【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于旋转机械设计优化领域，更具体的说属于一种多流线环量同步调节的轴流泵设计方法。
技术介绍
1、轴流泵具有比转速较高及流量较大等优点，被广泛应用于农业灌排及工业水循环领域。由于轴流泵输送流量较大，因此，其在结构上具有流道较宽的特点，这导致其内部流场易存在不利压力梯度过大的缺点，进而引起回流和二次流等流场畸变现象，降低其运行效率及运行稳定性。因此，研究轴流泵设计优化以提升其综合水力性能具有重要意义。目前，在旋转机械设计优化领域，相比于以几何参数作为设计参数的传统设计方法，以水动力参数作为设计参数的反问题设计具有设计参数少、参数与水力性能联系更紧密及更有可能获得创新性解的优点。然而，在过往的基于反问题设计的轴流泵优化设计中，跨中处环量分布往往由轮毂和轮缘处环量值进行插值确定，而非单独根据叶轮性能要求给定。因此，设计结果仅仅为轮毂轮缘处在最环量组合，而非整个流道内最佳环量组合，进而无法有效调控跨中处流态，引起水泵性能的降低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为克服轴流泵叶轮流道较宽所导致的传统反问题设计不适配的特点，提供一种多流线环量同步调节的轴流泵设计方法。首先根据设计规范初步确定轴面投影图，而后在轴面投影图中根据假设及轴流泵能量特性依次确定叶轮进出口环量值，最后根据具体水力特性要求依次给出轮毂、跨中和轮缘处环量值。设计结果可有效克服传统轴流泵设计中流道较宽所带来的内部流场不利压力梯度过大所导致的性能降低等问题。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的
3、一种多流线环量同步调节的轴流泵设计方法，由以下步骤构成：
4、步骤s1：根据需求的水力性能(需求的水力性能包括但不限于转速、流量和扬程)，通过初步计算获得叶轮轴面投影图形状；
5、步骤s2：在所获得的轴面投影图中，给予叶轮进口处恒定为零的环量使其满足叶轮进口处无预选假设；
6、步骤s3：在所获得的轴面投影图中，根据叶轮理论扬程，通过欧拉方程计算确定叶轮出口处环量值；
7、步骤s4：在步骤s2和步骤s3的基础上，根据需求的水力性能，通过两段四阶抛物线和一段直线所组成的分段曲线控制轴面投影图中轮毂处环量分布；
8、步骤s5：在步骤s2和步骤s3的基础上，根据需求的水力性能，通过两段四阶抛物线和一段直线所组成的分段曲线控制轴面投影图中轮缘处环量分布；
9、步骤s6：在步骤s2和步骤s3的基础上，根据需求的水力性能，通过两段四阶抛物线和一段直线所组成的分段曲线控制轴面投影图中跨中处环量分布；
10、步骤s7：根据步骤s2、s3、s4、s5和s6在轴面投影图上所给定的环量分布，通过流场和叶片形状的迭代计算获取最终轴流泵叶轮叶片形状。
11、上述方案中，优选的，无预选假设被设置于叶轮进口处，故该处环量恒定为零；叶轮出口处环量γ2(r)为恒定分布，其值则由叶轮理论扬程根据如下方程组进行计算：
12、
13、式中：
14、r2表示叶轮出口处半径，米；
15、u2表示叶轮出口处的圆周速度，米/秒；
16、v2表示叶轮出口处绝对速度的切向分量，米/秒；
17、g表示重力加速度，米/秒2；
18、ht表示叶轮理论扬程，米；
19、γ2(r)表示叶轮出口处环量值，米2/秒；
20、上述方案中，轮毂和轮缘处环量分布均被设定为满足如下方程组：
21、
22、式中：
23、γ1(r)表示叶轮进口处环量值，米2/秒；
24、r表示半径，米；
25、a1、b1、c1、d1、e1、a2、b2、a3、b3、c3、d3和e3分别表示待定系数，根据流线方向所给定的环量分布分别确定；
26、m表示轴面流线归一化位置；
27、m1和m2分别表示第一加载点位置和第二加载点位置，分别由第一段四阶抛物线和中间直线的交点及中间直线和第二段四阶抛物线的交点所确定；
28、表示叶轮出口处绝对速度切向分量的周向平均值，米/秒；
29、进一步的，优选的，跨中处环量非传统反问题设计中根据轮毂和轮缘处环量值线性插值获得，而是根据与轮毂和轮缘处相类似的如下方程组获得：
30、
31、式中：
32、a1'、b1'、c1'、d1'、e1'、a'2、b'2、a'3、b3'、c'3、d3'3和e'3分别表示跨中处环量分布待定系数，根据跨中处流线方向所给定的环量分布分别确定；
33、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
34、1.本专利技术所述的一种多流线环量同步调节的轴流泵设计方法，在设计过程中可根据设计者所需求的水力性能设定叶轮进口和出口处环量值，可有效控制叶轮理论扬程，避免设计结果与需求性能出现过大的差距，从而降低设计优化难度。
35、2.本专利技术所述的一种多流线环量同步调节的轴流泵设计方法，在流线方向环量的控制中采用了两段四阶抛物线和一段中间直线所组成的多段线，有利于环量分布控制的简单化和形式的多样化。
36、3.本专利技术所述的一种多流线环量同步调节的轴流泵设计方法，跨中处环量分布由单独的多段线进行控制，而非简单的依赖轮毂与轮缘处环量值的线性插值，可有效抑制叶轮内因流道较宽所导致的不利压力梯度过大引起的回流及二次流现象，从而改善轴流泵整体运行效率及运行稳定性。
37、综上，本专利技术公开了一种多流线环量同步调节的轴流泵设计方法，其可在充分兼顾轴流泵叶轮轴面投影较宽的特点的基础上，通过同步调节轴面投影图中轮毂、跨中和轮缘处流线方向环量分布，根据设计者需求的轴流泵水力性能，如转速、扬程、流量和轴功率等，快速计算出符合设计要求的轴流泵叶轮叶片形状。采用本专利技术设计出的轴流泵叶轮可有效控制叶轮内不利压力梯度所造成的回流及二次流现象，从而改善轴流泵整体运行效率及运行稳定性。
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1.一种多流线环量同步调节的轴流泵设计方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所示的一种多流线环量同步调节的轴流泵设计方法，其特征在于，步骤2中，叶轮进口处环量被设定为恒定为零以满足无预选假设。
3.根据权利要求2所示的一种多流线环量同步调节的轴流泵设计方法，其特征在于，步骤3中，叶轮出口处环量由如下所示方程组进行计算：
4.根据权利要求3所示的一种多流线环量同步调节的轴流泵设计方法，其特征在于，步骤S4、步骤S5和步骤S6中的轮毂、跨中和轮缘处流线方向环量分布均满足如下分段方程：
5.根据权利要求4所示的一种多流线环量同步调节的轴流泵设计方法，其特征在于，轮毂和跨中之间的环量值由跨中和轮毂处环量值线性插值确定，跨中和轮缘之间环量值由跨中和轮缘处环量值线性插值确定。
【技术特征摘要】
1.一种多流线环量同步调节的轴流泵设计方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所示的一种多流线环量同步调节的轴流泵设计方法，其特征在于，步骤2中，叶轮进口处环量被设定为恒定为零以满足无预选假设。
3.根据权利要求2所示的一种多流线环量同步调节的轴流泵设计方法，其特征在于，步骤3中，叶轮出口处环量由如下所示方程组进行计算：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：蒋红樱，陈颖俊，邓彬彬，霍瑜斌，施江峰，姚斌，陈亚丁，戴秋萍，颜红勤，王梦成，
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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