一種新型雙向軸流泵翼型的設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雙向軸流泵翼型設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于ANSYS仿真設(shè)計的 新型雙向軸流泵翼型的設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在一些沿江濱湖、沿海地區(qū)以及南水北調(diào)工程中的許多泵站中，往往需要通過雙 向抽水來實現(xiàn)引水跟排澇。目前，實現(xiàn)雙向抽水功能常用方式有3種：通過閘站來改變渠 道實現(xiàn)雙向抽水，例如江都抽水站；采用雙層箱涵式或者"X"型流道結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)雙向抽水 功能，例如諫壁等泵站；將單向泵的葉片調(diào)轉(zhuǎn)180°并將葉輪反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，例如秦淮新河泵 站。
[0003] 采用單向翼型的普通軸流泵反轉(zhuǎn)葉輪時也能實現(xiàn)反向抽水，但由于此時葉片的翼 型處于反拱形態(tài)，再加上導(dǎo)葉的作用產(chǎn)生與葉輪轉(zhuǎn)向一致的預(yù)旋使得泵在反轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn) 振動、汽蝕、效率低、噪音大等現(xiàn)象，嚴(yán)重損壞了泵的使用壽命。
[0004] 一般的普通軸流泵在正向運行時具有較高的效率，但在反轉(zhuǎn)時，效率很低，不僅不 能滿足要求，更與國家節(jié)能的大政策明顯偏離，因此雙向軸流泵的設(shè)計與研宄具有重大的 意義。目前，國內(nèi)外對雙向軸流泵的研宄尚未成熟，對適合雙向軸流泵的翼型研宄也相對 較少。較為廣泛的雙向軸流泵一般都采用完全對稱的S型翼型，其特點是：翼型中弧線呈S 型；沿弦長中心點反向?qū)ΨQ；結(jié)構(gòu)單一且效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的普通軸流泵翼型只能在正向運轉(zhuǎn)時達到較好的效果，反向 運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)振動、汽蝕、噪音以及對稱S型翼型效率偏低、抗汽蝕性能相對較差等問 題；本發(fā)明提供新型雙向軸流泵翼型的設(shè)計方法，采用該翼型設(shè)計方法的軸流泵葉輪可以 在雙向運行時均能達到較高的效率和綜合性能。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0007] 一種新型雙向軸流泵翼型的設(shè)計方法，包括采用NACA翼型設(shè)計的普通軸流泵葉 片，步驟如下：
[0008] (1)通過三坐標(biāo)測量儀測得所述普通軸流泵葉片的輪轂到輪緣不同位置處翼型坐 標(biāo)，從而在xy坐標(biāo)軸上繪制出相應(yīng)的翼型，得到原始翼型；
[0009] (2)正向翼型的繪制：在所述xy坐標(biāo)軸上，將所述原始翼型的骨線前緣點A放置 在原點（〇,〇)處，將所述原始翼型放大N倍作為正向翼型，N取1~3;
[0010] (3)反向翼型的繪制：在所述xy坐標(biāo)軸上，再次將所述原始翼型的骨線前緣點A 放置在原點（〇, 〇)處，將所述原始翼型縮小η倍，η取0. 1~0. 9 ;作其關(guān)于原點中心對稱的 翼型作為反向翼型；
[0011] (4)新型雙向軸流泵翼型的繪制：平移反向翼型使得所述反向翼型骨線的前緣點 B與正向翼型骨線的后緣點C重合，并確保正向翼型骨線的前緣點D和反向翼型骨線的后緣 點E連線所成的弦線過原點且平行于X軸，得弦長為L的新型翼型； -NL
[0012] 以所述后緣點C為原點建立新的直角坐標(biāo)系，在(2(Λ,: + ")，〇)處做垂直于X軸的直 線，與正向翼型的上下表面分別相交于點F和點G ;在處做直于X軸的直線，且 與反向翼型的上下表面分別相交于點H和點I ;分別過點F和H做相切圓弧FJ、KH，圓弧FJ 與KH在P點相交；同樣的，分別過點G和點I做相切圓弧GL、MI，圓弧GL與MI在點Q相交； 刪除弧線FB、BH、GB、BI即得所述新型雙向軸流泵翼型。
