[发明专利]一种喷水推进泵叶轮的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于船舶领域，特别涉及一种喷水推进泵叶轮的设计方法。

背景技术

目前，喷水推进泵属于新型船舶推进装置——喷水推进器的核心部件，喷水推进器的技术特点在于：利用喷水推进泵喷出的水流所产生的反作用力推动船舶前进，具有许多常规螺旋桨所不及的优点，例如，航速高于25节时，喷水推进器的推进效率达60％以上；喷水推进器的叶轮在泵壳内工作，不易产生空化现象，产生的激振力小，工作平稳、噪声低、抗空化能力强；喷水推进器的功率-航速曲线平坦，在船舶工况多变情况下，能够充分利用主机功率，适应变工况能力强、主机不易发生过载现象；采用喷水推进器的船艇的操纵不需改变主机转速，主要依靠偏折喷水推进泵喷射出高速水流来实现船舶的转向和倒航，操纵性和动力定位性能优异；喷水推进泵叶片在管道中受到较好的保护，不易损坏，可靠性好；此外，喷水推进器还具有浅水效应小、附体阻力小、主机无需反转等特点。

上述喷水推进泵一般由叶轮、导叶喷嘴及出口喷嘴组成，其中，叶轮的结构型式主要有轴流式结构、混流式结构和离心式结构三种，具体如下：

1、轴流式叶轮，采用该结构的叶轮一般采用升力法的水力设计方法，这种叶轮应用于低航速船舶领域，高航速时效率低，不能够满足高航速(比转速要求达到400～500)时的设计要求；

2、混流式叶轮，采用该结构的叶轮一般采用流线法的水力设计方法，其应用于高航速船舶，属于喷水推进器的主流配置，其比转速在400～500之间，但从加工和安装方面考虑，混流泵叶轮由于对叶顶间隙控制十分严格，所以导致对主轴轴向定位要求极高，从而使得加工、安装及后期保养费用高，且叶顶间隙位置需设计专门的监控装置来进行反馈，额外花费巨大；

3、离心式叶轮应用较少。

由此可见，目前亟需研发出一种能满足高航速时的设计要求且费用低的喷水推进泵叶轮。

发明内容

为了解决现有喷水推进泵叶轮不能同时满足高航速时的设计要求和低费用要求的问题，本发明实施例提供了一种喷水推进泵叶轮的设计方法。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种喷水推进泵叶轮的设计方法，所述叶轮采用轴流式结构，所述叶轮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：

确定所述叶轮的设计目标参数：流量Q(m³/s)、扬程H(m)、转速n(rpm)、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的直径D，计算公式为：

其中，Q的单位为m³/s，D的单位为m，K＝nD；

确定所述叶轮的叶顶进口圆周速度U_o1，计算公式为：

其中，d_o1为所述叶轮的进口叶顶直径，d_o1＝D；

确定所述叶轮的理论轴向速度C_m1，计算公式为：

确定所述叶轮的叶中进口圆周速度U_c1，计算公式为：

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

确定所述叶轮的叶中处入流角β_c1，计算公式为：

确定所述叶轮的叶根进口圆周速度U_h1，计算公式为：

确定所述叶轮的叶根处入流角β_h1，计算公式为：

确定所述叶轮的理论流量Q₁，计算公式为：

确定所述叶轮的叶顶处轴面速度C_m2o；

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