第06章-轴流泵叶轮设计

升力法设计
升力法设计
3．翼型的质量 合力与升力之间的夹角为λ，将1／tgλ 称之为翼型的质量。
1 ＝cy1 tgλ cx1
角度λ越小，则1／tgλ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δ／l 或 ymax／l均不得超过20％。坐标改变后的 翼型特性可按以下公式计算：
Py
升力法设计
则
cy
l t
2vu w
sin
sin cos cos cos
sin
最后得
cy
l t
2v u w
1
1 tg / tg
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。
g
v2 2
F
Px1
cx1
g
v2 2
F
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Δα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Δα，这种曲线称 之为翼型极曲线。
升力法设计
5．NACA翼型、RAF—6翼型等
二、叶栅计算中的修正值
升力法设计
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
Py
cy
g
w
2
2
F
Px
cx
g
w
2
2
F
升力法设计
来自百度文库实验表明，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t／l有关，与栅中 翼型的安放角βe有关。 叶栅升力系数与翼型升力系数的关系：
轴流式叶轮
叶栅的主要特性有参数有：
轴流式叶轮
➢ 栅距
t
2 r z
➢ 翼型弦长L
➢ 翼型相对厚度 ➢ 翼型相对弯度
c
L
f
h L
➢ 稠密度：叶弦l与栅距之比l／t叫叶栅稠密度
➢ 安放角：栅中翼型的弦与圆周方向的夹角βe 称之为翼型在栅中的安放角
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。
升力法设计
翼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。
升力法设计
α w∞
Px
λ R
Py
升力法设计
1．升力和阻力的实用计算公式
Py1
c y1
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。
轴流泵流道与轴面图
设计实例
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 = 6.25m，转速n =980rpm，水力效率 ηh=0.9，重力加速度g=9.81。假定法向 进口，轴面流速沿半径方向均匀分布。试 按等环量设计方法确定各截面的角度。
轴流式叶轮
轴流式水轮机比转速和计算水头的关系
1960～1964年
ns 2096H 0.489
1965～1969年
ns 2195H 0.489
1970～1976年
ns 2419H 0.489
升力法设计轴流叶轮
升力法设计
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。
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。
叶轮中的水流运动
一、圆柱层间无关性假设
Ht
H
h
2 gHt
2 (cu2r2
cu1r1)
c y mLc y1
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。
l
βe
α β∞
w∞
升力法设计
t
Px
β∞
Pu
λ R
Huazhong University of Science & Technology
轴流式叶轮的水力设计
轴流泵设计
public4course@163.com husthsj
轴流式叶轮的设计方法
轴流式叶轮
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。