[0013] 進一步的，步驟（1)中所述原始翼型的相對拱度為2%~8%，相對厚度在5%~ 15%〇
[0014] 進一步的，步驟（1)中所述原始翼型的相對拱度為4%~6%，相對厚度在8%~ 12%〇
[0015] 進一步的，步驟（2)中所述原始翼型放大N倍作為正向翼型，N取1~1.5。
[0016] 進一步的，步驟（3)中原始翼型縮小η倍，η取0. 3~0. 8。
[0017] 本發(fā)明有益效果：
[0018] 本發(fā)明所述的新型雙向軸流泵翼型的設(shè)計方法簡單、易操作；通過本方法所設(shè)計 的新型雙向軸流泵翼型，相比S型對稱翼型在反向來流時，更符合流體力學(xué)的流動特性，能 夠較好的解決現(xiàn)有雙向軸流泵在反向運轉(zhuǎn)時效率低、汽蝕性能低的不足。
【附圖說明】
[0019] 圖1是原始翼型示意圖。
[0020] 圖2是新型翼型示意圖。
[0021] 圖3是新型翼型的后處理示意圖。
[0022] 圖4是本發(fā)明的新型雙向軸流泵翼型示意圖。
[0023] 圖5是實施例中新型雙向軸流泵翼型在正向來流時的速度矢量圖。
[0024] 圖6是實施例中新型雙向軸流泵翼型在反向來流時的速度矢量圖。
[0025] 圖7是對稱S型翼型的正向來流時的速度矢量圖。
[0026] 圖8是對稱S型翼型的反向來流時的速度矢量圖。
[0027] 附圖標(biāo)記說明如下：
[0028] 1-原始翼型，2-正向翼型，3-反向翼型，4-反向翼型骨線，5-正向翼型骨線，6-新 型翼型，7-新型雙向軸流泵翼型，8-弦長。
【具體實施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并 不限于此。
[0030] 一種新型雙向軸流泵翼型的設(shè)計方法，包括采用NACA翼型設(shè)計的普通軸流泵葉 片，步驟如下：
[0031] (1)通過三坐標(biāo)測量儀測得所述普通軸流泵葉片的翼型坐標(biāo)，從而在xy坐標(biāo)軸上 繪制出相應(yīng)的翼型，得到原始翼型1 ;如圖1所示，所述原始翼型1的弦長1〇〇_，相對拱度 為2%，相對厚度為12%，最大拱度位置位于弦長的2/5處。
[0032] (2)在所述xy坐標(biāo)軸上，將所述原始翼型1的骨線前緣點A放置在原點（0, 0)處， 將所述原始翼型放大1. 2倍作為正向翼型2 ;在所述xy坐標(biāo)軸上，將所述原始翼型1的骨 線前緣點A放置在原點（0,0)處，將所述原始翼型縮小0.6倍并且作關(guān)于原點中心對稱的 翼型作為反向翼型3 ;
[0033] (3)新型雙向軸流泵翼型的繪制：如圖2所示，平移反向翼型3使得所述反向翼型 骨線4的前緣點B與正向翼型骨線5的后緣點C重合，并確保正向翼型骨線5的前緣點D 和反向翼型骨線4的后緣點E連線所成的弦線過原點且平行于X軸，得弦長8為180mm的 新型翼型6 ;
[0034] 如圖3所示，以所述后緣點C為原點建立新的直角坐標(biāo)系，在(二^.〇)處做垂直于 X軸的直線，與正向翼型2的上下表面分別相交于點F和點G ;在(f,〇)處做直于X軸的直 線，且與反向翼型3的上下表面分別相交于點H和點I ;分別過點F和H做相切圓弧FJ、KH， 圓弧FJ與KH在P點相交；同樣的，分別過點G和點I做相切圓弧GL、MI，圓弧GL與MI在 點Q相交；如圖4所示，刪除弧線FB、BH、GB、BI即得所述新型雙向軸流泵翼型7。
[0035] 將繪制好的新型雙向軸流泵翼型7和弦長180_的對稱S型翼型分別放入一個長 5m、寬3m的矩形中間，將其導(dǎo)入CFD軟件劃分網(wǎng)格，再將網(wǎng)格導(dǎo)入ANSYS中進行模擬。其 中，規(guī)定左向來流為正向來流，設(shè)置其進口來流速度為lm/s，出口壓力為一個大氣壓；反向 來流時把進出口位置對調(diào)，其它設(shè)置不變。
[0036] 從圖5和圖6的新型雙向軸流泵翼型7的正向來流速度矢量圖與反向來流速度矢 量圖中可以看出，其均具有較好的流線形狀，沒有出現(xiàn)旋窩、脫流等現(xiàn)象；且均在拱度較大 的地方，有明顯的壓力降，使得該翼型具有很好的升力。從圖7和圖8的對稱S型翼型的 正向來流速度矢量圖與反向來流速度矢量圖中可以看出，其在拱度較大的地方壓力降不明 顯，與新設(shè)計的新型雙向軸流泵翼型7相比升力效果較差。所述新型雙向軸流泵翼型7在 反向來流時，更符合流體力學(xué)的流動特性，進而抗汽蝕性能相對較好，從而能夠較好的解決 雙向軸流泵在反向運轉(zhuǎn)時效率低、汽蝕性能低等缺點。
