诱导轮设计

诱导轮设计一、设计要求 扬程888m 81.9780108.6g p p H 612=⨯⨯=-=ρ，流量q=3.5/780=4.48×10-3 m 3/s泵进口压力 0.05 MPa ，汽化压力（3-RP 煤油）二、诱导轮设计的初算1、汽蚀比转速rc =，取c =900，泵的汽蚀余量434/35756/r NPSH .m ===诱导轮的汽蚀余量344/39412/i i NPSH .m ===，其差值由诱导轮扬程提供。

2、扬程 H i =NPSH r -NPSH i =57.56-9.412=48.149 m 油箱压力：=ρ+ρ++0i g c v p gNPSH gh p p ，这里h g 是泵吸上高度，不是很大可不考虑；p c 是吸入管路压力损失，p v 是燃料的汽化压力。

3、流量 q i =(0.035~0.09)q4、转速 等于泵的转速 n=50000三、诱导轮几何参数及选择h1d ——轮毂进口直径 h2d ——轮毂出口直径h h1h2d (d d )/2=+——轮毂平均直径y1D ——轮缘进口直径y2D ——轮缘出口直径y y1y2D (D D )/2=+——轮缘平均直径1d =——诱导轮进口均方根直径2d =——诱导轮出口均方根直径y h ——轮缘轴向长度h h ——轮毂轴向长度Dt zπ=——叶片节距z ——诱导轮叶片数 l ——叶片展开图弦长s Dtg πβ=——叶片导程12ββ、——诱导轮进出口叶片安放角1()αβ∆——诱导轮叶片进口冲角 y h ()γγ——轮缘（轮毂）半锥角l /t ——叶栅稠密度h y d=d /D ——轮毂比s'=s/z ——螺距四、几何参数选择1、轮毂比 d 0.2~0.4=。

轮毂入口直径在结构允许条件下要尽量的小。

出口要与其后面主叶轮进口相匹配。

低压诱导轮的轮毅外形一般作成8~12的直圆锥形。

高压头为一段直圆锥或光滑弯曲面组合面成。

2、外缘直径和轮廓入口外缘直径D y1和汽蚀比转数C i 、外缘汽蚀系数K 和流量系数1u v uϕ=有关。

对零预旋诱导轮。

由下列方程给出：221/23/41/2s s k k c 8147s s'(1d)τϕϕϕτ-=++==-，，式中的s s' 是零轮毂比得到的修正吸入比转数，而22g(NPSH)/u τ=称为汽蚀参数。

对于具有零预旋和一定轮毂比的诱导轮，在最佳流动状态下的最佳流量系数opt ϕ可由Brumfield准则导出2optopt 2opt 2k 1-2ϕϕϕ==，则最大吸入比转速为max 1/41/25055s '(1k)k =+对于非常薄的叶片，具有小的叶片角(5β=)、小的楔角(w 20α= )，k=0.006~0.01 入口外缘直径D y1按下式确定1/3y123m m 22y1qD 2.9[](m)(1)n v 4qq m /s v n r min u D (1d )ϕϕπ=--==-，，，—/外缘轮廓应使最佳流动状态保持一定的轴向距离、即在D /zsin πβ这段距离内为直径不变的圆柱形。

3、叶片型面如图12—4所示，叶栅的几何参数有叶片角β、叶片曲率角β∆、弦长l 、栅距s ，相对速度和叶栅轴的夹角用12γγ、和冲角α等。

在超汽蚀的极端状态下，前缘的自由流线接近楔形，其角度等于冲角α，这时汽蚀系数k 达到最小值min 2sin sin()k 1cos αβαβ-=+由上式可知，要得到小的汽蚀系数。

必须减小叶片角β，当/2αβ=时得到K 的最大值(2max k tg /2β=)，实际上由于叶片厚度和边界层堵塞，得到的k 值比最大的尺k max 大约大2~3倍。

