一種斜流泵徑向?qū)~的水力設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種斜流栗徑向?qū)~水力設(shè)計(jì)方法。該斜流栗徑向?qū)~廣泛應(yīng)用于農(nóng) 業(yè)排灌、市政給排水、電力、石油、化工等行業(yè)，是相關(guān)行業(yè)循環(huán)供水、工藝供水和區(qū)域性調(diào) 水等領(lǐng)域的關(guān)鍵零部件，近年來采用徑向?qū)~的斜流栗在核電、艦船噴水推進(jìn)等行業(yè)得到 應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 斜流栗又叫做導(dǎo)葉式混流栗，具有占地面積少、外徑小、易啟動(dòng)以及效率高等特 性，斜流栗的比轉(zhuǎn)數(shù)在290~590,常用的揚(yáng)程范圍為10~20米，是一種性能和結(jié)構(gòu)介于離心 栗和軸流栗之間的水栗，克服了兩者的缺點(diǎn)，同時(shí)又具有兩者優(yōu)點(diǎn)，是發(fā)展?jié)摿^大的一種 理想栗型。目前其應(yīng)用范圍也開始逐漸向傳統(tǒng)離心栗和軸流栗范圍拓展。
[0003] 斜流栗主要適用于農(nóng)業(yè)排灌、市政給排水、火電、核電、石油化工等行業(yè)循環(huán)供水、 工藝供水和區(qū)域性調(diào)水等領(lǐng)域，近年來在核電、艦船噴水推進(jìn)方面也得到廣泛應(yīng)用。斜流栗 主要由栗殼、葉輪、導(dǎo)葉、電機(jī)等部件組成，其中導(dǎo)葉是斜流栗中除葉輪以外的最重要水力 部件。確定斜流栗導(dǎo)葉幾何參數(shù)的水力設(shè)計(jì)方法是否先進(jìn)，將直接影響斜流栗能否高效運(yùn) 行，對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性也會(huì)產(chǎn)生重要影響。
[0004] 由于斜流栗的應(yīng)用日益廣泛，對(duì)斜流栗相關(guān)技術(shù)方法的研究已成為流體機(jī)械行業(yè) 中的一個(gè)熱門。但是，現(xiàn)有技術(shù)的斜流栗徑向?qū)~的水力設(shè)計(jì)方法沒有給出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過 程，很大程度上仍依賴于經(jīng)驗(yàn)公式，可操作性不強(qiáng)，在實(shí)際設(shè)計(jì)中仍然過分依賴工程技術(shù)人 員的經(jīng)驗(yàn)，很難滿足斜流栗穩(wěn)定性能好的要求，也很難做到計(jì)算機(jī)編程應(yīng)用和計(jì)算機(jī)輔助 設(shè)計(jì)。所以僅僅依靠改造徑向?qū)~形狀有時(shí)不能滿足提高其穩(wěn)定性的要求，應(yīng)該需要對(duì)斜 流栗徑向?qū)~的水力設(shè)計(jì)方法做進(jìn)一步完善。
[0005] 專利號(hào)為201310405817.2號(hào)的中國(guó)發(fā)明專利中公開了一種"AP1000核主栗徑向?qū)?葉水力設(shè)計(jì)"，這種設(shè)計(jì)方法只給出了導(dǎo)葉基圓直徑D 3、導(dǎo)葉進(jìn)口寬度b3、導(dǎo)葉進(jìn)口安放角α3 螺旋線部分的線型R、導(dǎo)葉喉部面積F的參數(shù)的具體實(shí)施辦法，其他參數(shù)還是依賴工程技術(shù) 人員的經(jīng)驗(yàn)，沒有給出系統(tǒng)的、精確的設(shè)計(jì)方法，而且很難做到計(jì)算機(jī)編程應(yīng)用和計(jì)算機(jī)輔 助設(shè)計(jì)。