[0037] 所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不 背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換 或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種新型雙向軸流泵翼型的設(shè)計方法，包括采用NACA翼型設(shè)計的普通軸流泵葉片， 其特征在于，步驟如下： (1) 通過三坐標(biāo)測量儀測得所述普通軸流泵葉片的輪轂到輪緣不同位置處翼型坐標(biāo)， 從而在xy坐標(biāo)軸上繪制出相應(yīng)的翼型，得到原始翼型（1); (2) 正向翼型的繪制：在所述xy坐標(biāo)軸上，將所述原始翼型（1)的骨線前緣點A放置 在原點（〇,〇)處，將所述原始翼型放大N倍作為正向翼型（2)，N取1~3; (3) 反向翼型的繪制：在所述xy坐標(biāo)軸上，將所述原始翼型（1)的骨線前緣點A放置 在原點（0, 0)處，將所述原始翼型縮小η倍，η取0. 1~0. 9 ;作其關(guān)于原點中心對稱的翼型 作為反向翼型（3); (4) 新型雙向軸流泵翼型的繪制：平移反向翼型（3)使得所述反向翼型骨線（4)的前 緣點B與正向翼型骨線（5)的后緣點C重合，并確保正向翼型骨線（5)的前緣點D和反向 翼型骨線（4)的后緣點E連線所成的弦線過原點且平行于X軸，得弦長（8)為L的新型翼 型（6); 以所述后緣點B為原點建立新的直角坐標(biāo)系，在處做垂直于X軸的直線， 與正向翼型（2)的上下表面分別相交于點F和點G ;在處做直于X軸的直線，且 與反向翼型（3)的上下表面分別相交于點H和點I ;分別過點F和H做相切圓弧FJ、KH，圓 弧FJ與KH相交于P點；同樣的，分別過點G和點I做相切圓弧GL、MI，圓弧GL與MI相交 于Q點；刪除弧線FB、BH、GB、BI即得所述新型雙向軸流泵翼型（7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型雙向軸流泵翼型設(shè)計方法，其特征在于，步驟（1)中 所述原始翼型的相對拱度為2 %~8 %，相對厚度在5 %~15 %。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型雙向軸流泵翼型設(shè)計方法，其特征在于，步驟（1)中 所述原始翼型的相對拱度為4 %~6 %，相對厚度在8 %~12 %。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型雙向軸流泵翼型設(shè)計方法，其特征在于，步驟（2)中 所述原始翼型放大N倍作為正向翼型，N取1~1. 5。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型雙向軸流泵翼型設(shè)計方法，其特征在于，步驟（3)中 原始翼型縮小η倍，η取0. 3~0. 8。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種新型雙向軸流泵翼型的設(shè)計方法，通過三坐標(biāo)測量儀測得普通軸流泵葉片的輪轂到輪緣不同位置處翼型坐標(biāo)，在xy坐標(biāo)軸上繪制出相應(yīng)的翼型，得到原始翼型；在xy坐標(biāo)軸上，將原始翼型的骨線前緣點A放置在原點(0,0)處，將所述原始翼型放大作為正向翼型；將所述原始翼型縮小，作關(guān)于原點中心對稱作為反向翼型；平移反向翼型使其骨線的前緣點B與正向翼型骨線的后緣點C重合，且后緣點E和前緣點D連線所成的弦線過原點且平行于x軸，對后緣點B附近弧線處理后即可得所述新型雙向軸流泵翼型；本發(fā)明新型雙向軸流泵翼型的設(shè)計方法簡單、易操作；相比S型對稱翼型在反向來流時，更符合流體力學(xué)的流動特性，進而抗汽蝕性能相對較好。
【IPC分類】F04D29-54, F04D29-18
【公開號】CN104632716
【申請?zhí)枴緾N201410819687
【發(fā)明人】馬新華, 馮琦, 王偉, 蔣小平, 閆婧竹, 張琳
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月25日