一种新型双向轴流泵翼型的设计方法.pdf

本发明提供了一种新型双向轴流泵翼型的设计方法，通过三坐标测量仪测得普通轴流泵叶片的轮毂到轮缘不同位置处翼型坐标，在xy坐标轴上绘制出相应的翼型，得到原始翼型；在xy坐标轴上，将原始翼型的骨线前缘点A放置在原点(0,0)处，将所述原始翼型放大作为正向翼型；将所述原始翼型缩小，作关于原点中心对称作为反向翼型；平移反向翼型使其骨线的前缘点B与正向翼型骨线的后缘点C重合，且后缘点E和前缘点D连线所成的弦线过原点且平行于x轴，对后缘点B附近弧线处理后即可得所述新型双向轴流泵翼型；本发明新型双向轴流泵翼型的设计方法简单、易操作；相比S型对称翼型在反向来流时，更符合流体力学的流动特性，进而抗汽蚀性能相对较好。

权利要求书
1.  一种新型双向轴流泵翼型的设计方法，包括采用NACA翼型设计的普通轴流泵叶片， 其特征在于，步骤如下：
(1)通过三坐标测量仪测得所述普通轴流泵叶片的轮毂到轮缘不同位置处翼型坐标，从 而在xy坐标轴上绘制出相应的翼型，得到原始翼型(1)；
(2)正向翼型的绘制：在所述xy坐标轴上，将所述原始翼型(1)的骨线前缘点A放 置在原点(0,0)处，将所述原始翼型放大N倍作为正向翼型(2)，N取1～3；
(3)反向翼型的绘制：在所述xy坐标轴上，将所述原始翼型(1)的骨线前缘点A放 置在原点(0,0)处，将所述原始翼型缩小n倍，n取0.1～0.9；作其关于原点中心对称的翼型 作为反向翼型(3)；
(4)新型双向轴流泵翼型的绘制：平移反向翼型(3)使得所述反向翼型骨线(4)的前 缘点B与正向翼型骨线(5)的后缘点C重合，并确保正向翼型骨线(5)的前缘点D和反向 翼型骨线(4)的后缘点E连线所成的弦线过原点且平行于x轴，得弦长(8)为L的新型翼 型(6)；
以所述后缘点B为原点建立新的直角坐标系，在处做垂直于x轴的直线，与 正向翼型(2)的上下表面分别相交于点F和点G；在处做直于x轴的直线，且 与反向翼型(3)的上下表面分别相交于点H和点I；分别过点F和H做相切圆弧FJ、KH, 圆弧FJ与KH相交于P点；同样的，分别过点G和点I做相切圆弧GL、MI，圆弧GL与 MI相交于Q点；删除弧线FB、BH、GB、BI即得所述新型双向轴流泵翼型(7)。

