一种抗空化轴流泵叶轮设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105443433A(43)申请公布日2016.03.30(21)申请号201510908837.0(22)申请日2015.12.08(71)申请人合肥工业大学地址230009安徽省合肥市屯溪路193号申请人合肥华升泵阀股份有限公司(72)发明人燕浩李强柴业郡巫建波李跃何玉杰许巍(74)专利代理机构合肥和瑞知识产权代理事务所(普通合伙)34118代理人王挺柯凯敏(51)Int.Cl.F04D29/18(2006.01)F04D29/66(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种抗空化轴流泵叶轮设计方法(57)摘要本发明涉及轴流泵水力设计领域，特别涉及一种抗空化轴流泵叶轮设计方法。本发明在叶片压力面流线计算步骤中，取叶轮翼型最大截面厚度处到翼型头部距离l与该截面上翼型弦长L的比值为60％～69％。通过上述方案，本发明可使得设计出的轴流泵叶轮在保证可正常可靠工作的同时，具备极强的抗空化能力。CN105443433ACN105443433A权利要求书1/1页1.一种抗空化轴流泵叶轮设计方法，其特征在于：在叶片压力面流线计算步骤中，取叶轮翼型最大截面厚度处到翼型头部距离l与该截面上翼型弦长L的比值为60％～69％。2CN105443433A说明书1/4页一种抗空化轴流泵叶轮设计方法技术领域[0001]本发明涉及轴流泵水力设计领域，特别涉及一种抗空化轴流泵叶轮设计方法。背景技术[0002]空化，是指液体内局部压力降低至临界空化压力以下时，液体内部或液固交界面上蒸汽或气体的空穴(空泡)的形成、发展以及溃灭的现象。空化现象是轴流泵水力设计及使用时都应当极力避免的；然而，轴流泵在实际应用时的空化状况却频繁出现。一旦空化现象发生，严重时会发生叶轮空蚀，破坏水力部件，泵水力性能下降，甚至导致泵机组根本无法正常工作。为克服上述空化现象，业内对于轴流泵叶轮的处理措施，集中表现在对叶轮结构的后期变型上，也即对制作完成后的叶轮进行二次加工或添加延伸物。公告号为CN1414248的专利名称为“轴流泵叶轮叶片”的发明专利中，提出了在叶端及叶根部分采用了加长前倾的扭曲形状的叶轮叶片，叶轮叶片能有效地控制外壳和轮毂表面上的环状边界层的发展及叶片负压面上边界层的分离，同时减少叶片端部载荷，降低间隙流动的影响，从而达到降低空化现象发生的效果。公告号为CN204610363U的专利名称为“一种抑制叶片背面云状空化的轴流泵”的实用新型专利申请中则公开：在轴流泵叶片背面距进水边75％C处焊接一个宽为3％C，高为2％C的挡条，以达到阻碍回射流的效果，以抑制轴流泵叶片背面上较为稳定的片状空化向云状空化转变。上述两种方式为目前使用较多的后期变型措施。然而，值得注意的是，轴流泵作为一种应用极为广泛的高比转数叶片泵，其在初始设计时已经趋于完美的考虑到了液流影响；通过后期变型固然一定程度上改善了叶轮的空化状况，但是在原有完善的流道上人为的添加了诸如挡条等凸出结构，必然会破坏原有设计流道的完整性，并对液体介质的正常高速流通产生影响，造成水力损耗，使泵水力性能下降，一旦加工不善反而不能达到改善空化的目的。发明内容[0003]本发明的目的是提供一种抗空化轴流泵叶轮设计方法，其克服了传统的设计枷锁，在原有设计基础上提供了全新的参数设计方式，从而使得设计出的轴流泵叶轮在保证可正常可靠工作的同时，具备极强的抗空化能力。[0004]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：[0005]一种抗空化轴流泵叶轮设计方法，其特征在于：在叶片压力面流线计算步骤中，取叶轮翼型最大截面厚度处到翼型头部距离l与该截面上翼型弦长L的比值为60％～69％。[0006]本发明的主要优点在于：[0007]1)、打破了目前轴流泵叶轮防空化操作仅通过后期结构变型措施，而导致的破坏初始的设计流道以及影响泵体水力性能的固有缺陷。本发明追本溯源，从最初始和完善的原始设计方案中寻求突破。申请人通过大量数据及方案论证发现，由于目前轴流泵叶片设计常采用升力法、圆弧法以及奇点分布法等，这些设计方法均是对叶片压力面流线进行计算设计得到，而叶片吸力面流线则是按照美国国家航空局NACA系列翼型或971翼型加厚直3CN105443433A说明书2/4页接得到。这些翼型最大截面厚度处到翼型头部距离l为该截面上翼型弦长L的40％～50％。为便于表达定义φ＝l/L，所以φ＝0.4～0.5。而正是由于上述比值，使得叶轮最大厚度处向叶轮进水侧偏移，由于叶轮从进水侧到出水侧变化过程中液力压力是逐渐增加的，而进水侧液体压力相对较低，导致液体介质在叶片吸力面最大厚度附近极易产生流体分离现象，形成漩涡，进而发生空化现象。[0008]本发明克服了多年来人们的惯常