CN201539437U - 一种高效轴流泵叶轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种主要在高比转数工况即大流量低扬程工况使用的轴流式叶轮。其特征是该轴流式叶轮是由不同流面的流线进出口安放角和圆弧型线的几何关系计算出叶片工作面流线的型线，然后根据翼型厚度变化公式对叶片工作面不同的流线进行加厚。通过实践应用，本实用新型轴流式叶轮几何参数不仅满足水泵设计工况的扬程和流量要求，而且效率高，汽蚀性能好，设计过程简单，具有一定的推广价值。

Description

一种高效轴流泵叶轮

技术领域

本发明涉及一种非变容式泵的主要零件，该轴流式叶轮的叶片工作面型线由流线特性确定，并根据翼型厚度变化规律加厚型线。该叶轮可供大流量低扬程场合使用。

背景技术

目前轴流泵叶轮主要用升力法进行设计。升力法设计叶片的假定是：叶轮叶片数很少，在叶轮叶片栅中的流体绕流接近于绕单个机翼的绕流，因而叶轮叶片栅中翼型互相作用对绕流特性影响不大。根据该假定，把轴流式叶轮叶片栅中的每一个翼型看作是孤立的，并应用在风洞中进行单个翼型的试验结果来设计叶片。由于上述假定具有一定的近似性，为此需要对流体绕流叶栅与单独机翼的差别进行修正，因此导致叶轮的性能具有不确定性。并且目前轴流泵叶轮的翼型大多数参考的是现有的航空动力翼型，进口部位肥厚，不适应来流方向变化不大的轴流式水泵的叶片。

先有的发明专利技术96119277专利号轴流式叶轮提出了一种结构紧凑的用于搅拌的轴流式叶轮，该叶轮以较小的扭矩提供较大的排放量，但是该叶轮仅适用于储液罐低中浓度液体中的液滴或颗粒的分散。实用新型专利号ZL02204291.1提出了一种叶尖弯曲的轴流式叶轮，通过在叶尖处将原来的垂直于叶轮轴心的直线形状弯曲合适的角度形成曲面，叶尖的宽度顺叶轮旋转的反向加大，使流体在离开叶尖前，叶片能利用所含能量，而达到提高能量转换效率的目的。专利申请号200580024657.0增强流动的轴流式叶轮中，其叶片中的轮廓截面由空气动力学决定的。以上专利技术，提出了不同场合轴流泵叶轮的构造和外形特征，但都没有提出轴流叶轮不同圆周截面的翼型特征和叶片型线的确定方法。这些现有的专利技术在不能满足我国灌溉工程、化工流程等工程中的轴流泵叶轮的性能要求。

发明内容

为了克服现有借鉴航空翼型设计的轴流泵叶轮的不足，本发明中的轴流式叶轮的叶片，是根据不同流面上的流线进出口安放角计算得到其工作面的型线，并根据翼型加厚规律进行加厚。

本发明的技术方案是：

一种高效轴流泵叶轮，它的叶片上圆弧型线的半径R，是由下式确定：

$R=\frac{l}{2\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}}=\frac{l}{2\sin \left(\frac{{\mathrm{\β}}_2-{\mathrm{\β}}_1}{2}\right)}$

式中R-工作面型线半径；β₁-流线进口安放角；β₂-流线出口安放角；θ-型线中心角；l-弦线长度。

从轮缘到轮毂的翼型a、b、c、d、e最大厚度分别为5.2mm，6.9mm，8.6mm，10.3mm，12mm。根据下式翼型的厚度变化规律，分别对工作面五条型线从工作面向背面加厚。

δ/δ_max＝2.1437(x/l)³-6.9947(x/l)²+4.8445(x/l)+0.052

式中l-弦线长度；δ-翼型厚度；δ_max-最大翼型厚度，X-翼型吸力面到进口边的距离。

叶片型线的确定和叶片加厚规律是本发明叶轮的独特的设计之处，简单实用。通过实践证明，该叶轮不仅可以满足设计参数的要求，且效率高，综合性能良好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的轴流泵叶轮。

