[发明专利]一种空间导叶离心泵水力设计方法

说明书

技术领域

本发明属于离心泵水力设计方法领域，具体涉及一种空间导叶离心泵水力设计方法，主要用于快速有效的对离心泵空间导叶进行水力设计，加快产品开发周期，降低开发成本；同时通过优化空间导叶过流面积和叶片安放角，降低空间导叶内的水力损失，进一步提升水力模型的效率，达到节能要求。

背景技术

空间导叶，位于叶轮之后，和叶轮一起构成离心泵的过流部件。空间导叶在深井离心泵和导叶式混流泵中应用非常广泛。空间导叶的主要作用是将叶轮出口的液体收集起来，并输送到出口或下一级叶轮吸入口；降低液流速度，将速度能转换为压能；尽可能地消除液流的速度环量。因此，空间导叶是一个重要的速度能转换装置，其设计的好坏对泵性能有着重大影响，有资料表明导叶内的水力损失约占泵内水力损失的40％～50％。现有针对空间导叶的水力设计方法较为传统，主要根据经验对空间导叶进行绘型，无法快速有效的对叶片的轴面形状以及叶片型线的安放角进行控制。目前，针对空间导叶水力设计方法的研究主要集中在：1)严敬在其论文《空间导叶设计新方法》中提出的基于空间势流理论的空间导叶二元设计理论和王士贝等在其论文《空间导叶的计算机辅助设计》中基于一元流动理论对空间导叶进行计算机辅助设计；上述方法有效地得到空间导叶的基本几何参数，但是设计人员很难对叶片轴面形状和叶片安放角进行快速调整；2)关于空间导叶设计公开的专利主要包括“一种具有副叶片的空间导叶”(专利号：CN 201310561778.5)、“一种具有吸力面副叶片的空间导叶体”(专利号：CN 201310002529.2)和“一种轴向空间导叶”(专利号：CN 201320091134.X)等，以上专利大都给出了空间导叶的结构改进，但是没有给出关于空间导叶的设计方法。

针对上述存在的问题，本专利采用贝塞尔曲线算法对空间导叶叶片轴面形状以及叶片型线安放角分布线进行控制，设计人员通过调整控制点对叶片轴面形状以及叶片型线进行控制，进而实现对流道过流面积的控制，以达到稳定叶轮内的流体流动状态和提升效率的目的。因此，该方法具有重要的学术和工程应用价值。

经检索，至今尚未见关于该方法的文献和申报专利。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，已有空间导叶设计方法存在以下几类缺点：1)过分依赖设计人员的经验以及相关经验系数的选取，导致产品开发周期过长，成本较高；2)无法快速有效的对叶片轴面形状及叶片型线安放角进行控制，导致空间导叶流道内水力损失较大，效率较低。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种空间导叶离心泵水力设计方法，其中叶轮水力结构包括前盖板、叶片和后盖板，包括如下步骤：1)根据给定的叶轮几何参数以及流量、扬程和转速值，基于二元流动理论求解空间导叶轴面水力设计参数，所述的空间导叶水力设计参数包括：导叶上盖板轴面流线进口直径D_3s,导叶中间轴面流线进口直径D_3m,导叶下盖板轴面流线进口直径D_3h,导叶上盖板轴面流线出口直径D_4s,导叶中间轴面流线出口直径D_4m,导叶下盖板轴面流线出口直径D_4h,稍大于叶轮出口边前盖板的位置Z₁,稍大于叶轮出口边后盖板的位置Z₂,前盖板导叶轴向长度L₁,后盖板导叶轴向长度L₂,导叶进口安放角α₃,导叶出口安放角α₄,叶片包角φ的计算方法，导叶轴面形状和叶片型线贝塞尔曲线控制算法；基于该方法对空间导叶进行水力优化设计；2)采用三次贝塞尔曲线方程对空间导叶的上盖板轴面流线和下盖板轴面流线加以控制，并基于导叶轴面过流面积变化规律对轴面流线进行调整；3)采用四次贝塞尔曲线方程对空间导叶的叶片型线安放角分布规律进行控制；4)根据上述步骤1)—3)中所得到的数据作为离心泵空间导叶的尺寸参数，制作符合设计要求的离心泵空间导叶。

所述的步骤1)基于二元流动理论求解空间导叶轴面水力设计参数；对于给定的叶轮几何参数包括：给定叶轮出口直径D₂；给定叶轮出口宽度b₂，给定叶轮进口直径D₁；给定叶轮轮毂直径D_h；给定的叶轮的角速度ω；以及流量、扬程和转速值，空间导叶轴面水力设计参数的计算方法如下：

1.1导叶进口直径D_3s、D_3m、D_3h