叶片型面应不干扰汽蚀流动自由流线的边界，即在工作状态下，叶片必须处在汽穴和尾迹内(图l 2—5)。

为此叶片进口楔角按下式计算w w w d d arctg(1.1)αβββϕϕ=-=，，设计流量系数。

4、叶片前缘锐角和楔形段前缘处自由流线的曲率半径FSL r 构成叶型鼻尖半径的上限。

实际上此半径非常小，在超汽蚀情况下，FSL r 0=，这就意味着叶片前缘应作成刀尖。

如果主要为提高抗汽蚀性能，前缘必须作成刀尖。

前缘半径实际值为δmax /100，δmax是叶片最大厚度。

大的诱导轮应保证前缘进口厚度为0.125~0.25mm 。

叶片进口厚度对诱导轮的汽蚀性能影响很敏感。

在各种冲角(4~10)下，改变相对厚度/D δ进行试验，证明/D δ越小，抗汽蚀性能越好。

在工艺可能的条件下，应尽可能减小叶片进口厚度。

把叶片进口部分的一段长度内作成楔形，称为叶片进口部分的楔形段。

它对汽蚀性能也有重要影响，尤其是轮缘部分其影响更大。

楔形段的相对长度l /D 0.5=为最优范围，在其它条件相同的情况下，能提高抗汽蚀性能。

当相对长度超过l /D>0.5时，已无影响。

5、诱导轮叶片进出口边的形状——叶片后掠(图12—7)通常诱导轮出口边位于同一个轴面上，侧视图为一径向直线(图l 2—7c)，有的进口边不在同一个轴面上[图l 2—7a 、b)。

进口边的半径沿反旋转方向逐渐增加，到转过一定角度ϕ∆后，其半径才等于外缘半径，ϕ∆称为后掠角。

这样的进口边也称进口修圆部分，如图12—7d 所示。

在这种情况下，叶片外缘的包角较轮毅部分小ϕ∆角。

叶片进口边后掠修圆，能提高抗汽蚀性能10％~25％，其原因是流体进人进口外缘时，轮毅侧液体己提前接受叶片的作用，并向外缘移动，从面改善了最容易发生汽蚀的外缘进口处的抗汽蚀条件。

即使外缘进口发生初生汽蚀，也会使汽蚀受到压缩，以致凝结，不易扩展。

图12—7a 是苏联杜莫夫推荐的形式，图12—7b 是在试验的几种形式中认为抗汽蚀性能和过流能力最好的一种。

6、叶片数为了防止产生交替叶片汽蚀，希望叶片数为奇数。

单叶片诱导轮平衡问题难以用决，很少应用。

如果叶栅稠密度、展弦比和轴向长度等设计参数允许时，优先选用三叶片诱导轮。

诱导轮叶片数和主叶轮叶片数互成倍数，能增加流动的对称性。

7、叶栅稠密度叶栅稠密度影响叶片负荷和偏离角，因而也影响到泵的汽蚀性能。

平板诱导轮除了叶片后掠影响叶栅稠密度外，所有半径上的稠密度实质上是相等的。

大的稠密度能改善抗汽蚀性能，减轻由汽蚀而引起的振荡。

通常的选择范围是l /t 2.0~2.5=。

这种稠密度使前缘的气穴在叶片流道负荷压力下有足够的时间无扰动地消失，否则都会降低诱导轮的抗汽蚀性能。

l /t 大，相当于叶道长。

这样，在叶片前缘产生的气泡，有可能在叶道内凝结，从而提高诱导轮的抗汽蚀性能。

图12—8所示，是不同叶片数时l /t 和汽蚀系数的关系，叶片数少，t 增加，因叶片不宜过长，所以l /t 减小。

另一方而l /t 过大，水力损失增加，制造亦困难，而且对改善抗汽蚀性能的效果甚微。

如图中l /t 超过一定值后，λ值下降很小。

从图中可知，当z ＝3时，最忧的范围是l /t 2.0~3.0=，考虑制造方便，也可适当取小些，但不应小于1.5。

8、诱导轮轴面投影和轴向截面的形状图12—9所示是轴面投影的形状，从前多采用圆柱形诱导轮，但锥形诱导轮可以增加进口面积，从而提高诱导轮本身的抗汽蚀性能，现已广为采用。

