一种双向轴流泵叶片空间坐标设计及其构造方法技术

本发明专利技术公开了水利工程双向轴流泵技术领域内的一种双向轴流泵叶片空间坐标设计及其构造方法，双向轴流泵叶片空间坐标设计方法包括如下步骤：双向泵叶轮设计；平面二维翼型设计及二维坐标生成；双向泵叶片三维直角坐标生成；双向轴流泵叶片构造方法包括步骤：空间点坐标的生成；翼型空间曲面构造；叶轮三维叶片的生成。本发明专利技术能够提升水泵能量性能与气蚀性能，提升效率，可以减少人力物力等社会资源达到相同的排涝目标。到相同的排涝目标。到相同的排涝目标。

【技术实现步骤摘要】
一种双向轴流泵叶片空间坐标设计及其构造方法


[0001]本专利技术属于水利工程双向轴流泵
，特别涉及一种新型设计双向轴流泵叶片的空间坐标的方法以及通过空间坐标点构成双向轴流泵叶片的方法。

技术介绍

[0002]现有技术中，双向轴流泵是根据卧式轴流泵改造而成的，目的是为了双向运行，实现灌溉和排水，现在主要针对应用在沿海泵站、农田灌溉和潮汐实验。由于泵站在抽水同时要兼顾排涝要求，实现反向抽水的功能。传统泵站采用单向轴流泵进行反向抽水，这时叶轮翼型处于反拱状态。大量实验表明叶轮的抗气蚀性能与升力系数有关，翼型反拱状态运行时，翼型工作面与背面压差将很大。叶片表面会产生严重的脱流，使叶片产生空化空蚀和噪声，严重影响泵站泵机组的能量性能和气蚀性能，对叶片也会产生不可逆转的磨损，危害泵站的安全。
[0003]为了同时满足泵站正向运行与反向运行的需要，需要采用双向轴流泵叶片进行运行，针对双向轴流泵叶片本专利技术提供一种新型空间坐标位置方法构造叶片。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对传统泵站正反向运行，提出一种双向轴流泵叶片空间坐标设计及其构造方法，目的为了改善传统泵站叶片在反转时的脱流、空蚀等问题，保证泵站机组反向运行时的能量性能与气蚀性能。此专利技术的主要核心在于提出一个更为简洁的双向泵叶片三维坐标方法。
[0005]本专利技术的目的之一是这样实现的：一种双向轴流泵叶片空间坐标设计方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1.双向泵叶轮设计；
[0007]步骤2.平面二维翼型设计及二维坐标生成；
[0008]步骤3.双向泵叶片三维直角坐标生成。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤1包括如下步骤：
[0010](1)扭曲叶片设计；(2)断面翼型变化规律；(3)进口冲角的修正；(4)叶轮参数设计。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤(1)扭曲叶片设计为：
[0012]双向泵叶轮设计时以模型叶轮为基础，而模型叶轮直径为300mm，根据轮毂比的取值，确定轮毂直径和轮缘直径大小；在确定好轮毂直径和轮缘直径之后中间线性插入8个断面，这样一共将叶轮分成10个断面进行设计；
[0013]采用变环量设计：
[0014]V
u
(i)*(r(i)
α
+r(i)
‑
α
)＝常数
[0015]Vu(i)为第i个断面水流绝对速度在圆周方向的分量，r(i)为第i个圆柱断面所在的半径大小；α是常数，其大小在
‑
1～1之间取值，；
[0016]步骤(2)断面翼型变化规律为：
[0017]将叶轮从轮毂到轮缘分成10个设计断面，10个断面翼型的最大拱度位置处从轮毂到轮缘取0.3～0.5l，轮缘处取0.5l，轮毂处取0.3l，中间参数按线性变化；
[0018]步骤(3)进口冲角的修正为：
[0019]设计双向泵叶轮时其进口冲角Δα从轮毂到轮缘取0
°
～4
°
，中间断面进口冲角取双曲线的变化规律，平面上到两个定点的距离之差的绝对值为定值的轨迹；
[0020]双曲线的基本公式为：
[0021]b2＝2；