專利號(hào)為201410797350.5號(hào)的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種"帶槽結(jié)構(gòu)的徑向?qū)~及 其設(shè)計(jì)方法"，在該發(fā)明專利中，發(fā)明人給出了帶槽結(jié)構(gòu)的徑向?qū)~及其設(shè)計(jì)方法，此設(shè)計(jì) 方法采用計(jì)算流體力學(xué)軟件ANSY CFX 14.5對(duì)徑向?qū)~定常數(shù)值模擬，得導(dǎo)葉內(nèi)全部流道 的速度流線分布圖，以此來設(shè)計(jì)帶槽的徑向?qū)~，該發(fā)明通過減小導(dǎo)葉工作面的漩渦區(qū)域， 改善導(dǎo)葉內(nèi)部流場(chǎng)分布，從而提高其過流能力。但是該專利并沒有涉及徑向?qū)~的水力設(shè) 計(jì)，更沒有給出具體參數(shù)的設(shè)計(jì)。針對(duì)上述專利存在的缺陷，本發(fā)明人發(fā)明了 "一種斜流栗 徑向?qū)~的水力設(shè)計(jì)方法"，給出了斜流栗徑向?qū)~幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)過程，同時(shí)也建立了一 套較系統(tǒng)、精確的設(shè)計(jì)方法。采用該方法設(shè)計(jì)的斜流栗，，可以達(dá)到提高導(dǎo)流和能量轉(zhuǎn)換、擴(kuò) 展高效區(qū)范圍，延長(zhǎng)斜流栗栗的使用壽命和維修周期的目的。
[0006] 發(fā)明目的
[0007] 目前國(guó)內(nèi)對(duì)于栗類產(chǎn)品的需求量很大，每年發(fā)電量的20%~25%都會(huì)消耗在栗類 產(chǎn)品上。如何實(shí)現(xiàn)斜流栗在保證水力效率高的同時(shí)，進(jìn)一步拓寬高效區(qū)，并能穩(wěn)定運(yùn)行，已 經(jīng)成為當(dāng)前斜流栗發(fā)展的緊迫問題。由于斜流栗栗殼的特殊性，所以導(dǎo)葉在葉輪和栗殼之 間承上啟下的作用顯得尤為重要，不能照搬普通栗的導(dǎo)葉設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明關(guān)于斜流栗徑 向?qū)~的水力設(shè)計(jì)方法，達(dá)到提高導(dǎo)流和能量轉(zhuǎn)換的目的，可以避免斜流栗性能失穩(wěn)、增強(qiáng) 斜流栗的可靠性、提高斜流栗增長(zhǎng)栗的壽命和維修周期，以減少檢修人員的工作量。還有助 于計(jì)算機(jī)編程應(yīng)用和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種斜流栗徑向?qū)~水力設(shè)計(jì)方法。通過改善 導(dǎo)葉的幾個(gè)重要參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，改善流動(dòng)情況，達(dá)到提高導(dǎo)流和能量轉(zhuǎn)換的目的，提高斜 流栗穩(wěn)定性能。
[0009] 實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：
[0010] (1)導(dǎo)葉基圓直徑D3
[0012]式中：
[0013] D3-導(dǎo)葉基圓直徑。米；
[00M] D2-葉輪出□直徑，米；
[0015] (2)導(dǎo)葉進(jìn)口寬度(軸向?qū)挾?b3
[0016] b3 = b2+4 · 539e X 10-5H2-O · 00156H+0 · 01629
[0017] (2)
[0018] 式中：
[0019] b3-葉輪導(dǎo)葉進(jìn)口寬度，米；
[0020] b2_葉輪出口寬度，米；
[00211 H-設(shè)計(jì)工況揚(yáng)程，米；
