厚叶片离心叶轮的制作方法

专利名称：厚叶片离心叶轮的制作方法技术领域：本发明涉及离心式流体机械的叶轮，尤其是厚叶片离心叶轮。 在现有技术领域中，离心泵、离心式压缩机及离心式鼓风机等离心式流体机械，其叶轮效率较低，其原因是首先从附在旋转叶轮上的相对坐标上观察，流经叶轮流道内的流场是强烈有旋的;其次是由于常规设计的叶片较薄，叶片间的流道从进口处开始在大部流道区域内都是扩张的，因此叶片压力面一侧必然会出现大片的流动分离区或回流区，这些流动区域消耗了许多能量，它是叶轮效率低的关键所在。以离心水泵为例，叶轮效率一般不超过80%，从而使泵整体效率难以超过70%。为了克服现有技术领域中的不足，提高叶轮效率，现设计出一种厚叶片离心叶轮，特出本发明。为了说明本设计的方法，首先提出堵塞函数的概念，如图1所示，堵塞函数K(r)定义如下K(r)= (l(r)·m)/((r-r1)·2π) (1)式中l(r)-叶片在不同半径r处的周向宽度; m-叶片数; r1-叶片前缘处的极座标半径。流道在半径r处的周向宽度S(r)定义为S(r)＝ (2πr)/(m) -l(r)(2) 所以堵塞函数也可表示为K(r)= (2πr-s(r)m)/(2πr-2πr1) (3)若K(r)恒为1，则由(3)式可看出S(r)≡r1(2π)/(m) (4)即流道的周向宽度不变，也就是说流道不会是扩张形的。而传统的离心叶轮设计的出发点是叶片的厚度与流道宽度相比很小，即l(r)远小于S(r)，由(2)式得出S(r)≈ (2πr)/(m) (5)再由(3)式得出K(r)≈0 (6)从(5)式看出，传统离心叶轮的流道基本上是随半径增大而呈扩张形的。本发明的厚叶片离心叶轮，至少由二片以上的叶片组成，叶轮上的叶片厚度增加到使堵塞函数K(r)在 r1≤r≤0.8(r2-r1)+r1(7)的范围内为 K(r)≥min[1, (r)/(2(r-r1)) ] (8)在作以上定义时，要求r2/r1＞1.7 (9)(8)式中min的含义为取最小值。r2-叶片后缘处极座标半径。在流道的前半段即满足 r,≤r≤rm(10)时，适当选取K(r)使流道不为扩张形状。比如对常用的后弯形叶轮，只要让K(r)＝1时就可以保证这一点。式中rm＝0.5(r1+r2) 图1、厚叶片离心叶轮中叶片的设计原理图; 图2、流体机械离心叶轮的轴面投影图。本发明的叶轮设计步骤(如图1所示)(1)用常规的设计方法确定r1、r2及叶轮流道轴向高度变化规律，并要求r2/r1＞1.7。(2)确定叶轮堵塞函数K(r)，一般可用下式确定 式中K2＝K(r2)为出口处的堵塞函数，选取时一般要求其足够大以保证由(7)、(8)式所表示的条件得到满足，但K2不宜大于1。(3)有了堵塞函数，加上选定的流道轴向高度及设计流量，设计扬程或出口能量头，就可得出进出口的相对速度三角形和相对流动角β1和β2。(4)由相对流动角β1和β2，用常规的设计方法得出叶型参考线AB，使A、B两点的切线大致等于β1、β2。(5)定义吸力面AE与设计叶型参考线AB在不同半径处的周向距离为吸力面增厚量△l(r)，它是r的函数，一般可取△l(r)= (r·l2(r-r1))/(2r2(r2-r1))式中l2-半径为r2处叶片周向宽度，即l2＝K2(r2-r1) (2π)/(m) 从而由设计叶型参考线AB为基准得出吸力面型线AE。(6)不同半径处的叶片周向宽度l(r)＝K(r)(r-r1) (2π)/(m)由此可以由吸力面型线 为基准，得出压力面型线 (7)由于 在F点以及 在A点均为折线，必须在F及A点处作为适当光滑，即可得出最后叶片型线。上述设计方法中的叶型是用极座标描述的二维几何形状。对因轴向进水(或进气)等原因而造成的非二维叶型的离心叶轮而言，如图2所示，本设计方法中的叶型是指轴面设计流线 旋成面上的叶型在以转轴中心线 为中心的极座标平面上的投影。同理，本设计方法中提及的叶片前缘处半径r1，一般是指任一轴面设计流线旋成面上的叶片前缘处A点的极座标半径值。但当该轴面设计流线在叶片前缘A点处与转轴中心线 的轴面夹角γ1小于45°时，则把该轴设计流线与转轴中心线 的轴面夹角γ等于45°处的极座标半径定义为r1，在这种情况下，本设计只用于半径≥r1的叶型部份。本发明与现有技术领域中的离心式流体机械的叶轮相比，其优点如下(1)效率高。由于流道在前半段基本上是不扩张的，后半段减少了扩张量，可以减少和消除叶片压力面附近的流动分离区和回流区，从而减少能量的内部消耗，使效率明显提高，叶轮的设计效率可达90%以上。(2)由于叶轮的叶片从前缘开始迅速增厚，以及流道在入口处无扩张，并有收敛段。叶轮对进口处由于流量改变而造成的速度三角区的变化较为适应，所以在偏离设计点时仍能维持较宽广的高效工作区。(3)对水泵来说汽蚀状况得到改善。由于本设计通过加厚叶片，而不是通过减少r2/r1的比值来降低流道的扩张，所以可以在维持由设计扬程决定的r2时，适当减少r1，使叶片前缘工作在较低的周向速度环境中，这将有利于汽蚀的改善。权利要求1.一种厚叶片离心叶轮，至少由二片以上的叶片组成，本发明的特征是使叶片厚度增加到使不同半径的堵塞函数K(r)必须在r1≤r≤0.8(r2-r1)+r1的半径范围内为K(r)≥min[1，r/2(r-r1)]，并要求r2/r1＞1.7，流道的前半段应满足r1≤r≤rm，选取K(r)使流道不为扩张形状，流道在不同半径r处的周向宽度S(r)=2πr/m-l(r)，叶片在不同半径r处的周向宽度l(r)=K(r)·2π(r-r1)/m，式中r1-叶片前缘处的极座标半径，r2-叶片后缘处的极座标半径，m-叶片数，rm-为r1、r2的平均半径。2.根据权利要求1所述的厚叶片离心叶轮，其特征是对非二维叶型的离心叶轮，其叶型是指轴面设计流线旋成面上的叶型在以转轴中心线为中心的极座标平面上的投影，叶片前缘处半径r1是指某一轴面设计流线旋成面上的叶片前缘A点处的极座标半径值。3.根据权利要求1或2所述的厚叶片离心叶轮，其特征是当轴面设计流线在叶片前缘A点处与转轴中心线的轴面夹角γ1小于45°时，则把该轴设计流线与转轴中心线的轴面夹角γ等于45°处的极座标半径定义为r1，且只用于半径r≥r1的叶型部份。全文摘要一种厚叶片离心叶轮，至少由二片以上的叶片组成，叶片厚度增加到使不同半径r处的堵塞函数K(r)必须在r文档编号F04D29/30GK1061080SQ9010879公开日1992年5月13日 申请日期1990年10月27日 优先权日1990年10月27日发明者泮华辰, 盛敬超 申请人:浙江大学