[0022]步骤(4)叶轮参数设计为：
[0023]双向泵叶轮参数设计包括4个设计参数，即：各断面叶栅稠密度l/t，其中l代表弦长，t代表叶栅距离，各断面翼型安放角β，各断面拱度F和各断面厚度值d。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，所述α＝1/2。
[0025]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤2包括如下步骤：
[0026](1)翼型拱弧线设计及坐标表达；(2)翼型坐标。
[0027]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤(1)翼型拱弧线设计及坐标表达为：
[0028]双向泵拱弧线翼型采用左右对称翼型，单侧拱弧线采用基于圆弧曲线和儒可夫斯基曲线推导得到的二次函数曲线，曲线方程如下：
[0029]x2+Ay2+Bx+Cy＝0
[0030]其中A、B、C为常数，本次双向泵叶轮设计B＝2，C＝1；
[0031]翼型拱弧线坐标：翼型拱弧线的横坐标表示为x(ss)；翼型拱弧线的纵坐标yc＝[yc1,yc2]，其中yc1(ss)代表拱弧线左侧第ss个点的纵坐标值，yc1代表拱弧线左侧一共ss点的纵坐标的数组，yc2(ss)代表拱弧线右侧第ss个点的纵坐标值，yc2代表拱弧线右侧一共ss点的纵坐标的数组，yc表示整个拱弧线所有点的纵坐标的数组；按照不同位置用不同yc表示；根据翼型拱弧线纵坐标yc(ss)和横坐标x(ss)确定翼型拱弧线第ss个点的坐标为(x(ss),yc(ss))；
[0032]拱弧线的坐标整理表达为：
[0033]当x(ss)≤g时采用下面公式求解拱弧线的纵坐标:
[0034]yc1(ss)＝F(i)/g^2*(2*g*(x(ss)/l(i)
‑
(x(ss)/l(i))^2)
[0035]当x(ss)>g时采用下面公式求解拱弧线的纵坐标:
[0036]yc2(ss)＝F(i)/(1
‑
g)^2*((1
‑
2*g)+2*g*(x(ss)/l(i)
‑
(x(ss)/l(i))^2)
[0037]式中，x(ss)为翼型上第ss个点的横坐标值，i代表叶轮从轮毂到轮缘的断面数；SS代表该翼型曲线上所取的离散点数；g代表该断面翼型最大的拱度位置，最大拱度位置从轮毂到轮缘取0.3l～0.5l；
[0038]步骤(2)翼型坐标为：
[0039]翼型曲线各点坐标：翼型厚度与弦长之间的变化关系如下所示：
[0040][0041]d(i)表示第i个翼型断面的最大厚度，l(i)为第i个断面的翼型长度，m、n为指数，其关系为m+n＝2；yt(ss)代表横坐标为x(ss)的那个点所需在拱度基础上增加或减小的厚度计算结果，yt代表所有点需要增加或减小的厚度计算数组；
[0042]根据翼型厚度曲线的变化规律及翼型拱弧线的坐标，得到双向泵翼型上翼纵坐标为：yr1＝yc
‑
yt；双向泵翼型下翼纵坐标为yr2＝yc+yt；得到翼型曲线坐标为(x(ss),yr(ss))；其中yr1(ss)代表上翼第ss个点的纵坐标值，yr1代表上翼一共ss点的纵坐标的数组，yr2(ss)代表下翼第ss个点的纵坐标值，yr2代表下翼一共ss点的纵坐标的数组；
[0043]以上得到的翼型曲线的二维坐标是以弦长处于水平位置而得到的坐标，在双向泵翼型设计时，将弦长处于水平位置转换成具有安放角位置，当转换成安放角后，对应点坐标的转换公式为：
[0044]上翼型横坐标转换公式：
[0045]Xr1(ss)＝x(ss)*cosd(β(i))
‑