[0022] (3)導(dǎo)葉進(jìn)口軸面速度vm3
…丨
[0024] 式中：
[0025] Vm3_導(dǎo)葉進(jìn)口軸面速度，米/秒；
[0026] Q-設(shè)計(jì)工況的流量，米3/秒；
[0027] H-設(shè)計(jì)工況揚(yáng)程，米；
[0028] b3_導(dǎo)葉進(jìn)口寬度(軸向?qū)挾龋?，米?br>[0029] φ3_排擠系數(shù)；
[0030] (4)導(dǎo)葉排擠系數(shù)Φ3
[0031]
[0032] 式中：
[0033] φ3-排擠系數(shù)；
[0034] ns-比轉(zhuǎn)數(shù)；
[0035] D2-葉輪出口直徑，米；
[0036] α3-導(dǎo)葉進(jìn)口安放角，度；
[0037] δ3-導(dǎo)葉葉片厚度，米；
[0038] Z-導(dǎo)葉葉片數(shù)；
[0039] (5)導(dǎo)葉進(jìn)口圓周分速度Vu3
[0041 ]式中：
[0042] Vu3_導(dǎo)葉進(jìn)口圓周分速度，米/秒；
[0043] Vu2-斜流栗葉輪出口圓周分速度，米/秒；
[0044] Q-設(shè)計(jì)工況的流量，米3/秒；
[0045] H-設(shè)計(jì)工況揚(yáng)程，米；
[0046] (6)導(dǎo)葉進(jìn)口葉片寬度系數(shù)Kdby
[0047] Kdby= 11.41-26.36Q-0.6622H+13.99Q2+0.9491QH+0.0089H2 (6)
[0048] 式中：
[0049] Kdby-導(dǎo)葉進(jìn)口葉片寬度系數(shù)；
[0050] Q-設(shè)計(jì)工況的流量，米3/秒；
[00511 H-設(shè)計(jì)工況揚(yáng)程，米；
[0052] (7)導(dǎo)葉進(jìn)口葉片寬度b/
[0053] b7 3 = KDBYb3 (7)
[0054] 式中：
[0055] b/_導(dǎo)葉進(jìn)口葉片寬度，米；
[0056] Kdby-導(dǎo)葉進(jìn)口葉片寬度系數(shù)；
[0057] (8)導(dǎo)葉前蓋板圓角半徑系數(shù)Mdby
[0059]式中：
[0060] Mdby-導(dǎo)葉前蓋板圓角半徑系數(shù)；
[0061] ns-比轉(zhuǎn)數(shù)；
[0062] (9)導(dǎo)葉前蓋板圓角半徑Rdby
[0063] RDBY=MDBYb7 3 (9)
[0064] 式中：
[0065] Rdby-導(dǎo)葉前蓋板圓角半徑，米；
[0066] Mdby-導(dǎo)葉前蓋板圓角半徑系數(shù)；
[0067] b/_導(dǎo)葉葉片寬度，米；
[0068I (10)導(dǎo)葉后蓋板圓角半徑系數(shù)Ktsy
[0070] 式中：
[0071] Ktsy-導(dǎo)葉后蓋板圓角半徑系數(shù)；
[0072] ns-比轉(zhuǎn)數(shù)；
[0073] (11)導(dǎo)葉后蓋板圓角半徑Rtsy
[0074] Rtsy = Rdby+Kts Yb 3 (11)
[0075] 式中：
[0076] Rtsy-導(dǎo)葉后蓋板圓角半徑，米；
[0077] Ktsy-導(dǎo)葉后蓋板圓角半徑系數(shù)；
[0078] b3_葉輪導(dǎo)葉進(jìn)口寬度，米；
[0079] (12)導(dǎo)葉進(jìn)口液流角α3'
[0081] 式中：
[0082] α/-導(dǎo)葉進(jìn)□液流角，度；
[0083] Vu3-導(dǎo)葉進(jìn)口圓周分速度，米/秒；
[0084] Vm3_導(dǎo)葉進(jìn)口軸面速度，米/秒；
[0085] (13)導(dǎo)葉進(jìn)口角 α3
[0087]式中：
[0088] α3-導(dǎo)葉進(jìn)口安放角，度；
[0089] α/-導(dǎo)葉進(jìn)□液流角，度；
[0090] H