[发明专利]提高初生空化性能的水泵叶片厚度设计方法、叶片、叶轮

说明书

本发明公开了一种提高初生空化性能的水泵叶片厚度设计方法、叶片、叶轮，本发明基于从叶片进口边到出口边的厚度分布规律，通过多个厚度控制点，控制从叶片进口边开始的前预定区域内的叶片厚度，并对每一个厚度控制点的厚度值设定一定的可变化范围，在范围内随机生成多个新的叶片厚度规律方案，对每一个方案进行叶轮流域的求解其最低压力值，以叶片表面最低压力值最大为优化目标函数，进行遗传算法的优化和迭代过程，获得抗空化的水泵叶片厚度分布规律或对应的叶轮方案。本发明能减缓水泵运行过程中叶片前缘附近的撞击分离，有效控制流动分离处的压力降，使得水泵的空化初生得到推迟。且本发明对水泵的叶片性能不造成影响。

技术领域

本发明涉及泵叶片设计领域，更具体涉及一种提高初生空化性能的水泵叶片厚度设计方法、叶片、叶轮。

背景技术

在工程应用中，对于水泵的空化性能的判据，通常以外特性如扬程或效率的下降来衡量，称为临界空化。对于大型水泵而言，其流量大、能头高，空化的相对规模大，造成的不良影响也相应增强。在临界空化的时候，空化已形成一定规模，对于大型水泵而言，临界空化标准不能满足工程应用中安全稳定性的需求。因此，通过测量叶轮内部的空化初生，作为大型水泵的空化标准，才能更好的满足其运行要求。

通常来说，水泵叶片的几何形状可由三个方向的参数：叶展方向S、流动方向F与厚度方向T共同描述构成，如图1所示。在叶展方向S、流动方向F与厚度方向T的描述方式下，为保证对叶片水力性能的设计，现有的设计方法首先设计S-F方向的二维形状，即轴面形状，如图2所示。通过对S-F方向形状的设计，初步完成匹配流量范围的流道面积设计工作。然后在S方向上获取数个断面，基于断面，对叶片在该断面上F方向上的具体几何变化情况进行设计。目前，对于厚度方向T的设计，主要考虑厚度变化的光滑性，保证流动损失小，然后考虑叶片厚度是否满足结构强度的要求，这一设计方法简单便捷，但叶片前缘通常工作在非设计工况下，由于冲角加大，在叶片进口边容易出现强烈的流动分离，如图3所示，并引起压力的剧烈降低，引起空化的初生和发展。在传统水泵的抗空化设计技术中，通常把叶片进口边流动分离较大的位置向前略微调整。调整之后的叶片进口边位置，位于压力较高的区域，能在一定程度缓冲压力降。然而，这一调整将破坏原有的S-F方向的设计，对叶片的工作性能产生影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提高水泵叶片的初生空化性能，调节压力降，同时不影响叶片性能。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种提高初生空化性能的水泵叶片厚度的设计方法，所述方法包括以下步骤：

S1、对于一个水泵叶片，在叶展方向上提取若干个流面，随机选取其中的一个流面作为待优化流面，并获取所述待优化流面沿流动方向上的叶片厚度的分布曲线；

S2、在所述待优化流面的预定区域设置若干个厚度控制点，并根据各个所述厚度控制点的位置，利用所述分布曲线确定对应位置处的叶片厚度；

S3、对于每一个所述厚度控制点，根据对应位置处的叶片厚度，随机生成预定个数的预定厚度值；

S4、取每一个所述厚度控制点以及对应的所述预定厚度值组成所述预定个数的样本组合，其中每个所述样本组合包括每一个所述厚度控制点以及对应的一个所述预定厚度值；

S5、对于每个所述样本组合，连接其所述包含的各个所述厚度控制点，生成沿流动方向的所述预定区域的叶片的三维形状；

S6、对于每个所述三维形状对应的叶片，确定其在特定工况下受到的最低压力的平均值；

S7、对于每个所述样本组合，将其所述包含的各个所述预定厚度值进行二进制编码，并根据所述预定厚度值对应的所述厚度控制点的顺序，按照叶片进口边到出口边的顺序，将对应的所述二进制编码进行首尾连接，形成二进制编码串；