2.  根据权利要求1所述的一种新型双向轴流泵翼型设计方法，其特征在于，步骤(1) 中所述原始翼型的相对拱度为2％～8％，相对厚度在5％～15％。

3.  根据权利要求2所述的一种新型双向轴流泵翼型设计方法，其特征在于，步骤(1) 中所述原始翼型的相对拱度为4％～6％，相对厚度在8％～12％。

4.  根据权利要求1所述的一种新型双向轴流泵翼型设计方法，其特征在于，步骤(2) 中所述原始翼型放大N倍作为正向翼型，N取1～1.5。

5.  根据权利要求1所述的一种新型双向轴流泵翼型设计方法，其特征在于，步骤(3) 中原始翼型缩小n倍，n取0.3～0.8。

说明书一种新型双向轴流泵翼型的设计方法
技术领域
本发明涉及双向轴流泵翼型设计技术领域，特别涉及一种基于ANSYS仿真设计的新型 双向轴流泵翼型的设计方法。
背景技术
在一些沿江滨湖、沿海地区以及南水北调工程中的许多泵站中，往往需要通过双向抽水 来实现引水跟排涝。目前，实现双向抽水功能常用方式有3种：通过闸站来改变渠道实现双 向抽水，例如江都抽水站；采用双层箱涵式或者“X”型流道结构来实现双向抽水功能，例 如谏壁等泵站；将单向泵的叶片调转180°并将叶轮反转来实现，例如秦淮新河泵站。
采用单向翼型的普通轴流泵反转叶轮时也能实现反向抽水，但由于此时叶片的翼型处于 反拱形态，再加上导叶的作用产生与叶轮转向一致的预旋使得泵在反转过程中出现振动、汽 蚀、效率低、噪音大等现象，严重损坏了泵的使用寿命。
一般的普通轴流泵在正向运行时具有较高的效率，但在反转时，效率很低，不仅不能满 足要求，更与国家节能的大政策明显偏离，因此双向轴流泵的设计与研究具有重大的意义。 目前，国内外对双向轴流泵的研究尚未成熟，对适合双向轴流泵的翼型研究也相对较少。较 为广泛的双向轴流泵一般都采用完全对称的S型翼型，其特点是：翼型中弧线呈S型；沿弦 长中心点反向对称；结构单一且效率低。
发明内容
针对现有技术中存在的普通轴流泵翼型只能在正向运转时达到较好的效果，反向运转过 程中出现振动、汽蚀、噪音以及对称S型翼型效率偏低、抗汽蚀性能相对较差等问题；本发 明提供新型双向轴流泵翼型的设计方法，采用该翼型设计方法的轴流泵叶轮可以在双向运行 时均能达到较高的效率和综合性能。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种新型双向轴流泵翼型的设计方法，包括采用NACA翼型设计的普通轴流泵叶片，步 骤如下：
(1)通过三坐标测量仪测得所述普通轴流泵叶片的轮毂到轮缘不同位置处翼型坐标，从 而在xy坐标轴上绘制出相应的翼型，得到原始翼型；
(2)正向翼型的绘制：在所述xy坐标轴上，将所述原始翼型的骨线前缘点A放置在原 点(0,0)处，将所述原始翼型放大N倍作为正向翼型，N取1～3；
(3)反向翼型的绘制：在所述xy坐标轴上，再次将所述原始翼型的骨线前缘点A放置 在原点(0,0)处，将所述原始翼型缩小n倍，n取0.1～0.9；作其关于原点中心对称的翼型作 为反向翼型；
(4)新型双向轴流泵翼型的绘制：平移反向翼型使得所述反向翼型骨线的前缘点B与 正向翼型骨线的后缘点C重合，并确保正向翼型骨线的前缘点D和反向翼型骨线的后缘点E 连线所成的弦线过原点且平行于x轴，得弦长为L的新型翼型；
以所述后缘点C为原点建立新的直角坐标系，在处做垂直于x轴的直线， 与正向翼型的上下表面分别相交于点F和点G；在处做直于x轴的直线，且与 反向翼型的上下表面分别相交于点H和点I；分别过点F和H做相切圆弧FJ、KH，圆弧FJ 与KH在P点相交；同样的，分别过点G和点I做相切圆弧GL、MI，圆弧GL与MI在点Q 相交；删除弧线FB、BH、GB、BI即得所述新型双向轴流泵翼型。
进一步的，步骤(1)中所述原始翼型的相对拱度为2％～8％，相对厚度在5％～15％。
进一步的，步骤(1)中所述原始翼型的相对拱度为4％～6％，相对厚度在8％～12％。
进一步的，步骤(2)中所述原始翼型放大N倍作为正向翼型，N取1～1.5。
进一步的，步骤(3)中原始翼型缩小n倍，n取0.3～0.8。
本发明有益效果：
本发明所述的新型双向轴流泵翼型的设计方法简单、易操作；通过本方法所设计的新型 双向轴流泵翼型，相比S型对称翼型在反向来流时，更符合流体力学的流动特性，能够较好 的解决现有双向轴流泵在反向运转时效率低、汽蚀性能低的不足。
附图说明
图1是原始翼型示意图。
图2是新型翼型示意图。
图3是新型翼型的后处理示意图。
图4是本发明的新型双向轴流泵翼型示意图。
图5是实施例中新型双向轴流泵翼型在正向来流时的速度矢量图。
图6是实施例中新型双向轴流泵翼型在反向来流时的速度矢量图。
图7是对称S型翼型的正向来流时的速度矢量图。
图8是对称S型翼型的反向来流时的速度矢量图。
附图标记说明如下：
1-原始翼型，2-正向翼型，3-反向翼型，4-反向翼型骨线，5-正向翼型骨线，6-新型翼型， 7-新型双向轴流泵翼型，8-弦长。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于 此。
一种新型双向轴流泵翼型的设计方法，包括采用NACA翼型设计的普通轴流泵叶片，步 骤如下：
(1)通过三坐标测量仪测得所述普通轴流泵叶片的翼型坐标，从而在xy坐标轴上绘制 出相应的翼型，得到原始翼型1；如图1所示，所述原始翼型1的弦长100mm，相对拱度为 2％，相对厚度为12％，最大拱度位置位于弦长的2/5处。
(2)在所述xy坐标轴上，将所述原始翼型1的骨线前缘点A放置在原点(0,0)处，将 所述原始翼型放大1.2倍作为正向翼型2；在所述xy坐标轴上，将所述原始翼型1的骨线前 缘点A放置在原点(0,0)处，将所述原始翼型缩小0.6倍并且作关于原点中心对称的翼型作 为反向翼型3；
(3)新型双向轴流泵翼型的绘制：如图2所示，平移反向翼型3使得所述反向翼型骨线 4的前缘点B与正向翼型骨线5的后缘点C重合，并确保正向翼型骨线5的前缘点D和反向 翼型骨线4的后缘点E连线所成的弦线过原点且平行于x轴，得弦长8为180mm的新型翼 型6；
如图3所示，以所述后缘点C为原点建立新的直角坐标系，在处做垂直于x 轴的直线，与正向翼型2的上下表面分别相交于点F和点G；在处做直于x轴的直 线，且与反向翼型3的上下表面分别相交于点H和点I；分别过点F和H做相切圆弧FJ、KH， 圆弧FJ与KH在P点相交；同样的，分别过点G和点I做相切圆弧GL、MI，圆弧GL与 MI在点Q相交；如图4所示，删除弧线FB、BH、GB、BI即得所述新型双向轴流泵翼型7。
将绘制好的新型双向轴流泵翼型7和弦长180mm的对称S型翼型分别放入一个长5m、 宽3m的矩形中间，将其导入CFD软件划分网格，再将网格导入ANSYS中进行模拟。其中， 规定左向来流为正向来流，设置其进口来流速度为1m/s，出口压力为一个大气压；反向来流 时把进出口位置对调，其它设置不变。
从图5和图6的新型双向轴流泵翼型7的正向来流速度矢量图与反向来流速度矢量图中 可以看出，其均具有较好的流线形状，没有出现旋窝、脱流等现象；且均在拱度较大的地方， 有明显的压力降，使得该翼型具有很好的升力。从图7和图8的对称S型翼型的正向来流速 度矢量图与反向来流速度矢量图中可以看出，其在拱度较大的地方压力降不明显，与新设计 的新型双向轴流泵翼型7相比升力效果较差。所述新型双向轴流泵翼型7在反向来流时，更 符合流体力学的流动特性，进而抗汽蚀性能相对较好，从而能够较好的解决双向轴流泵在反 向运转时效率低、汽蚀性能低等缺点。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本 发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均 属于本发明的保护范围。