[发明专利]一种高比转速轴流泵叶轮的三工况点设计方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种高比转速轴流泵叶轮三工况点设计方法，具体的说，涉及一种适用于满足多个工况点设计要求的高效轴流泵叶轮设计方法。 

背景技术

目前，轴流泵叶轮设计一般均采用单工况点设计方法，其叶轮几何参数的确定和计算都基于设计工况点的性能参数。随着轴流泵比转速的增大，其性能曲线呈现出一个典型的马鞍型变化，轴流泵的扬程曲线先降后升，由此形成不稳定的运行状况。同时，在大流量情况下，轴流泵的扬程、效率曲线均易出现显著降低的现象，性能曲线急速下降，从而导致常规设计的高比转速轴流泵出现水力效率低、高效区窄和稳定运行范围小的特点。在高比转速轴流泵的实际运行过程中，泵机组的实际运行工况点和设计工况点并不重合，其实际运行工况点的流量一般会在小流量工况点和大流量工况点之间变化。因此，对于高比转速的轴流泵而言，为了提高水力性能曲线的高效区宽度，改善叶轮内部流动和运行稳定性，应对其在小流量工况点至大流量工况点之间的性能曲线进行一定的控制和优化。 

先有的专利技术200810235506.5号专利“离心泵叶轮的多工况点设计法”，主要是针对中低比转速离心泵提出的一种多工况设计方法，该方法是通过叶轮外圆直径和宽度两个参数进行多工况设计。专利技术201010520561.6号专利“一种基于CFD的离心泵多工况水力优化方法”是借助于初始的水力模型数据库，通过CFD数值模拟技术的反复迭代和计算，逐步拟合以获得理想性能曲线的方法。201010520494.8号专利“一种基于损失的离心泵多工况水力优化方法”同样是以初始的水力损失公式和外特性试验结果为基础，通过设计软件的反复迭代，最终收敛至理想曲线的方法。现有的专利技术仍然存在以下两个问题：1.现有的有关专利技术均是关于径向叶片结构的离心泵叶轮设计方法，目前还没有适合于高比转速轴流泵叶轮的多工况点设计方法；2.现有技术没有指出以多少个工况点的性能参数作为设计参数最为合适，只是提出了一个大致的范围，而过多或过少的设计参数均容易引起设计过程的失效和设计结果的不准确。 

发明内容

为了克服现有高比转速轴流泵叶轮设计方法的不足，本发明提供了一种新的高比转速轴流泵叶轮三工况点设计方法，使用本发明设计的轴流泵不仅能够满足设计工况点的水力性能要求，还能够对叶轮在小流量工况点和大流量工况点的水力性能进行控制。采用本发明设计的轴流泵叶轮可以对叶轮和径向三个流面的翼型几何参数进行调整，最终达到轴流泵的设计性能曲线与要求的性能曲线基本重合的目的，并有效的增大轴流泵的高效区宽度和稳定运行范围。 

本发明的技术方案是： 

在设计叶轮时，根据轴流泵设计工况点、小流量工况点和大流量工况点下的流量、扬程参数Q_opt、H_opt、Q₁、H₁、Q₂、H₂的要求，来设计相应的轴流泵叶轮几何参数值。其方法是将轴流泵叶轮的几何参数与其设计工况点、小流量工况点和大流量工况点的性能参数联系起来，使得叶轮的几何尺寸参数与上述三个工况点的性能参数之间适合以下几个等式的关系：