【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，属于叶轮机械设计优化领域。
技术介绍
1、混流泵由于其较高的效率及适当的扬程，在工业生产及农业灌排等领域得到了广泛的应用。混流泵结构形式介于离心泵与轴流泵之间，在其运行过程中，叶片对所输送的流体既具有轴向推力也具有径向离心力，导致其内部流态相比于轴流泵与离心泵更加复杂。因此，为提升混流泵整体水力性能，有必要对其设计方法进行研究。目前，主流的混流泵叶片设计方法有基于几何参数的传统设计和基于水动力参数的反问题设计两大类，后者相比于前者具有设计参数少、参数与水力性能联系紧密及更有可能获得创新型解的优点，在叶轮机械设计优化领域得到了广泛的应用。然而，在现有反问题设计方法中，叶轮出口处环量被设为恒定分布，其分布形式对混流泵性能的影响则被完全忽略。因此，设计结果仅为轮毂及轮缘处流线方向环量分布的最佳组合，进而导致了设计上限的降低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法。通过在设计过程中根据设计规范及实际条件依次规定叶轮轴面投影图中不同位置处的环量分布，可有效解决设计结果仅为轮毂及轮缘处流线方向环量分布的最佳组合所导致的设计上限降低的问题。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，由以下步骤构成：
3、步骤1、根据设计规范中所要求的流量、扬程、转速及比转速，确定叶轮的轴面投影图；
4、步骤2、在轴面
5、步骤3、在轴面投影图中，根据扬程要求及步骤1中所确定的叶轮进口处环量分布，采用二阶抛物线对叶轮出口处从轮毂到轮缘方向施加环量分布；
6、步骤4、在轴面投影图中，根据步骤3与步骤2所确定的叶轮进口和叶轮出口环量分布，采用一由两段抛物线和一段直线组成的三段式控制曲线对轮毂处从叶轮进口到叶轮出口方向及轮缘处从叶轮进口到叶轮出口方向施加环量分布；
7、步骤5、在步骤1、2、3和4的基础上，确定叶片初始形状，并根据常规反问题设计方法中叶片形状与流场的迭代计算，确定叶片最终形状。
8、上述方案中，优选的，叶轮进口处环量分布由进口处流动状态所决定，当叶轮进口处流动无预旋时，叶轮进口处环量恒定为零；当叶轮进口处存在预旋时，由下面公式计算叶轮进口处环量分布γ1(r)：
9、γ1(r)＝2πr1vu1
10、式中：
11、γ1(r)表示叶轮进口处环量分布，米2/秒；
12、r1表示叶轮进口处半径，米；
13、vu1表示叶轮进口处绝对速度的周向分量，米/秒。
14、上述方案中，轴面速度vm与叶轮出口处绝对速度的周向分量vu间的联系满足如下公式：
15、
16、式中：
17、vm表示表示轴面速度，米/秒；
18、vu表示叶轮出口处绝对速度的周向分量，米/秒；
19、ω表示转速，弧度/秒；
20、r表示半径，米；
21、进一步的，所述轴面速度vm的计算公式：
22、
23、式中：
24、q表示流量，米3/秒；
25、vm表示表示轴面速度，米/秒；
26、r表示半径，米；
27、rh表示轮毂处半径，米；
28、rs表示轮缘处半径，米；
29、进一步的，所述叶轮出口处绝对速度的周向分量vu的计算公式：
30、
31、式中：
32、q表示流量，米3/秒；
33、h表示扬程，米；
34、g表示重力加速度，米/秒2；
35、vm表示表示轴面速度，米/秒；
36、vu表示叶轮出口处绝对速度的周向分量，米/秒；
37、r表示半径，米；
38、rh表示轮毂处半径，米；
39、rs表示轮缘处半径，米；
40、上述方案中，根据如下方程组描述叶轮出口处环量分布γ2(r)：
41、
42、式中：
43、γ2(r)表示叶轮出口处环量分布，米2/秒；
44、vu表示叶轮出口处绝对速度的周向分量，米/秒；
45、r表示半径，米；
46、a、b和c均表示待定系数。
47、上述方案中，根据如下公式描述轮毂处从叶轮进口到叶轮出口方向及轮缘处从叶轮进口到叶轮出口方向环量分布：
48、
49、式中：
50、γ2(r)表示叶轮出口处环量分布，米2/秒；
51、γ1(r)表示叶轮进口处环量分布，米2/秒；
52、a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c3、d1和d3均表示待定系数；
53、r表示半径，米；
54、表示叶轮出口处绝对速度的周向分量的平均值，米/秒；
55、m表示轴面流线，米；
56、m1表示第一段曲线与第二段直线交点处轴面流线位置，米；
57、m2表示第二段直线与第三段曲线交点处轴面流线位置，米。
58、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
59、1.本专利技术所述的一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，在设计过程中考虑了叶轮进口处流态，可有效避免设计结果出现叶片进口安放角与入流角不匹配所导致的脱流问题。
60、2.本专利技术所述的一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，在设计过程中充分考虑了叶轮出口处环量分布对混流泵叶轮性能的影响，可有效改善设计结果中叶片不同叶高处做工能力，使得叶轮出口处流态分布更加均匀，进而减小叶轮下游部件因流动混合所导致的水力损失及压力脉动，提升整体泵段效率和运行稳定性。
61、3.本专利技术所述的一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，轮毂及轮缘处环量分布由三段式方程进行控制，具有环量变化形式多样、控制简单及直观易于理解等优点。
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1.一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，其特征在于，步骤2中，当叶轮进口处流动无预旋时，叶轮进口处环量恒定为零。
3.根据权利要求1所述的一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，其特征在于，步骤2中，当叶轮进口处流动存在预旋时，根据下面公式计算叶轮进口处环量分布Γ1(r)：
4.根据权利要求1所述的一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，其特征在于，步骤3中，轴面速度vm与叶轮出口处绝对速度的周向分量vu间的联系满足如下公式：
5.根据权利要求4所述的一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，其特征在于，根据如下所示连续性方程计算轴面速度vm：
6.根据权利要求4或5所述的一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，其特征在于，根据如下所示能量方程计算叶轮出口处绝对速度的周向分量vu：
7.根据权利要求1所述的一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，其特征在于，步骤3中，根据如下方程组描述叶轮出口处环量分布Γ2(r)：
8.根据权利要求
9.根据权利要求8所述的一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，其特征在于，除轮毂及轮缘处环量分布外，其余位置流线方向环量分布均由轮毂及轮缘处环量分布的线性插值得到。
...【技术特征摘要】
1.一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，其特征在于，步骤2中，当叶轮进口处流动无预旋时，叶轮进口处环量恒定为零。
3.根据权利要求1所述的一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，其特征在于，步骤2中，当叶轮进口处流动存在预旋时，根据下面公式计算叶轮进口处环量分布γ1(r)：
4.根据权利要求1所述的一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，其特征在于，步骤3中，轴面速度vm与叶轮出口处绝对速度的周向分量vu间的联系满足如下公式：
5.根据权利要求4所述的一种环量全调节的混流泵叶轮设计方法，其特征在于，根据如下所示连续性方程计算轴面...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏鹤鹏，周秀彩，潘卫锋，陈亚丁，邓彬彬，霍中迁，颜红勤，蒋红樱，王梦成，王玉琪，
申请(专利权)人：江苏省水利工程科技咨询股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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