[发明专利]一种弓形高能量密度叶片设计方法及其设计的叶片泵

说明书

本发明公开了一种弓形高能量密度叶片设计方法及其设计的叶片泵。叶片设计方法为：叶片在延伸方向具有第一端和第二端及在叶高方向上具有轮毂侧和轮缘侧，包括包角初始值、进口角、型线和出口角。包角初始值为第一端上各点轴面相对于第一端的轮毂侧轴面之间的圆周角，由叶片的弓形曲线确定；进口角形成于叶片的第一端的轴面流线的切线与垂直于轮毂轴线的平面之间，由零速度环量准则确定；型线根据叶片的安放角沿相对轴面流线的分布规律进行定义，由轴面流动计算确定；出口角形成于叶片的第二端的轴面流线的切线与垂直于轮毂轴线的平面之间，由轴面流动计算确定。本发明叶片设计方法得到的叶片可有效提高叶片泵的能量密度并拓宽泵的稳定运行区间。

技术领域

本发明涉及叶片泵技术领域，尤其涉及一种弓形高能量密度叶片设计方法及其设计的叶片泵。

背景技术

近年来，叶片泵在能源动力、航空航天和海洋动力等多领域广泛应用，对泵的做功能量密度要求日益提高。因此，急需发展一种高能量密度的叶片泵，使其在有限空间约束下输出更高能量。

目前提高叶片泵的能量密度的方法主要是叶片的型线以及泵的流道进行改型设计，以提升泵在设计工况下的能量密度，但是此类方法提升的效果十分有限，并且在偏工况下会产生严重的扬程下降，导致泵不能稳定运行。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种弓形高能量密度叶片设计方法，得到的叶片可有效提高叶片泵的能量密度并拓宽泵的稳定运行区间。

根据本发明第一方面实施例的弓形高能量密度叶片设计方法，所述弓形高能量密度叶片在延伸方向具有第一端和第二端以及在叶高方向上具有轮毂侧和轮缘侧，且包括：

包角初始值，所述包角初始值为所述第一端的在所述叶高方向上各点轴面相对于所述第一端的轮毂侧轴面之间的圆周角，所述包角初始值的分布规律由所述叶片的弓形曲线确定；

进口角，所述进口角形成于所述叶片的所述第一端的轴面流线的切线与垂直于轮毂轴线的平面之间，所述进口角由零速度环量准则确定；

型线，所述型线根据所述叶片的轴面流线的切线与垂直于轮毂轴线的平面之间形成的安放角沿相对轴面流线的分布规律进行定义，所述分布规律由轴面流动计算确定；

出口角，所述出口角形成于叶片的所述第二端的轴面流线的切线与垂直于轮毂轴线的平面之间，所述出口角由轴面流动计算确定。

根据本发明第一方面实施例的弓形高能量密度叶片设计方法，主要是采用弓形曲线设计，有效改善流动状态，在限定了叶轮直径的前提下，提高叶片泵的流量和扬程；通过对进口角、出口角和型线的设计，可以对叶片泵的流量、扬程、效率和功率产生积极作用。本发明第一方面实施例的弓形高能量密度叶片设计方法得到的叶片，可以快速完成叶片泵的设计，有效提升叶片泵的能量密度并拓宽叶片泵的稳定运行区间。

根据本发明第一方面的一个实施例，所述弓形曲线由第一段圆弧、第二段圆弧和第三段圆弧顺次相切连接，其中，所述第一段圆弧的圆心和所述第三段圆弧的圆心位于所述弓形曲线的一侧，所述第二段圆弧的圆心位于所述弓形曲线的另一侧。

根据本发明第一方面进一步的实施例，所述弓形曲线的起始端坐标为(0,0)，终止端坐标为(1,1)，所述弓形曲线的形状为：

其中，(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)分别为所述第一段圆弧的圆心坐标、所述第二段圆弧的圆心坐标、所述第三段圆弧的圆心坐标，(a,a)为所述第一段圆弧和所述第二段圆弧的交点，(1-a,1-a)为所述第二段圆弧和所述第三段圆弧的交点。