另一方面，为了使主叶轮有较高的效率，泵进口直径(等于诱导轮出口直径)不宜过大，锥形诱导轮同时满足了这样两方面的要求。

为了减小轮缘的锥度，可使轮毂也带有一定锥度，即内外锥形诱导轮，这种结构适于悬臂式泵。

另外，诱导轮汽蚀首先在速度大的外缘进口处发生，所以锥形诱导轮有助于将汽蚀压缩在轮缘局部区域，以提高诱导轮的抗汽蚀性能。

9、叶片角诱导轮的抗汽蚀性能，随叶片角β而变化。

经验表明β和冲角α的关系为：对薄叶片/0.35αβ=；对厚叶片/0.5αβ=；一般取/0.425αβ=。

10、叶片导程简单的诱导轮结构是沿径向和轴向都做成等导程(从进口到出口β为常数)，即所谓平板形诱导轮，导程为：s 2rtg πβ=导；式中r ——叶片径向坐标。

叶片角必须沿半径变化以保持/αβ的值。

对于零预旋和小叶片角的均匀流，通常采用叶片角沿径向变化为rtg β＝常数，这种叶片易于制造。

11、叶片厚度叶片厚度由流体动力强度和振动等因素决定。

为了减小叶轮的应力集中，叶片与轮毅连接处可采用较大的圆角。

轮毂处叶片厚度最大，而轮缘处厚度最小，叶型沿着叶片高度应当有一定的斜度。

12、叶片曲率直列平板叶栅诱导轮最大压头系数大约为0.075ψ=，高压头系数要求叶型具有曲率。

经验表明有曲率叶片如果进口角与平板叶栅相同，则可保持与平板叶栅相同的抗汽蚀性能。

为使汽穴的发展过程保持相同，曲率从进口为零向出口逐渐增加，曲率变化规律可以是光滑的曲线。

最简单的曲率变化规律是叶片角β从β1不断增加到β2。

12、表面光洁度表面粗糙使初生汽蚀较早地出现，并降低水力效率。

13、后缘锐度为减少诱导轮叶片尾迹和阻力，应打磨后缘。

打磨时应沿叶型中心线对称打磨成流线型，打磨能提高扬程和效率。

14、叶轮和诱导轮的匹配诱导轮的出口尺寸必须和叶轮入口尺寸相匹配，诱导轮和叶轮之间流体动力匹配要求的间隙应大于(叶片轴向长度／叶栅稠度)。

15、诱导轮截面形状叶片工作面一般为阿基米德螺旋面（过轴线且与轴线成一定角度的直线，绕轴线作等速旋转运动，并沿轴线方向等速前进时所形成的螺旋面)。

在此螺旋面上，叶片任意半径处的导程s 都相等，因此叶片任意半径r 处的叶片角的变化为2rtg s rtg πββ==，即常数诱导轮旋转一周液体相对叶片前进的距离s 液对叶片从轮毂到轮缘断面应相等，且始终小于s(叶片)，因此各断面的冲角不同，轮毅处的冲角大于轮缘处的冲角。

平面投影重叠大的诱导轮叶片木模，只有沿诱导轮轴向旋转才能从型砂中抽出。

若轮毂为锥形，则轮毅木模(和叶片不作成一体)从型砂中向下箱方向抽出，此时应用三箱造型。

轮毂为圆柱面，则可用上箱抽出木模，用两箱造型。

叶片前端背面造在上箱上，而叶片工作面和背面的中部、尾部组成的螺旋槽造在中箱(两箱时为下箱)上，其叶片木模是沿轴线向上箱方向旋出的。

机械加工(车、铣、磨)叶片时，对不同的半径也只能按一个导程走刀，如果导程不同或工作面导程沿诱导轮轴向是变化的，这种互相重叠的诱导轮制造加工复杂。

16、变螺距诱导轮常用的诱导轮是螺旋诱导轮，其中的平板式等螺距诱导轮用得最多。

因为螺距从进口到出口不变，也就是叶片角β从进口到出口不变，尽管加工简单，但水力性能不够理想。

为此最好采用变螺距诱导轮，可用精密铸造制作。

螺距的变化规律：1．螺距沿叶片弧长(或叶片角沿圆周角)是线性变化； 2．螺距沿叶片弧长是非线性变化的； 3．螺距沿弧长按折线规律变化；4．采用几段等螺距的串联形式，只要确定进出口的螺距值，便可计算任意轴向位置的螺距值，进出口螺距为11y 22ys D t g /z s D t g /z πβπβ==， 实际上在确定叶片进出口角度后，可按泵叶轮绘型方法，在展开图上画出型线。