组合，得到动扬程Hd较小的叶轮设计参数。进一步地，在步骤7)-10)中，具体方法为：1)根据前6步的分析数据，调整叶轮叶片各轴向流线�**沧敖铅�2的大小，使得叶片出口水速变化方向与蜗壳型线方向一致；2)利用计算流体力学分析软件，对各工况点的流量、扬程、效率进行分析，再次调整叶片进出口安装角，使混流泵在该工况点的效率获得最优值； 3)对工况区域内不同流动过程和扬程点进行计算分析，调整不同流量和工况区域扬程点处的高效点安装角度；4)对以上计算得到的安装角度组合进行总结分析，在满足给定混流泵设计参数的条件下，优化叶轮进出口角度参数，对叶轮进行三维重新建模，并结合蜗壳进行计算流体力学分析，得到工况区域内流量和扬程变化平稳，高效区域较宽的叶轮设计参数。
本发明由于采用了上述技术方案，具有设计原理简单、计算方便快捷的优点，能够提高设计效率，使得所设计的混流泵叶轮的运行效率提高，节约成本。 附图说明 本发明的附图说明如下： 图1为本发明所采用的叶轮入口速度三角关系示意图； 图2为本发明调整后的叶轮出口速度三角关系示意图； 图3为本发明调整后的叶片各流线入口、出口角度示意图； 图4为本发明匹配后的叶片、叶轮、蜗壳结构示意图。 具体实施方式 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何对本实施方式基本精神的改进或替换，均落入本发明权利要求要求的保护范围内。 实施例1：一种径向排放大型混流泵叶轮的设计方法，包括以下步骤：1）确定叶轮的基本几何尺寸；2）初步确定叶轮进出口三角形之间的关系；3）利用计算流体力学分析软件对叶轮进行流动分析，得到流量、扬程、效率之间的关系；4）调整叶轮进出口放置角度；5）建立叶轮4和蜗壳5的三维模型；6）利用计算流体力学分析软件进行联合分析；7）调整叶轮进出口放置角度，使之与蜗壳相匹配；8）得到不同的角度组合；9）利用计算流体力学分析软件进行联合分析；10）得到最终的叶轮几何参数。 在步骤1)中，由叶轮外形尺寸确定输入流量、扬程及速度参数，根据速度系数法计算叶轮进出口基本尺寸，验证流道过水截面积的变化规律。
进一步的，如图1所示，在步骤2）中，先计算水流绝对速度V1与圆周速度U1，得到叶轮入口速度的三角关系： 其中，W1为相对速度 β1为入口放置角 D1为叶轮入口直径 n为叶轮转速 如图2所示，再计算出口绝对速度V2与轴向表面速度Vm2，得到叶轮出口速度的三角关系： 其中，Vu2为圆周速度 U2为出口圆周速度 β2为出口放置角。 如图3所示，在步骤4)中，根据叶轮4进出速度的三角关系，调整计算叶片6进出边的放置角β1、β2，得到不同工况下进出边2、3在叶片6不同轴向流线1上的放置角组合，得到动扬程Hd最小的叶轮设计参数。如图4所示，进一步地，在步骤7)-10)中，具体方法为：1)根据前6步的分析数据，调整叶轮叶片各轴向流线1上的放置角β2的大小，使叶片6水流速度的变化方向与蜗壳型线方向相匹配； 2)利用计算流体力学分析软件对各工况点的流量、扬程、效率进行分析，再次调整叶片6的进出口放置角度，使混流泵在该工况点的效率达到最优；3)对工况区域内不同的流动过程和扬程点进行计算分析，调整工况区域内不同流量和扬程点下高效点的放置角度；4)对以上计算得到的放置角度组合进行总结分析，在满足给定混流泵设计参数的条件下，优化叶轮进出口角度参数，对叶轮重新进行三维建模，并结合蜗壳进行计算流体力学分析，得到工况区域内流量、扬程变化平稳，高效区较宽的叶轮设计参数。
权利要求书：1.一种径向出水大型混流泵叶轮设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)确定叶轮基本几何尺寸；2)初步确定叶轮进出口三角形关系；3)利用计算流体力学分析软件对叶轮进行流场分析，得到流量、扬程、效率之间的关系；4)调整叶轮进出口放置角度；5)建立叶轮与蜗壳的三维模型；6)利用计算流体力学分析软件进行联合分析；7)调整叶轮进出口放置角度，使之与蜗壳相匹配；8)得到不同的角度组合；9)利用计算流体力学分析软件进行联合分析；10)得到最终的叶轮几何参数。 2.根据权利要求1所述的大型径向出水混流泵叶轮设计方法，其特征在于：在步骤1)中，由叶轮外形尺寸确定输入流量、扬程、转速参数，根据速度系数法计算叶轮进出口基本尺寸，并验证流道过水截面积的变化规律。 3.根据权利要求2所述的大型径向出水混流泵叶轮设计方法，其特征在于，所述步骤2)中，首先计算水流绝对速度V1与圆周速度U1，得到叶轮入口速度的三角关系： 其中W1为相对速度 β1为入口放置角 D1为叶轮入口直径 n为叶轮转速 然后计算出口绝对速度V2与轴向表面分速度Vm2，得到叶轮出口速度的三角关系： 其中Vu2为圆周分速度 U2为出口圆周速度 β2为出口放置角。 4.如权利要求3所述的径向出水大型混流泵叶轮设计方法，其特征在于：所述步骤4)中，根据叶轮进出口速度的三角关系，调整计算叶片进出口缘放置角β1、β2，得到不同工况下叶片不同轴向流线上进出口缘放置角的组合，得到动扬程Hd最小的叶轮设计参数。5.如权利要求4所述的径向出水大型混流泵叶轮设计方法，其特征在于步骤7)-10)中具体方法如下：1)根据前六步分析数据，调整叶轮叶片各轴向流线上放置角β2的大小，使叶片出口水速变化方向与蜗壳型线方向相匹配； 2)通过计算流体力学分析软件对各工况点的流量、扬程、效率进行分析，再次调整叶片进出口放置角度，得到该工况点处混流泵效率的最优值；3)对运行工况区内不同流动过程和扬程点进行计算分析，调整得到运行工况区内不同流量和扬程点处效率点的放置角度；4)将以上计算得到的放置角度进行综合分析，在满足给定的混流泵设计参数的条件下重庆水轮机厂，优化叶轮进出口角度参数，对叶轮重新进行三维建模，并结合蜗壳进行计算流体力学分析，得到运行工况区内流量、扬程变化平稳、高效区较宽的叶轮设计参数。
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