利索能及
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专利号: 202010730711X
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于PIV的离心泵叶轮极限外径测量及优化方法,其特征在于:方法包括:

1)利用粒子图像测速PIV对所需优化的叶轮的初始模型内部流场在1.0Qd工况下进行拍摄,Qd为800r/min转速下最佳效率所对应的流量点,并从叶片的入口到出口之间设置多个采样点,测试处理获得各采样点的欧拉扬程值变化图,各采样点按照叶片线型排序;采样获得各采样点欧拉扬程值的最大值与叶片出口位置的采样点的欧拉扬程值之间的差作为参考叶片欧拉扬程差值;

2)针对待处理叶轮,按照以下两个条件判断是否叶轮符合要求:I.极限外径值在0.94‑0.97范围内,极限外径值为各采样点欧拉扬程最大所对应的采样点位置到叶片进口的距离占整个叶片的型线长度L之间的比例;

II.各采样点欧拉扬程值的最大值与叶片出口位置的采样点的欧拉扬程值之间的差与参考叶片欧拉扬程差值之间的比例K在0.8‑0.9范围;

若两个条件均满足,则待处理叶轮做功达到最大化,不对待处理叶轮进行调整;

若两个条件并非同时满足,则待处理叶轮做功不充分,进行下一步对待处理叶轮中的叶片的实际做功有效半径进行增大改变处理,形成新叶轮;

3)根据新叶轮和离心泵的流量确定新叶轮的载荷分布后,根据以下公式通过新叶轮的载荷分布反求欧拉扬程分布:

其中,r表示新叶轮的叶片相对型线长度, 表示新叶轮的载荷分布, 表示绝对速度的周向分量,Z表示叶片数,g表示重力加速度,ω为叶轮的角速度,HLEH为欧拉扬程,θ表示方位角。

然后根据欧拉扬程分布回到步骤2)进行判断和处理,不断优化使得直到最终叶轮的叶片同时满足两个条件。

2.根据权利要求1所述的一种基于PIV的离心泵叶轮极限外径测量及优化方法,其特征在于:所述步骤1)的具体为:

1.1)对已知形状和参数的待处理叶轮,将叶片按自身的型线分为若干等份段,每个等份段处建立一个采样点,并且为从叶轮中心到叶片出口对各个采样点进行顺序编号;

1.2)利用粒子图像测速PIV对待处理叶轮的内部流场进行拍摄,得到每个采样点的欧拉扬程,做出各采样点欧拉扬程值变化图。

3.根据权利要求1所述的一种基于PIV的离心泵叶轮极限外径测量及优化方法,其特征在于:所述步骤2)中包括:

2.1)当某采样点的欧拉扬程为所有欧拉扬程值的最大值HLEH‑max时,该采样点按照以下公式计算其叶片相对型线长度r作为极限外径值:其中,H表示采样点处的欧拉扬程值,Vu表示采样点处的绝对流速的圆周分量,g表示重力加速度,ω为叶轮的角速度;

2.2)然后按照以下公式计算获得各采样点欧拉扬程值的最大值与叶片出口位置的采样点的欧拉扬程值之间的差与参考叶片欧拉扬程差值之间的比例K:其中,HLEH‑max为叶片所有欧拉扬程值的最大值,HLEH‑out为叶片出口处采样点的欧拉扬程值;[[HLEH‑max‑HLEH‑out]]1.0Qd表示参考叶片欧拉扬程差值。

4.根据权利要求1所述的一种基于PIV的离心泵叶轮极限外径测量及优化方法,其特征在于:所述步骤3)中,在叶轮做功不变的前提下,即优化前后叶片载荷分布曲线与横坐标围成的面积相等,通过改变叶片载荷加载方式,结合改变叶片包角和进出口角,将叶片的实际做功有效半径进行增大,使得增大后的叶片的实际做功有效半径为增大前的叶片的实际做功有效半径进行增大110%‑115%。

5.根据权利要求4所述的一种基于PIV的离心泵叶轮极限外径测量及优化方法,其特征在于:所述步骤3)中,通过改变叶片载荷加载方式,具体是将叶轮的载荷曲线分为前加载区、主加载区和后加载区的三段式,并设置前加载点位置、主加载区斜率和后加载点位置;

并结合实施减小包角和调整叶片进出口角,使增大后的叶片的实际做功有效半径为增大前的叶片的实际做功有效半径进行增大110%‑115%。