[发明专利]一种核主泵带长短叶片的对数螺旋线导叶及其设计方法

摘要

本发明涉及流体机械，是一种核主泵带长短叶片的对数螺旋线导叶及其设计方法。考虑到核主泵蜗壳内的二次回流和回流损失，根据核主泵的内部不对称的流线分布，对导叶外径进行不对称的对数螺旋线型加大延伸设计，并采用长短叶片，使核主泵环形蜗壳的内部流道空间为反螺旋线空间，有效的改善了流体流态，核主泵汽蚀性能也明显提高。该导叶主要由前盖板、短叶片、长叶片和后盖板四部分组成，并给出了核主泵导叶进口基圆直径D₃，出口基圆直径D₄，导叶叶片轴向进口宽度b₃，导叶叶片轴向出口宽度b₄，长叶片数Z₁，短叶片数Z₂，导叶进口安放角α₃，导叶出口安放角α₄，长叶片厚度δ₃，短叶片厚度δ₄，导叶外径对数螺旋线型R_L，以及扩散段和喉部的水力设计方法及公式。

主权项

1.一种核主泵带长短叶片的对数螺旋线导叶的设计方法,其特征在于，根据泵体内部的流线分布，对核主泵的导叶进口基圆直径D₃，导叶出口基圆直径D₄，导叶叶片轴向进口宽度b₃，导叶叶片轴向出口宽度b₄，长叶片数Z₁，短叶片数Z₂，导叶进口安放角α₃，导叶出口安放角α₄，长叶片厚度δ₃，短叶片厚度δ₄，以及扩散段和喉部进行水力设计，同时导叶外径在θ∈(0～1.95π)时由对数螺旋线R_L确定，其余部分由R₄确定，其各几何设计参数主要由以下关系式确定：(1)进口基圆直径：式中：n_s—核主泵的比转速；D₂—核主泵叶轮出口直径，mm；D₃—核主泵导叶进口基圆直径，mm；(2)导叶轴向进口宽度:式中：Q—核主泵设计流量，m³/s；b₂—核主泵叶轮出口轴向宽度，mm；b₃—核主泵导叶轴向进口宽度，mm；(3)导叶进口安放角α₃：v_m3＝k₁v_m2tanα₃＝(1.08～1.33)tanα₃′式中：β₂—核主泵叶轮出口叶片安放角，°；v_m2—核主泵叶轮出口轴面速度，m/s；v_m3—核主泵导叶进口轴面速度，m/s；v_u2—核主泵叶轮出口圆周速度，m/s；v_u3—核主泵导叶进口圆周速度，m/s；k₁—速度系数；α₃′—核主泵导叶进口液流角，°；α₃—核主泵导叶进口安放角，°；(4)导叶出口安放角α₄：式中：α₄—核主泵导叶出口安放角，°；n—核主泵转速，r/min；D₄—核主泵导叶出口基圆直径，mm；(5)螺旋线部分的线型方程：式中：R—核主泵导叶叶片Φ角所对应的螺旋线半径，mm；R₃—核主泵导叶进口基圆半径，mm；Φ—给定的不同的角度，rad；(6)导叶长叶片叶片数：Z₁＝(8～14)式中：Z₁—核主泵导叶长叶片叶片数，枚；(7)导叶长叶片厚度：式中：n—核主泵转速，r/min；δ₃—导叶长叶片厚度，mm；(8)导叶喉部面积的确定：式中：R_c—核主泵导叶流道螺旋线部分c点的半径，mm；δ₃—核主泵导叶长叶片厚度，mm；c₃—喉部平面宽度，mm；F—导叶喉部面积，mm²；k₂—速度系数，取0.62～0.92；(9)扩散段的设计：F₄/F₃＝1.45～1.65D₄/D₃＝1.35～1.65L/c₃＝3.0～4.5式中：F₃—导叶进口扩散段喉部面积，mm；F₄—导叶出口扩散段面积，mm；D₄—核主泵导叶出口基圆直径，mm；D₃—核主泵导叶进口基圆直径，mm；L—核主泵导叶扩散段长度，mm；(10)扩散角取值范围：ψ＝6°～12°式中：ψ—导叶进口扩散角，°；(11)对数螺旋线R_L的关系式：R_L＝1.06R₄e^0.0095θ‑0.06R₄e^‑0.47θ其中：θ∈(0～1.95π)R_L—核主泵导叶以靠近中垂线一个叶片为0rad起点的θ角所对应的对数螺旋线半径，mm；R₄—核主泵导叶出口基圆半径，mm；θ—以靠近中垂线一个叶片为0rad起点旋转给定的不同的角度，rad。