目录
一、设计参数 (2)
二、设计步骤 (2)
1.确定流道几何形状 (2)
1.1初绘制流道 (2)
1.2检查过水断面面积 (3)
2.按轴面流速为均匀分布绘制轴面流线 (4)
3.检查流网准确性 (5)
4.计算轴面流速 (8)
5. 进出口三角形计算及绘制 (9)
5.1确定进出口边位置 (9)
5.2确定叶片进出口速度矩分布 (9)
6.利用BladeGen生成叶片 (10)
6.1轴面投影的生成 (10)
6.2确定进出口安放角的分布规律 (10)
6.3叶片的加厚 (11)
6.4叶片的调整与输出 (11)
7.利用UG进行木模截线绘制 (12)
8.木模图的绘制 (13)
三、设计总结 (13)
一、设计参数
Hmin=20m Hav=35m
Hmax=48 Nr=3692.71Kw
转速n=333.3rpm Qr=11.95m³/s
D1=1.34m Hs=1.9m
海拔高程：79m
本次课程设计采用以上设计参数进行混流式水轮机叶片设计，设计方法参照《水轮机课程设计设计指导书》中的方法二，最后绘制出叶片木模图。
二、设计步骤
1.确定流道几何形状
1.1初绘制流道
采用方法二初绘流道，其中绘制5条流线的坐标数据按指导书中所给出的值绘制。
所得流道如图
1.2检查过水断面面积
在转轮流道内做内切于转轮上冠和转轮下环的公切圆，计算各断面面积,做出轴面液流过水断面面积沿Lm的变化曲线：
轴面液流过水断面面积沿Lm的变化曲线如图：
由于扩散形流道易产生脱流而导致较大的水力损失，根据上图所示，可以看出过流断面面积沿lm是逐渐减小，整体呈一个收缩流道，同
时为了提高汽蚀性能，转轮出口处面积略有扩散，基本符合设计要求。
2.按轴面流速为均匀分布绘制轴面流线
根据过水断面与流线相互垂直的原则，作线垂直于各轴面流线，并以该线为母线绕水轮机轴线旋转得到的回转面就是过水断面。
一般规律为近下环处流线较密集，在近上冠处流线较稀疏。
下表为校正流线后的相关数据：
下图为校正后的流线
L1
L2L3L4L5a
b
c
d e
f
g
3.检查流网准确性
(1)计算时可以原有等势线为中线，在其两侧各作一相近的等势线，如图实线为原等势线，两边虚线为相近等势线。
(2)由同一组相邻等势线和各轴面流线组成的各段的 R∆b ∆l ⁄=
const
⁄)pj不等于常数，则应该校正
(3)若同一组等势线上各段的(R∆b∆l
轴面流线位置，可计算其平均值。
则Δb的修正值为
⁄)
⁄pj
⁄)pj](R∆l
⁄)i−(R∆b∆l
[(R∆b∆l
按照修正值校正轴面流线位置及其相应的等势线从而得到第二次近似轴面流网，重复上述计算直至符合要求为止。
对各等势线组分别检查轴面流线位置的正确性。
一般要求偏差不大于3~4%。
按照要求的计算方法，经过检查调整后，得到如下表所示数据：
校验结果如图：
L1
L2L3L4L5a
b
c
d
e f
g
4.计算轴面流速
流网经过修正以后，按照下式计算轴面速度
ΔΦ=
Q
2π∑
rΔb
ΔL m
4
1
V m=ΔΦΔL m
可得到计算结果如下表所示：
5. 进出口三角形计算及绘制
5.1确定进出口边位置
1) 参照《水轮机设计手册》的转轮流道尺寸确定叶片进出口位置。
5.2确定叶片进出口速度矩分布
取进出口速度矩关系为：
（C u R）
2=3%（C u R）
1
，并取η=92%
根据已知数据及Vm=f（L）关系表利用公式得下表进出口的轴面速度。
数据如下表所示：
L2 623.40 12.90 14.95 21.76 62.2 64.2
L3 571.99 8.60 16.30 19.96 66.7 68.7
L4 542.85 5.50 17.17 18.95 71.9 73.9
L5 528.00 4.10 17.65 18.43 79 81
出口边r2 Vm2 VU2 U2 β1 β2e
L1 682.00 10.70 0.41 23.80 24.6 26.6
L2 596.82 9.50 0.47 20.83 25 27
L3 494.78 8.30 0.57 17.27 26.4 28.4
L4 381.40 7.50 0.73 13.31 30.8 32.8
L5 276.00 3.80 1.01 9.63 23.8 25.8
进出口速度三角形绘制，如附图一所示（按自上而下顺序为L1-L5，左侧为进口速度三角形，右侧为出口速度三角形）
经过速度三角形的绘制后，得出叶片进口和出口处的相对液流角，通常加2°冲角，便得到叶片的进、出口安放角。
6.利用BladeGen生成叶片
6.1轴面投影的生成
在autoCAD中的轴面图上取若干点，以确定BladeGen中所生成的轴面相应控制点的坐标值，从而生成与autoCAD中相一致的轴面图，
6.2确定进出口安放角的分布规律
在完成轴面图的绘制后，我们需要确定每条流线上随流线变化的叶片安放角的分布。
首先需要将软件默认的 β定义改为在设计中，我们使用的安放角
定义，然后先使用“End Angle Definition”模式，确定好叶片进口和出口的安放角值。
然后在“Beta Definition”模式下，通过足够控制点的样条曲线，把安放角的分布规律调整为经验上较好的分布形式。
6.3叶片的加厚
利用NACA翼型来确定叶片的厚度，下图所示为上冠流线上的厚度分布曲线。
6.4叶片的调整与输出
在完成上述三步之后，我们可以得到叶片的三维图，根据生成的三维图形，可以进一步对照图形上的缺陷部位进行相应的调整，最后获得符合要求的叶片。
之后可以将叶片以相应的格式导出，作为绘制木模图的基础。
之后，可以将所得叶片以IGES的格式输出，以便于导入UG进行木模截线的绘制。
此外，由于绘制木模图的需要，将叶片轴面投影图以DXF的格式导出。
7.利用UG进行木模截线绘制
将叶片导入到UG之后，我们可以按照下列步骤进行木模截线的绘制：
②导入的叶片“缝合”成体；
②以做平行与XOY平面基准平面的方式先作出木模截面0，该截面与XOY相距50mm，然后以等间距88mm来复制基准平面0，做出木模截面1到8；
③次作每个基准平面与叶片的交线，既可以得到所需的木模
截线；
④将出木模截线以外的部分隐藏，然后将截线以DXF格式输出。
8.木模图的绘制
木模图主要内容包括：各个截面所截得的木模截线及其尺寸标注，以及在轴面投影上标出各个木模截面的位置尺寸和叶片的重要尺寸。
绘制步骤如下：
①UG中绘制的木模截线文件在CAD中打开，并将视图调到
俯视,并绕原点旋转一定角度.
②分别将各个截面的木模截线移出，平移时注意要带X、Y坐标轴的平移，以便标注尺寸；
②注各木模截线的有关尺寸，并注明对应的木模截面
③将轴面投影图加入其中，然后标注出叶片关键尺寸，并标
出各个木模截面的位置；
⑤按照制图的要求完成木模图的其他部分。
三、设计总结
在近两周的水轮机课程设计过程中，初步掌握了混流式水轮机设计方法和步骤，新学习了几种计算机辅助设计软件，同时对已能熟练使用的其他计算机辅助设计软件又有了新的认识。
不仅如此，课设也促进了同学与同学之间，同学与老师的交流，令我获益匪浅。