[发明专利]一种喷水推进泵叶轮的设计方法

权利要求书

1.一种喷水推进泵叶轮的设计方法，所述叶轮(1)采用轴流式结构，其特征在于，所述叶轮(1)采用流线法的水力设计方法，所述采用流线法的水力设计方法的步骤如下：

确定所述叶轮(1)的设计目标参数：流量Q、扬程H、转速n、机械效率η_m、容积效率η_V、总功率P、轮毂形状及尺寸、叶顶入流角β_o1、叶顶处叶片宽度b_o、叶中处叶片宽度b_c、叶根处叶片宽度b_h；

依据流量相似公式确定所述叶轮(1)的直径D，计算公式为：

D=9.75×QK]]>

其中，Q的单位为m³/s，D的单位为m，K＝nD；

确定所述叶轮(1)的叶顶进口圆周速度U_o1，计算公式为：

Uo1=πndo160]]>

其中，d_o1为所述叶轮(1)的进口叶顶直径，d_o1＝D；

确定所述叶轮(1)的理论轴向速度C_m1，计算公式为：

Cm1=tanβo1·Uo1=tanβo1·πndo160;]]>

确定所述叶轮(1)的叶中进口圆周速度U_c1，计算公式为：

Uc1=πndc160]]>

其中，d_c1为所述叶轮(1)的进口叶中直径，d_c1＝(d_o1+d_h1)/2，d_h1为所述叶轮(1)的进口叶根直径，d_h1＝0.27*d_o1；

确定所述叶轮(1)的叶中处入流角β_c1，计算公式为：

βc1=arctan(Cm1Uc1);]]>

确定所述叶轮(1)的叶根进口圆周速度U_h1，计算公式为：

Uh1=πndh160;]]>

确定所述叶轮(1)的叶根处入流角β_h1，计算公式为：

βh1=arctan(Cm1Uh1);]]>

确定所述叶轮(1)的理论流量Q₁，计算公式为：

Q1=π4((do1)2-(dh1)2)·Cm1;]]>

确定所述叶轮(1)的叶顶处轴面速度C_m2o；

Cm2o=4Q1π((do2)2-(dh2)2)]]>

其中，d_o2为所述叶轮(1)的出口叶顶直径，d_o2＝D，d_h2为所述叶轮(1)的出口叶根直径，d_h2＝0.6*d_o2；

确定所述叶轮(1)的比转速n_s，计算公式为：

ns=3.65·nQH3/4;]]>

确定喷水推进泵的总效率η_pump，计算公式为：

ηpump=0.95-0.05Q/Qref3-0.125[log(ns34.85)]2]]>

其中，相对流量Q_ref＝1m³/s；

确定所述叶轮(1)的水力效率η_h，计算公式为：

ηh=ηpumpηm·ηV;]]>

确定所述叶轮(1)的叶顶出口圆周速度U_2o，计算公式为：

U2o=πndo260;]]>

确定所述叶轮(1)的叶顶圆周分量C_u2o；

Cu2o=gHηh·U2o;]]>

确定所述叶轮(1)的叶顶处出口角β_o2，计算公式为：

βo2=arctan(Cm2oU2o-Cu2o);]]>

确定所述叶轮(1)的叶中处出口角β_c2，计算公式为：

βc2=arctan(do2·tan(βo2)dc2)]]>

其中，d_c2为所述叶轮(1)的出口叶中直径，d_c2＝(d_o2+d_h2)/2；

确定所述叶轮(1)的叶根处出口角β_h2，计算公式为：

βh2=arctan(do2·tan(βo2)dh2);]]>

根据所述轮毂形状、所述叶顶处叶片宽度b_o、所述叶中处叶片宽度b_c、所述叶根处叶片宽度b_h、所述进口叶顶直径d_o1、所述进口叶中直径d_c1、所述进口叶根直径d_h1、所述出口叶顶直径d_o2、所述出口叶中直径d_c2、所述出口叶根直径d_h2，分别画出叶顶处方格图、叶中处方格图和叶根处方格图；

根据所述叶顶入流角β_o1、所述叶中处入流角β_c1、所述叶根处入流角β_h1、所述叶顶处出口角β_o2、所述叶中处出口角β_c2、所述叶根处出口角β_h2、以及所述叶顶处叶片宽度b_o、所述叶中处叶片宽度b_c、所述叶根处叶片宽度b_h，分别在所述叶顶处方格图、所述叶中处方格图和所述叶根处方格图上画出工作面型线，对应得到叶顶处叶片的工作面型线图、叶中处叶片的工作面型线图和叶根处叶片的工作面型线图；

根据叶片数Z与比转速n_s的关系，确定所述叶轮(1)的叶片数Z；

根据转速n、叶片数Z、叶轮直径D及总功率P，确定叶片叶根处最大厚度Tmax；

根据叶片叶根处最大厚度Tmax，在所述叶顶处叶片的工作面型线图、所述叶中处叶片的工作面型线图和所述叶根处叶片的工作面型线图上分别画出叶片的背面型线，对应得到叶顶处叶片的双面型线图、叶中处叶片的双面型线图和叶根处叶片的双面型线图；

将所述叶顶处叶片的双面型线图、所述叶中处叶片的双面型线图和所述叶根处叶片的双面型线图分别在各自的叶片前缘和尾缘处作圆弧处理，对应得到叶顶处叶片的型线图、叶中处叶片的型线图和叶根处叶片的型线图；

根据所述叶顶处叶片的型线图、所述叶中处叶片的型线图和所述叶根处叶片的型线图，画出单个叶片的三维图；

根据所述轮毂形状及尺寸，采用绕轴线旋转方法，得到轮毂的三维图；

将所述单个叶片的三维图与所述轮毂的三维图按照空间对应关系合并，得到单叶片的叶轮三维图；

在所述单叶片的叶轮三维图上补全其它叶片，从而得到完整的叶轮三维图，设计完成。