图2是本发明的轴流泵叶轮a、b、c、d和e流面的翼型图。

图3是本发明的轴流泵叶轮a、b、c、d和e流面位置图。

图4是翼型工作面圆弧型线几何参数关系示意图。

图5是翼型工作面型线加厚规律的示意图。

图6是实施例中叶片平面投影图。

图7是实施例中叶片轴面投影图。

图8是实施例中叶片A向视图。

图9是实施例中叶片a流面翼型图。

图10是实施例中叶片b流面翼型图。

图11是实施例中叶片c流面翼型图。

图12是实施例中叶片d流面翼型图。

图13是实施例中叶片e流面翼型图。

β₁、β₂-型线进、出口角；γ-型线曲率角；θ-型线中心角；

h-翼型拱度；l-弦线长度；δ-翼型厚度；δ_max-最大翼型厚度；t-节距、R-圆弧型线半径、β_L-翼型安放角、x-翼型吸力面到进口边的距离。

具体实施方式

该轴流式叶轮的比转速为1000，叶轮直径D₂＝300，n＝1450r/min，如图1所示。具体的实施过程可以参照表1。流面一般分5～7个，在本实施中叶片数为3，每个叶片分5个流面a、b、c、d、e，流面间距相等，如图1和图3。计算各流面上流线的进口液流角β₁′，分别为15.37°，18.28°，22.39°，28.06°，36.86°，选择冲角Δβ₁，Δβ₁的选用范围为(0°～3°)，确定叶片进口角β₁＝β₁′+Δβ₁，分别为16.97°，19.48°，23.19°，28.46°，36.86°。计算各流线出口液流角β₂′，分别为17.18°，21.11°，27.27°，37.51°，58.54°。考虑有限叶片数等因素影响，Δβ₂的选用范围为(0°～3°)，本实施例中每条流线加冲角确定1°，则叶片出口角β₂＝β₂′+Δβ₂，分别为18.18°，22.11°，28.27°，38.51°，59.54°。选择不同流线的弦线长度l，分别为188.50mm，176.24mm，160.54mm，139.96mm，116.87mm。根据工作面型线半径R的计算式 $R=\frac{l}{2\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}}=\frac{l}{2\sin \left(\frac{{\mathrm{\β}}_2-{\mathrm{\β}}_1}{2}\right)}$ 计算出圆弧形线半径R，计算结果分别为8943mm，3831mm，1811mm，799mm，297mm，如图2所示。根据工作面的进口安放角β₁和出口安放角β₂和型线半径画翼型展开图，如图4所示。

表1比转速1000的轴流式叶轮计算过程

轮毂处的翼型最大厚度按公式 ${\mathrm{\δ}}_{\max }=(0.012~0.015)D_2\sqrt{H}$ 估算，通常对于直径为300的轴流泵模型，叶片外缘侧最大厚度取5mm，轮毂侧最大厚度取14mm，从轮毂到轮缘的厚度按照线性规律变化。确定叶片从轮缘到轮毂的翼型5、4、3、2、1最大厚度分别为5.2mm，6.9mm，8.6mm，10.3mm，12mm，根据公式δ/δ_max＝2.1437(x/l)³-6.9947(x/l)²+4.8445(x/l)+0.052计算得到翼型厚度加厚规律如下表2：

表2翼型的厚度变化规律

按照翼型厚度加厚规律，对工作面型线进行加厚，并对叶片进出口修圆，如图5所示。最后作叶片的平面投影图(图6)，、轴面投影图(图7)和A向视图(图8)，并分别作出流面a，b，c，d和e的翼型，分别见图9、图10、图11、图12和图13。

Claims (2)

1.一种高效轴流泵叶轮，其特征是，轴流泵叶轮的叶片上圆弧型线的半径R，是由下式确定： $R=\frac{l}{2\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}}=\frac{l}{2\sin \left(\frac{{\mathrm{\β}}_2-{\mathrm{\β}}_1}{2}\right)}$

式中R-工作面型线半径；

    β₁-流线进口安放角；

    β₂-流线出口安放角；

    θ-型线中心角；

    l-弦线长度。

2.如权利要求1所述的轴流泵叶轮，其特征是：叶片从轮缘到轮毂有a、b、c、d、e五条型线，a、b、c、d、e的最大厚度分别为5.2mm，6.9mm，8.6mm，10.3mm，12mm；五条型线从工作面向背面增厚，厚度随长度位置不同的变化规律符合下式：

δ/δ_max＝2.1437(x/l)³-6.9947(x/l)²+4.8445(x/l)+0.052

式中l-弦线长度；δ-翼型厚度；δ_max-最大翼型厚度，x-翼型吸力面到进口边的距离。

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