第06章-轴流泵叶轮设计.

1、Huazhong University of Science & Technology 轴流泵设计轴流泵设计husthsj轴流式叶轮轴流式叶轮的设计方法升力法 是利用单个翼型的空气动力特性，并考虑到组成叶栅后翼型间的相互影响来设计转轮叶片的方法。在积累了丰富的实验数据的条件下，这种方法能够方便而准确地设计出性能优秀的转轮。轴流式叶轮保角变换法 是理论性较强的方法，目前在水轮机转轮设计上，很少采用。但它仍是很有价值的一种方法，把它作为其它方法的理论基础来看，就更显得重要。轴流式叶轮统计法 是将现有转轮的性能、过流通道形状尺寸及叶栅几何参数进行综合统计、并作充分的分析研究，掌握转轮的叶栅几何参数对

2、转轮性能影响的规律，根据这些规律进行设计或对现有转轮进行改型，以得到符合预定的设计参数的新转轮。 轴流式叶轮奇点分布法 是用一系列分布在翼型骨线上的涡和源 (汇)来代替叶片，这些涡和源(汇)对一平行水流的作用相当于转轮叶片的作用，从而设计出叶片。奇点分布法能有目的地控制翼型表面各点的速度和压力分布，从而可能设计出空化性能较好的转轮。它对实验资料的依赖性也较少。轴流式叶轮叶轮中的水流运动一、圆柱层间无关性假设轴流式叶轮 叶栅的主要特性有参数有： 栅距 翼型弦长L 翼型相对厚度 翼型相对弯度 稠密度：叶弦l与栅距之比lt叫叶栅稠密度 安放角：栅中翼型的弦与圆周方向的夹角e称之为翼型在栅中的安放角2

3、rtzhfLcL轴流式叶轮 在水轮机设计，特别是转轮设计时，确定其比转速及其设计参数是一项很重要的工作。国外流行用统计法确定水轮机的比转速及其有关参数，它是在统计已经制造和运行水轮机参数的基础上，经统计分析绘成比转速、空化系数等和水轮机设计水头的关系曲线供设计参考。 轴流式叶轮轴流式水轮机比转速和计算水头的关系19601964年 19651969年 19701976年 0.4892096snH0.4892195snH0.4892419snH升力法设计升力法设计轴流叶轮 升力法是应用单翼的绕流特性并依据实验数据进行适当修正的叶片设计法。大量的风洞和水洞试验提供了各种翼型的丰富资料。 升力法设计翼

4、型的某些流体动力学特性 将一翼型置于液流中，在翼型上将有作用力R，将R分解为两个相互垂直的力，一个是垂直于无穷远处液流方向的力Py，称为升力；另一个是与无穷远液流方向相平行的力Px，称为迎面阻力。 wPRPxy升力法设计1升力和阻力的实用计算公式 FvgcPyy2211FvgcPxx2211升力法设计2升力、阻力及及曲线 升力系数cy1和阻力系数cx1与翼型的形状，冲角以及雷诺数有关。 对于每一个翼型，这些系数值都是由风洞试验求得。 升力法设计 从技术上讲，总是希望翼型有尽可能高的升力和最小的阻力。为了方便的鉴别翼型的技术质量，有时将cy1表示为cx1的函数，并标上对应的冲角，这种曲线称之为翼

5、型极曲线。 升力法设计3翼型的质量 合力与升力之间的夹角为，将1tg称之为翼型的质量。 x1y1cctg1角度越小，则1tg越大，质量越高。 升力法设计4哥廷根翼型 这种翼型因早年被哥廷根实验室实验而得名，翼型的坐标数据均以翼型弦长l的百分数给出。在设计时可根据需要对翼型进行减薄或加厚。上述翼型的减薄或加厚时所采用的相对厚度l 或ymaxl均不得超过20。坐标改变后的翼型特性可按以下公式计算： 升力法设计5NACA翼型、RAF6翼型等 升力法设计二、叶栅计算中的修正值 作用于栅中翼型上的升力Py和迎面阻力Px可用类似于单翼型的计算公式表示 F2wgcP2yyF2wgcP2xx升力法设计 实验表

6、明，栅中翼型升力系数cy和阻力系数cx不仅与翼型型号有关，而且与叶栅的相对栅距tl有关，与栅中翼型的安放角e有关。 叶栅升力系数与翼型升力系数的关系： 1yymLcc 升力法设计三、升力法设计轴流泵叶轮的基本方程 叶轮所进行的能量传递是通过叶片和液流的相互作用来实现的，为了满足能量转换的条件，就必须使叶栅和翼型的几何参数与液流运动参数之间有确定的关系。这就是设计轴流泵叶轮的基本方程。 升力法设计tlwPRPPexyu升力法设计则 sincoscossincossin2wvtlcuy最后得 tg/tg11wv2tlcuy升力法设计 设计轴流泵叶轮叶片时，必须满足该方程，才能保证要求的能量转换。 可以用不同叶栅参数的组合来满足特定的运动参数，但是叶轮的效率和汽蚀性能的优劣，取决于所选叶栅参数的组合是否恰当。 升力法设计 在选择翼型及其冲角时，应考虑下述原则： 要求设计出来的叶轮效率高； 要求设计出来的叶轮抗汽蚀性能良好。 升力法设计Y 现有一台轴流泵，叶轮直径0.45m，轮毂比为0.53，流量q = 0.63m3/s，扬程H = 6.