yr1(ss)*sind(β(i))...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向轴流泵叶片空间坐标设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.双向泵叶轮设计；步骤2.平面二维翼型设计及二维坐标生成；步骤3.双向泵叶片三维直角坐标生成。2.根据权利要求1所述的一种双向轴流泵叶片空间坐标设计方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：(1)扭曲叶片设计；(2)断面翼型变化规律；(3)进口冲角的修正；(4)叶轮参数设计。3.根据权利要求2所述的一种双向轴流泵叶片空间坐标设计方法，其特征在于，所述步骤(1)扭曲叶片设计为：双向泵叶轮设计时以模型叶轮为基础，而模型叶轮直径为300mm，根据轮毂比的取值，确定轮毂直径和轮缘直径大小；在确定好轮毂直径和轮缘直径之后中间线性插入8个断面，这样一共将叶轮分成10个断面进行设计；采用变环量设计：V
u
(i)*(r(i)
α
+r(i)
‑
α
)＝常数Vu(i)为第i个断面水流绝对速度在圆周方向的分量，r(i)为第i个圆柱断面所在的半径大小；α是常数，其大小在
‑
1～1之间取值，；步骤(2)断面翼型变化规律为：将叶轮从轮毂到轮缘分成10个设计断面，10个断面翼型的最大拱度位置处从轮毂到轮缘取0.3～0.5l，轮缘处取0.5l，轮毂处取0.3l，中间参数按线性变化；步骤(3)进口冲角的修正为：设计双向泵叶轮时其进口冲角Δα从轮毂到轮缘取0
°
～4
°
，中间断面进口冲角取双曲线的变化规律，平面上到两个定点的距离之差的绝对值为定值的轨迹；双曲线的基本公式为：双曲线的基本公式为：b2＝2；步骤(4)叶轮参数设计为：双向泵叶轮参数设计包括4个设计参数，即：各断面叶栅稠密度l/t，其中l代表弦长，t代表叶栅距离，各断面翼型安放角β，各断面拱度F和各断面厚度值d。4.根据权利要求3所述的一种双向轴流泵叶片空间坐标设计方法，其特征在于，所述α＝1/2。5.根据权利要求4所述的一种双向轴流泵叶片空间坐标设计方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：(1)翼型拱弧线设计及坐标表达；(2)翼型坐标。6.根据权利要求5所述的一种双向轴流泵叶片空间坐标设计方法，其特征在于，所述步骤(1)翼型拱弧线设计及坐标表达为：双向泵拱弧线翼型采用左右对称翼型，单侧拱弧线采用基于圆弧曲线和儒可夫斯基曲线推导得到的二次函数曲线，曲线方程如下：x2+Ay2+Bx+Cy＝0
其中A、B、C为常数，本次双向泵叶轮设计B＝2，C＝1；翼型拱弧线坐标：翼型拱弧线的横坐标表示为x(ss)；翼型拱弧线的纵坐标yc＝[yc1,yc2]，其中yc1(ss)代表拱弧线左侧第ss个点的纵坐标值，yc1代表拱弧线左侧一共ss点的纵坐标的数组，yc2(ss)代表拱弧线右侧第ss个点的纵坐标值，yc2代表拱弧线右侧一共ss点的纵坐标的数组，yc表示整个拱弧线所有点的纵坐标的数组；按照不同位置用不同yc表示；根据翼型拱弧线纵坐标yc(ss)和横坐标x(ss)确定翼型拱弧线第ss个点的坐标为(x(ss),yc(ss))；拱弧线的坐标整理表达为：当x(ss)≤g时采用下面公式求解拱弧线的纵坐标:yc1(ss)＝F(i)/g^2*(2*g*(x(ss)/l(i)
‑
(x(ss)/l(i))^2)当x(ss)>g时采用下面公式求解拱弧线的纵坐标:yc2(ss)＝F(i)/(1
‑
g)^2*((1
‑
2*g)+2*g*(x(ss)/l(i)
‑
(x(ss)/l(i))^2)式中，x(ss)为翼型上第ss个点的横坐标值，i代表叶轮从轮毂到轮缘的断面数；SS代表该翼型曲线上所取的离散点数；g代表该断面翼型最大的拱度位置，最大拱度位置从轮毂到轮缘取0.3l～0.5l；步骤(2)翼型坐标为：翼型曲线各点坐标：翼型厚度与弦长之...

【专利技术属性】
技术研发人员：石丽建，江宇航，施伟，于贤磊，陈锋，徐添，柴耀，韩逸，陈奕宇，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：